本科选修-生命科学导论—基因与基因工程.ppt

生命科学导论基因与基因工程,一.生物的遗传因子基因 二.人类基因组计划 三.基因工程的产生及应用#,一.生物的遗传因子基因 1.基因概念的发展;# 2.染色体与基因; 3.基因的化学本质DNA; 4.基因的语言遗传密码; 5.基因的结构; 6.遗传信息的传递中心法则; 7.基因表达的调控; 8.基因突变;,（一）基因概念的发展 从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：泛基因（或者称 前基因）阶段，孟德尔的遗传因子阶段，#摩尔根的基因阶段，#顺反子 阶段，#操纵子阶段和现代基因阶段。,孟德尔遗传因子阶段,孟德尔 (1822-1884) “遗 传学之父”，奥地利原天主 教神父,在1865年他根据豌豆七对不同性状的杂交实验，总 结出遗传因子的概念以及在生殖细胞成熟中同对因 子分离、异对因子自由组合两条遗传规律，也就是 人们称为的孟德尔因子和孟德尔定律。他发现了遗 传基因原理，总结出分离规律和自由组合规律，为 遗传学提供了数学基础，创立了孟德尔学派。,孟德尔定律的要点是： （1）生物体的每一个性状是独立遗传的。 （2）每一个性状的生殖细胞中由一个决定的因子所代表， 那个因子控制性状的发育，即一个因子决定一个性 状。（该因子后来叫基因） （3）在体细胞中，遗传因子是成对存在的。 （4）在配子形成中，成对的基因分离，每个配子中只有一 对基因中的一个，这就是分离定律。 （5）如果有两对以上的基因，则不同对的非等位基因独立 自由地组合到配子中去。这就是不同对的非等位基因 的自由结合，称为自由组合定律。 （6）成对基因在一般情况下，一个是显性，另一个是隐 性。有两性基因存在时，显性性状表现出来而隐性性 状不能表现，只有两个隐性基因纯合时，隐性性状才 表现出来。这就是遗传的显隐性原理。 #,现在流行一个观点，就是中国古代曾经在科技上长时间领先于世界，产生了包括四大发明在内的很多伟大发明，只是到近代落后了。 其实这种观点是不严格的。 四大发明确实是中国对世界了不起的贡献，但它们都是属于技术范畴。严格地说应该是中国古代的技术曾经长时间领先于世界。,中国历史上曾经先进的只是技术，科学从来没有先进过，到西方科学开始传入的明朝，中国的科学水平从来就没有达到过两千年前的希腊的水平。 这不是因为我们祖先没有智慧，很大程度上是和文化传统有关，中国人和除了古希腊人以外的很多民族都是非常实用主义的，研究科技的原因就是因为它有用。,古希腊人研究科学的主要原因不是因为有用，而是理性的需要，就是发自内心地想了解这个世界为什么是这样，而不管这样的了解是不是可以导致发明创造并造福人类。,产生于西欧的近代科学，不是西欧人凭空想出来的，它是有基础的，这个基础主要就是古希腊的科学。 二千年前的古希腊诞生了阿基米德、欧几里德、托勒密等一批著名的科学家，他们每个人都在各自领域建立起一套系统的科学理论。 这些科学理论在西方传教士进入中国以前，中国人都是不知道的，也没有人建立过类似的理论。,中国的技术在近代也落后于西方国家，就是因为当技术进步到一定程度时，纯粹来自于经验的技术开始让位于根据科学发展起来的技术。 从经验上发展技术是有很大盲目性的，是比有理论指导需要更多次“试错”才能成功的。当一个技术需要很多步骤，每个步骤都有很多可能性需要“试错”的话，总的需要“试错”的次数就是所有每一步骤次数的积。所以当步骤数增加，“试错”次数就要按指数增加，很快就是个天文数字。这种情况下简单的“试错”成功的可能性就基本上接近零了。,1883年8月15日，美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长亨利奥古斯特罗兰(1848-1901)在美国科学促进会(AAAS)年会上做了题为“为纯科学呼吁”的演讲。 该演讲的文字后发表在1883年8月24日出版的Science杂志上，并被誉为“美国科学的独立宣言”。 一百多年后重读罗兰的“为纯科学呼吁”演讲，可以感觉到今日中国的科学发展与美国当年颇有相似之处。,我时常被问及这样的问题：纯科学与应用科学究竟哪个对世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在。 假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，我们很快就会退化成中国人那样，多少代人以来他们(在科学上)都没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没有追问过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了纯科学。 中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸的事实，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界的进步。我们现在只是将这个所有民族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。,A plea for pure science By H. A. ROWLAND,I have often been asked which was the more important to the world, pure or applied science. To have the applications of a science, the science itself must exist. Should we stop its progress, and attend only to its applications, we should soon degenerate into a people like the Chinese who have made no progress for generations, because they have been satisfied with the applications of science, and have never sought for reasons in what they have done. The reasons constitute pure science. They have known the application of gunpowder for centuries ; and yet the reasons for its peculiar action, if sought in the proper manner, would have developed the science of chemistry, and even of physics, with all their numerous applications. By contenting themselves with the fact that gunpowder will explode, and seeking no further, they have fallen behind in the progress of the world ; and we now regard this oldest and most numerous of nations as only barbarians.,然而，我们的国家也正处于同样的状况。因为我们获得了欧洲世界的科学，并将它们应用到生活的方方面面。 我们就像接受从天空中落下的雨水那样理所应当地接过这些科学知识，既不问它们究竟从哪里来，也没有感激为我们提供这些知识的伟大、无私的人们的恩情。就像天堂之雨一样，纯科学降临到我们的国家，让我们的国家更加伟大、富裕和强壮。,对于今天已经文明化的一个国家来说，科学的应用是必需的。迄今为止，我们的国家在这条路上走得很成功，因为纯科学在世界上的某些国家中存在并得到培养，对自然的科学研究在这些国家中被尊敬为高贵的追求。但这样的国家实在稀少，在我国，希望从事纯科学研究的人必须以更多的道德勇气来面对公众的舆论。他们必须接受被每一位成功的发明家所轻视的可能，在他们肤浅的思想中，这些人以为人类唯一的追求就是财富，那些拥有最多财富的人就是世界上最成功的人。,多少代人来，只有少数学习科学的学生将对自然的研究珍视为最崇高的追求。无论富裕或者贫穷，他们都有一个共同点：对自然及其规律充满热爱。 世界因科学的应用而带来的进步应归功于这少数人，但他们中只有极少数曾从世人那里得到他们应有的回报。,摩尔根的基因阶段,摩尔根 （Thomas Hunt Morgan 18661945），美国遗 传学家,从1910年到30年代托马斯亨特摩尔根及其助手在果蝇 遗传实验中，进一步证实了孟德尔因子的存在，证实了 孟德尔已经发现过的遗传的分离定律和自由组合定律， 而且还作出了另外两大重要发现：一是发现基因是在染 色体上，二是发现了遗传的基因链锁和互换定律。在果 蝇遗传实验的基础上，摩尔根还建立了作为摩尔根理论 主要基础的基因学说。,摩尔根的连锁与交换律的要点是： 每对染色体上有许多基因，各对基因在染色体上 有一定位置，这一定的位置叫做位点。 在同一条染色体上的基因是不能分离的，这种现 象称为连锁律。 同源染色体相互之间发生交换而使基因连锁群发 生了重新组合，这种现象称为交换律。#,1910年5月，在摩尔根的实验室中诞生了一只白眼雄果蝇。他把这只果蝇与另一只红眼雌果蝇进行交配，在下一代果蝇中产生了全是红眼的果蝇，一共是1240只。 后来摩尔根让一只白眼雌果蝇与一只正常的雄果蝇交配。却在其后代中得到一半是红眼、一半是白眼的雄果蝇，而雌果蝇中却没有白眼，全部雌性都长有正常的红眼睛。 摩尔根对此现象解释说：“眼睛的颜色基因（R）与性别决定的基因是结在一起的，即在X染色体上。”或者像我们现在所说那样是链锁的，那样得到一条既带有白 眼基因的X染色体，又有一条Y染色体的话，即发育为白眼雄果蝇。,摩尔根实验证明基因位于染色体上，并呈直线排列，提出了遗传学是连锁交换规律，建立了遗传的染色体学说，为细胞遗传学奠定了重要基础。 并由此提出基因既是一个功能单位，是一个突变单位，也是一个交换单位的“三位一体”概念。 所以经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。,基因的顺反子阶段,美国分子生物学家 Dr. Seymour Benzer,1955年，美国分子生物学家本兹尔(Benzer)提出了比传统基因概念更小的基本功能单位即顺反子的概念。 本泽把通过顺反实验而发现的遗传的功能单位称为顺反子，1个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。 1个顺反子内存在着很多突变位点突变子，突变子就是改变后可以产生突变型表型的最小单位。 1个顺反子内部存在着很多重组子。重组子就是不能由重组分开的基本单位。理论上每一核苷酸对的改变，就可导致一个突变的产生，每两个核苷酸对之间都可发生交换。这样看来，一个基因有多少核苷酸对就有多少突变子，就有多少重组子，突变子就等于重组子。,不均等交换表明功能 性基因并不一定是重组单位。突变分析（尤其是在微生物中）已经证明在单个功能性基 因中可能有几个不同的突变座位。 位置效应（顺式与反式差别）表明基因不一定是突变单位。原来认为基因同时是重组单位、突变单位和功能单位的朴素观点必须放弃。,由于 这些矛盾，Benzer（1957）提出了一种过激的建议，主张干脆不用“基因”这个词而代 之以三个不同的词：“突变子”（muton），作为突变单位；“重组子”（recon），作 为重组单位（按交换地点确定）；“顺反子”（cistron），作为基因功能单位（按位 置效应的顺式反式差别）。在这三个词中，顺反子最接近传统的基因概念，因为在一般 情况下基因的特征是由其效应决定的。但是“基因”这个词最终仍然按Benzer为顺反子 下的定义被普遍采用，而“突变子”和“重组子”这两个词则一直未流行。,基因的顺反子概念冲破了传统的“功能、交换、突 变”三位一体的基因概念，纠正了长期以来认为基因是 不能再分的最小单位的错误看法，使人们对基因的认识 有了进一步的提高。#,基因的操纵子阶段,1961年法国雅各布（F. Jacob）和莫诺（J.L. Monod）的研 究成果，又大大扩大了人们关于基因功能的视野。他们在研 究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中发现了有些基因不起合成 蛋白质模板作用，只起调节或操纵作用，提出了操纵子学说。 从此根据基因功能把基因分为结构基因、调节基因和操纵基 因。,现代基因阶段,沃森（James Dewey Watson和 克里克（Francis Harry Compton Crick）,以沃森和克里克为杰出代表的许多 科学家的贡献，奠定了现代基因学 说的基础。并且随着分子生物学研 究的继续和深入，基因的概念仍在 发展。,James Watson, the Nobel laureate who co-discovered the structure of DNA, made racially charged comments to Londons Sunday Times and was suspended last night from his administrative duties at Cold Spring Harbor Laboratory.,Watson was quoted in the magazine of the Sunday Times as saying he was “inherently gloomy about the prospect of Africa” because “all our social policies are based on the fact that their intelligence is the same as ours whereas all the testing says not really.” “there is no firm reason to anticipate that the intellectual capacities of peoples geographically separated in their evolution should prove to have evolved identically. Our wanting to reserve equal powers of reason as some universal heritage of humanity will not be enough to make it so.” 非常恶劣的重组歧视言论！,“我对非洲大陆的发展和繁荣有一种内在的低迷。人们认为他们（指非洲人）的聪敏程度和我们一样，但是所有的实验都证实其实是不一样的”。他还进一步地说“没有确凿的理由来使人接受因地理因素而分割开来的不同地区的人类获得相同程度的进化而使这些人们有相同程度的智慧”。,现代基因阶段实际上是重新 认识基因的阶段，对基因的 定义是：基因是DNA分子中含 有特定遗传信息的一段核苷 酸序列，是遗传物质的最小 功能单位。 Gene: The functional and physical unit of heredity passed from parent to offspring. Genes are pieces of DNA, and most genes contain the information for making a specific protein. #,（二）染色体与基因 染色体（Chromosome）: One of the thread like “packages“ of genes and other DNA in the nucleus of a cell. Different kinds of organisms have different numbers of chromosomes. Humans have 23 pairs of chromosomes, 46 in all: 44 autosomes and two sex chromosomes. Each parent contributes one chromosome to each pair, so children get half of their chromosomes from their mothers and half from their fathers.,根据减数分裂中基因与染色体行为平行出现 的现象，结合对染色体的观察与实验，证明 了： 基因位于染色体上； 基因在染色体上呈直线排列；,染色体结构中的一些名词,Autosome(常染色体): Any chromosome other than a sex chromosome. Humans have 22 pairs of autosomes. Nucleosome（核小体）: Subunit of chromatin composed of a short length of DNA wrapped around a core of histone proteins.,原核生物与真核生物染色体存在的状态不同。 原核生物没有细胞核（没有明显的核膜将染色体与 细胞浆分开）；一个原核细胞通常只有一个染色体， 或成线状、或成环状。,端粒与端粒酶,瑞典卡罗林斯卡医学院10月5日宣布，将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白布莱克本、卡萝尔格雷德和杰克绍斯塔克，以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。,端粒（Telomere）：真核细胞染色体末端的特殊结构。 端粒有重要的生物学功能，可稳定染色体的功能,防止染色体DNA降解、末端融合,保护染色体结构基因DNA，调节正常细胞生长。 人端粒是由6个碱基重复序列(TTAGGG)和结合蛋白组成。,正常细胞由于线性DNA复制5末端消失，随体细胞不断增殖，端粒逐渐缩短，当细胞端粒缩至一定程度，细胞停止分裂，处于静止状态。故有人称端粒为正常细胞的“分裂钟” (Mitosis clock) ，端粒长短和稳定性决定了细胞寿命，并与细胞衰老和癌变密切相关。,人类端粒的长度约为15Kb碱基。由于dsDNA存在末端复制问题，故 细胞 每分裂一次约丢失一个岗崎片断长度的DNA，即25100对碱基。 在细胞有丝分裂的过程中端粒DNA不断丢失而使端粒缩短，当端粒缩短到一定长度（2kb4kb）时，染色体的稳定性遭到破坏，细胞出现衰老的表现 。,端粒酶(Telomerase)：使端粒延伸的反转录DNA合成酶。 由RNA和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物。其RNA组分为模板，蛋白组分具有催化活性，以端粒3末端为引物，合成端粒重复序列。,端粒酶在细胞中的主要生物学功能是通过其逆转录酶活性复制和延长端粒DNA来稳定染色体端粒DNA的长度。,线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。 端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。,端粒酶(telomerase)的作用机制,正常人体细胞中检测不到端粒酶。一些良性病变细胞，体外培养的成纤维细胞中也测不到端粒酶活性。 但在生殖细胞、睾丸、卵巢、胎盘及胎儿细胞中此酶为阳性。 恶性肿瘤细胞具有高活性的端粒酶(它能维持癌细胞端粒的长度，使其无限制扩增，获得永生。,(三)基因的化学本质-DNA,染色体上具有遗传作用的是脱氧核糖核酸即DNA。DNA 链由两条碱基互补的脱氧核苷酸链反向平行旋转形 成双螺旋结构。每个脱氧核苷酸由一个碱基、一个 脱氧核糖及一个磷酸分子组成。碱基的不同决定了脱 氧核苷酸种类的不同。DNA中的碱基种类有四种：腺 嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶 （C）。,Two closely related strains of the bacterium Streptococcus pneumoniae differ from each other both in their appearance under the microscope and in their pathogenicity. One strain appears smooth (S) and causes death when injected into mice, and the other appears rough (R) and is nonlethal. The experiment in (A) shows that a substance present in the S strain can change (or transform) the R strain into the S strain and that this change is inherited by subsequent generations of bacteria. The experiment in (B) identifies the substance as DNA.,溴化乙锭,（四）基因的语言遗传密码,Genetic code:The instructions in a gene that tell the cell how to make a specific protein. A,T, G, and C are the “letters“ of the DNA code;they stand for the chemicals adenine, thymine,guanine, and cytosine, respectively, that make up the nucleotide bases of DNA. Each genes code combines the four chemicals in various ways to spell out 3-letter “words“ that specify which amino acid is needed at every step in making a protein.,氨基酸有20种，RNA有四种核苷酸 一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种，41=4 二个碱基决定一个氨基酸只能决定14种，42=16 三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种，43=64 足够有余,1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基 酸是由信使RNA的三个碱基决定即三联体密码子。 美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合 成方式，首先阐明了遗传密码的第一个字UUU， 即决定苯丙氨酸的密码子。1967年20种氨基酸的 密码全部破译。,遗传密码具有以下几种特点：,（1）起始码与终止码 Initiation codon and termination codon 密码子AUG是起始密码，代表合成肽链的第一个氨基酸的位置， 它们位于mRNA5末端，同时它也是蛋氨酸的密码子，因此原核 生物和真核生物多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸。 密码子UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基 酸，它们单独或共同存在于mRNA3末端。因此翻译是沿着mRNA分 子53方向进行的。,（2）密码无标点符号 两个密码子之间没有任何核苷酸隔开，因此从起始 码AUG开 始，三个碱基代有一个氨基酸，这就构成了一个连续不断的读 框，直至终止码。如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造 成移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。,（3）密码的简并性（Degemeracy） 一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基 酸的现象称为密码子的简并性。 这种简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生摆动现象 形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决 定，即使第三个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸， 这对于保证物种的稳定性有一定意义。如：GCU，GCC， GCA，GCG都代表丙氨酸。,（4）密码的通用性（universal ） 大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密 码，也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。因 此这张密码表是生物界通用的。 真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码，如人线 粒体中，UGA不是终止码，而是色氨酸的密码子，AGA， AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，加上通用密 码中的UAA和UAG，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨 酸密码子有两个，即AUG和AUA；而起始甲硫氨酸密码子有 四组，即AUN。,（五）基因的结构,根据基因是否具有转录和翻译功能分为三类 第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包 括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节 基因； 第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA 基因和rRNA基因； 第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用， 包括启动基因和操纵基因。启动基因和操纵基因有时被统称 为控制基因。,启动子（promoter）:指能被 RNA 聚合酶识别、结合 并启动基因转录的一段 DNA 序列，启动子的结构影响 它与 RNA 聚合酶的亲和力，决定了转录方向、模板链 以及转录效率。主要包括三个功能域：启始部位（ +1 区）、结合部位（ -10 区）、识别部位（ -35 区）。,也有把基因分为编码基因和非编码基因 Intron(内含子): A noncoding sequence of DNA that is initially copied into RNA but is cut out of the final RNA transcript.# Exon(外显子): The region of a gene that contains the code for producing the genes protein. Each exon codes for a specific portion of the complete protein. In some species (including humans), a genes exons are separated by long regions of DNA (called introns orsometimes “junk DNA“) that have no apparent function.,Intron:A noncoding sequence of DNA that is initially copied into RNA but is cut out of the final RNA transcript.,Microsatellite:Repetitive stretches of short sequences of DNA used as genetic markers to track inheritance in families.#,基因是遗传物质的最小功能单位； 但基因并非交换、突变中最小的单位； 交换、突变最小的单位是一个碱基对；,（六）遗传信息的传递中心法则 Genetic information transfer -Central Dogma,遗传信息在细胞内大分 子之间转移或传递的基 本法则； DNA codes for the production of RNA. RNA codes for the production of protein. Protein does not code for the production of protein, RNA or DNA.,1961- 1967 ，尼伦伯格（M.W. Nirenberg）和科拉纳 （H.G. Khorana）等人逐步搞清并了破译了基因以核苷酸 三联体为一组编码氨基酸全部64个遗传密码，把核酸密码 和蛋白质合成联系起来。 沃森和克里克等人提出的“中心法则”更加明确地揭示了生 命活动的基本过程。 1970年特明（H.M. Temin）以在劳斯肉瘤病毒内发现逆转 录酶这一成就进一步发展和完善了“中心法则”。 至此，遗传信息传递的过程已较清晰地展示在人们的眼前。,转录(transcription),翻译(translation ),（七）基因表达与调控,某些基因不断地进行转录和翻译，产生出各种蛋白质，通 常称之为基因表达。tRNA、rRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。 每个细胞都有一套完整的基因调控系统，使各种蛋白质只 有在需要时才被合成，这样就能使生物适应多变的环境， 防止生命活动中的浪费现象和有害后果的发生，保持体内 代谢过程的正常状态。 原核细胞和真核细胞的基因调控有着明显的区别。,基因表达的方式 组成性表达 某些基因产物对生命全过程是必需的或必不可少的。这类基 因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为 管家基因。管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个 生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很 小。这类基因表达视为基本的或组成性基因表达。 诱导和阻遏表达 与管家基因不同，另有一些基因表达极易受环境变化影响。 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物 增加，这种基因是可诱导的，称为诱导。相反，如果基因对 环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低的，称为阻 遏。 诱导和阻遏是同一事物的两种表现形式，在生物界普 遍存在，也是生物体适应环境的基本途径。,基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖。 维持个体发育与分化。,原核细胞表达的基因调控，比真核细胞要相对简单； 大肠杆菌乳糖操纵子,真核细胞表达的调控，比原核细胞要复杂得多，至今还没有 较为系统而又为实验所证实的理论。一般认为有三种形式 结构基因内部或其附近存在对基因表达起调控作用的DNA序列； 基因中某段富含CG的序列的甲基化对基因表达起调控作用； 通过染色体结构的变化控制基因的表达；,（八）基因突变,Mutation: A permanent structural alteration in DNA. In most cases, DNA changes either have no effect or cause harm, but occasionally a mutation can improve an organisms chance of surviving and passing the beneficial change on to its descendants. DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变 化。基因突变是生物变异的主要原因，是生物进化的主要 因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。,根据基因结构的改变方式，基因突变可分为碱基 置换突变和移码突变两种类型 。 根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以分为 同义突变、错义突变和无义突变三种类型。,基因突变的几种情况,基因突变的特点 基因突变在生物界中普遍存在； 基因突变随机发生 ； 自然状态下，基因突变的频率是很低； 多数基因突变对生物体有害 ； 基因突变的不定向 ；,二.人类基因组计划,（一）人类基因组计划的由来 （二）我国加盟人类基因组计划 （三）人类基因组计划的进程 （四）基因资源的争夺 （五）基因资源的保护 （六）人类基因组计划的深远影响 （七）人类基因组计划面临的问题,（一）人类基因组的由来 1990年10月 被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动； 1998年5月 一批科学家在美国罗克威尔组建Celera遗传公司，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。 2003年4月, 6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。至此，人类基因组计划共耗资27亿美圆，比原计划节省了约3亿美圆。,二.人类基因组计划,（二）我国加盟人类基因组计划,1999年9月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%，也就是3号染色体上的3000万个碱基对，使中国成为继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。 年4月我国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图。,基因组测序的大体步骤: 建立遗传图谱 建立物理图谱 DNA序列测定 基因的确定和分析,基因组序测： 目前，大部分基因组DNA测序中心在从事大片段DNA克隆 的测序时，采用下述基本工作步骤： 将待测克隆随机切成小片段(约1500bp)； 将小片段克隆入测序载体； 对每kb的DNA进行1030个亚克隆的高覆盖率测率； 将相互重叠的读出序列组装成连续的多序列的重线； 从质量最高的读出序列中取得最后的确认(consensus)序列。 # ,（三）人类基因组计划的深远影响 分子医学 疾病的进一步诊断 遗传性疾病易患体质的早期发现 对症下药的药物开发 药物遗传学 风险估计 由于放射线泄露（包括微量泄露）引起的健康损害和危险性的估计 ； 由于诱发突变的化学物质和致癌性毒物引起的健康损害和危险性估计 ； 降低遗传性突变的可能性 ；,生物考古学，人类学和人类演变 通过物种的突变研究演变过程 ； 研究起源于女性遗传基础上的不同人种的演变 ； 研究Y染色体上的突变，追溯男性的血统和演变 ； 比较人类寿命演变和历史性事件中的断裂点 ； DNA鉴定 鉴定DNA符合犯罪现场证物的可疑犯； 鉴定罪犯和受害者； 确定父子关系和其他亲属关系；,（四）人类基因组计划面临的问题 人类基因组研究引发的社会和伦理问题； 人类基因组面临的技术问题；,三基因工程的产生及应用,（一）基因工程的诞生 （二）基因工程的定义及研究内容 （三）基因工程的应用,（一）基因工程的诞生 理论上的三大发现 生命的遗传物质DNA； DNA双螺旋结构与半保留复制的提出； 遗传密码的破译； 技术上的三大发明 工具酶的发现：限制性核酸内切酶,DNA连 接酶; 基因工程载体:质粒载体,病毒载体,噬菌体载体; 逆转录酶的发现与应用:AMV,MLV;#,（二）基因工程的定义及研究内容 基因工程的定义:基因工程（genetic engineering）， 又称为重组DNA技术，是在分子水平上，用人工 方法提取或合成不同生物的遗传物质（DNA片 段），在体外切割，拼接形成重组DNA,然后将重 组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入 到没有该DNA的受体细胞中，进行复制和表达， 生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性 状，并使之稳定地遗传给下一代。,基因重组的优势,人体生长激素释放激素,基因重组疫苗,长效干扰素： 干扰素分子小、作用时间短，一般情况下，普通干扰素 注射12小时后基本完全排出体外。针对人病毒性疾病的治疗， 通常需要多次注射，普通干扰素的注射方法通常为隔一天注射 一针或是一周注射三针。,基因工程药物,相对于普通干扰素，长效干扰素半衰期长，长效干扰素 的半衰期长达40小时，可以在乙肝患者体内持续作用168个 小时，因而，长效干扰素一周只需要注射一次，使用比较方 便，而且提高了干扰素治疗的安全性。,PEG干扰素,聚乙烯乙二醇(聚乙二醇)(Polyenthylene glycol, PEG),PEG,IFN -2a,共价键,PEG的性质：,不带电核、无免疫原性、无毒性的水溶性化学物质，分子量为40kD,12KD。,PEG干扰素的优点：,1.可降低干扰素的血中清除率，延长干扰素的血浆半衰期,2.可增强干扰素的效果。,药物释放系统(Drug Delivery System, DDS),3.增加药物溶解度,4.增加药物的酶水解稳定性,5.减弱蛋白质药物的免疫原性,聚乙二醇干扰素-2a （派罗欣）,Pegasys,白蛋白-干