分子生物学进展
在1871中,Lankester提出,在确定系统发育关系时,发现和分析生物不同种属之间的化学和分子差异比整体形态的比较研究更重要。后来,德国和美国的生理和化学实验室
《生物化学杂志》的创办促进了生物化学的发展。当生物化学深入研究生物大分子时,
1938年,韦弗在给洛克菲勒基金会的报告中第一次使用了分子生物学这个词。“在基金会支持的研究中,有一系列属于比较新的领域,可以称之为分子生物学……”他写道。一年后,研究蛋白质结构的阿斯特伯里使用了这个术语,它变得越来越普遍。特别是1953年,沃森和克里克发表著名论文《脱氧核糖核酸的结构》后,DNA双螺旋结构的发现促进了遗传学、生物化学和生物物理学的结合,推动了分子生物学的形成和迅速发展,使生命科学全面进入分子水平研究时代,是生物科学发展史上的一个重大里程碑。1956年,剑桥医学研究委员会率先建立分子生物学实验室,1959年,分子生物学杂志创刊,1963年,欧洲分子生物学国际组织成立。由此,分子生物学成为一门全新的独立学科,推动了生命科学的快速发展,成为现代自然科学研究的重要领域。
在分子生物学的形成和发展过程中,有许多重要的发现和事件,如下:
1864:胡珀-塞勒结晶并命名为血红蛋白。
1869: Mieseher首次分离出DNA。
1871年:兰克斯特首次提出发现和分析生物不同种属之间的化学和分子差异,并确定了系统。
统一与发生的关系比整体形态的比较研究更重要。
1926: Sumaer从刀豆提取物中获得脲酶晶体,证明这种蛋白质晶体具有催化活性。同年,斯维德伯格建立了第一台用于分析的超高速离心机,并用它测定了血红蛋白的相对分子量约为6.8X104。
1931年:鲍林发表了他的第一篇关于化学键特征的论文,详细解释了共价键。
规律性。后来建立了处理生物分子的量子力学理论。
1934: Bernal和Crowfoot发表了胃蛋白酶晶体的第一个详细的X射线衍射图。
1941年:阿斯特伯里获得了第一张DNA的X射线衍射图。
1944: Avery提供的证据表明,在细菌的转化过程中,携带遗传信息的是DNA,而不是蛋白质。实验证明,DNA是将无毒的R型肺炎球菌转化为致病的S型的基本要素。8年后,1952,Hershey和Chase用同位素示踪技术证明T2噬菌体感染大肠杆菌,主要是核酸进入细菌,而病毒外壳蛋白留在细胞外。烟草花叶病毒的重建实验表明,病毒蛋白质的特性是由RNA决定的,即遗传物质是核酸而不是蛋白质。在这一点上,DNA作为一种遗传物质被普遍接受。
1950: Chargaff用不同来源的DNA碱基组成的精确数据推翻了四核苷酸理论,提出了Chargaff法则,即DNA的碱基组成有一个共同的规律,即胸腺嘧啶的摩尔含量总是等于腺嘌呤的摩尔含量,胞嘧啶的摩尔含量总是等于鸟嘌呤的摩尔含量,即[a] = [t]和[g] = [c]。
1951年:Pauling和Corey应用X射线衍射晶体学理论研究氨基酸和肽的精细空间结构,提出了两种周期性多肽结构理论,即α螺旋理论和B折叠理论。
1953:这是开启生命科学新时代的第一年。标志性的是沃森和克里克发表了著名的论文《脱氧核糖核酸的结构》。他们基于富兰克林和威尔金斯的X射线衍射研究成果,推导出DNA双螺旋结构模型,开启了生物科学的新时代。同年,经过8年的研究,桑格完成了第一个蛋白质——胰岛素的氨基酸序列分析。
随后,Gamnow在1954中从理论上研究了遗传密码的编码规律;1956年,Volkin和Astrachan发现了mRNA(当时没有用这个名字);1958年,霍格兰德等人发现了tRNA在蛋白质合成中的作用。梅塞尔森和斯塔尔利用同位素和超速离心来证明DNA的半保守复制。克里克提出了遗传信息传递的中心法则。
1960: Marmur和Dory发现了DNA的复性,证实了核酸杂交反应的特异性和可靠性;Rich证明了DNA-RNA杂交分子与核酸之间的信息传递有关,开创了核酸的实际应用。同时,在蛋白质结构的研究中,Kendrew等人获得了分辨率为0.2nm的肌红蛋白结构,Perutz等人获得了分辨率为0.55nm的血红蛋白结构。
1961年:这是分子生物学发展不平凡的一年。Jacob和Monod提出了操纵子理论,发表了一篇关于蛋白质合成中遗传调控机制的论文,被视为分子生物学中的经典论文之一。同年,布伦纳等人获得了mRNA的证据;霍尔和斯皮格曼证明了T2 DNA和T2特异性RNA在序列上是互补的。克里克等人证明了遗传密码的普遍性。
1962: Arber提出了第一个证明限制性内切酶存在的证据,导致了日后这类酶的纯化。
Nathans和Smith将其应用于DNA绘图和序列分析。
1965: Holley等首次用重叠法确定了酵母丙氨酰-tRNA的一级结构,为广泛深入研究tRNA的高级结构奠定了基础。
1967:盖勒特发现了DNA连接酶,它将具有相同粘性末端或平端的DNA片段连接起来。同年,飞利浦和他的同事确定了溶菌酶的三维结构,分辨率为0.2纳米。
1970:特明和巴尔的摩几乎同时发现了逆转录酶,证实了特明1964提出的“前-”。
病毒假说”。劳德氏肉瘤病毒(RSV)感染后,产生了第一个包含RNA病毒基因组全部遗传信息的DNA前病毒,并以前一个病毒的DNA为模板合成了后代病毒的RNA。逆转录酶已成为分子生物学研究的重要工具。
1972 ~ 1973:重组DNA时代来了。伯格、博耶和科恩创造了DNA克隆技术,在体外构建了具有生物学功能的细菌质粒,开创了基因工程的新时代。同时,辛格和梁君诺提出了生物膜结构的液体镶嵌模型。
1975: Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印迹法;Gruustein和Hogness建立了克隆特定基因的新方法;奥法雷尔发明了双向电泳分析蛋白质的方法,为分子生物学的深入发展创造了重要的技术条件。Blobel等人报道了信号肽。
1976: Bishop和Varmus发现动物肿瘤病毒的癌基因来自细胞基因(即原癌基因)。
1977: Berget等人发现了“破碎”基因;桑格、无极生组合和吉尔伯特创立了确定DNA序列的“酶法”和“化学法”,这标志着分子生物学研究新时代的到来。
1979: Solomon和博德莫尔首先提出至少200个限制性片段长度多态性(RFLP)可以作为连接整个人类基因组图谱的基础。
1980: Wigler等通过与选择性标记共感染将非选择性基因导入哺乳动物细胞;科恩和博耶获得了美国克隆技术专利。
1981年:Cech等人发现了四膜虫26S rRNA前体的自剪接效应,后来又证明了前体中的插入序列(IVS)具有五种酶的活性。几乎与此同时,Altman从纯化的RNase P中证明了RNase P中的RNA是t RNA前体成熟的催化剂。催化RNA(核酶)的发现促进了RNA研究的迅速发展。
1982: Prusiner等人在感染瘙痒症的仓鼠大脑中发现了朊病毒。
1983: Herrera-Estrella等人以Ti质粒为转基因载体成功转化植物细胞。
1984: McGinnis等人在果蝇、非洲爪蟾等同源盒基因中发现了同源盒。
核苷酸序列;施瓦茨和康托尔发明了脉冲梯度凝胶电泳;Simons和Kleckner发现了反义RNA。
1985:斋祀等人发明了聚合酶链式反应(PCR);辛斯海默首先提出了人类基因组图谱系统。
制定计划;Smith等人报道了在DNA测序中用荧光标记代替同位素标记的方法;米勒等人发现了DNA结合蛋白的锌指结构。
1986: Dryja等发现视网膜母细胞瘤(Rb)基因是肿瘤抑制基因;Robin等人通过X射线晶体学证实了DNA结合蛋白的螺旋角螺旋结构。
1987:米尔金等人发现三链DNA在质粒的酸性溶液中;伯克等人克隆了一大段DNA以酵母人工染色体(YAC)为载体。Hoffman等人证实Dnchenne的肌肉萎缩病灶的蛋白质产物是dystrophinHooper等人和Kuehn等人分别在用胚胎基细胞进行哺乳动物胚胎转基因操作方面取得了很大进展。
1988: Landsehalz等人在研究CyC3(细胞色素C基因调节蛋白)、癌基因产物(MyC、V-jun、V-fos)和CBP(CCAAT盒结合蛋白)的过程中,发现了结合区亮氨酸序列的周期性,提出了DNA结合蛋白的亮氨酸拉链结构模型;同年,Whyfe等人证明了癌症的发生是癌基因激活和抑癌基因失活的结果。
1989: Greider等人首先在纤毛原生动物中发现端粒酶是一种以内源性RNA为模板的逆转录酶;Hiatt等人首次报道了单克隆抗体也可以在植物中产生。
1990:人类基因组计划(HGP)正式启动;Simpson等人发现了一种小分子RNA(指导RNA),可以指导mRNA前体的编辑。Sinclair等人在人类Y染色体上发现了一个新的性别决定基因——SRY基因。
1991年:147来自欧共体(EC)组织的17个国家的35个实验室的科学家通过人工测序完成了第一条完整染色体(酵母3号染色体)315kb的测序。Hake等人首次报道在植物中发现了含有同源盒的基因。Blackburn等人提出调控聚合序列的单链DNA通式为(T/A)mGn,m = 124,n = 1 ~ 8]可以形成分子内或分子间的四链体结构,起到稳定染色体的作用。
1993: Jurnak等人发现了一种新的蛋白质结构——平行B螺旋);研究果胶酸裂解酶时;袁等在哺乳动物细胞中发现了一种参与调节凋亡并具有剪切作用的蛋白质-IL-1B转换酶(ICE)。
1994:日本科学家在(自然遗传学)发表水稻基因组遗传图谱;威尔逊等了三年。
线虫(C . elegans)3号染色体上2.2Mb的连续测定及时完成,标志着百万碱基规模的DNA测序时代的到来。
1995: Cuenoud等人发现了DNA具有酶活性;屠等在大肠杆菌中发现了具有转运和信使双重功能的RNA-10 Sa RNA
1996: Lee等首次报道酵母转录因子GCN4中的氨基酸片段可以自动催化自我复制肽的合成;洪国藩等人利用“指纹-锚”策略构建了水稻基因组高分辨率物理图谱,DNA片段长度为120 kb;。Goffeau等人完成了酵母基因组DNA全序列的测定(1.25X10 7bp)。
1997:威尔穆特等人成功获得克隆羊——多莉);首次利用成年母羊体细胞的遗传物质,无需受精;Willard等人首次构建了人类染色体(HACS);Salishury等人发现了一种新的DNA结构形式——四种显性组合,这可能是基因交换时DNA连接的一种方式。
1998:勒纳尔等人通过体细胞操作获得了克隆牛——马盖里弗,再次证明了可以从体细胞克隆出基因完全相同的哺乳动物;GeneBank公布了最新的人类“基因图谱98 '”,代表30181基因位置信息;文特尔提出了人类基因组计划的新策略——全基因组随机测序,毛细管电泳测序仪开始工作。
从上面提到的分子生物学的发展可以看出,20世纪集中于核酸的研究,推动了分子生物学的深入发展。50年代的双螺旋结构,60年代的操纵子理论,70年代的DNA重组,80年代的PCR技术,90年代的DNA测序,都具有里程碑式的意义,将生命科学带入了一个从宏观到微观到宏观,从分析到合成的时代。