第二章1 基因工程基础(4学时)

第二章基因工程现代生物技术概论1Outline第一节基因工程基础基因工程理论依据基因工程定义步骤内容

DNA遗传物质及基因2不同基因具有相同的物质基础基因是可切割的基因是可以转移的多肽与基因之间存在对应关系遗传密码是通用的基因可以通过复制把遗传信息传给下一代一基因工程理论基础3基因工程最突出的优点是打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其他生物之间的遗传信息进行相互重组和转移。Themostprominentadvantageofgeneticengineering：4二Geneengineeringoverview1concept:的指按人们需要，有类似工程设计方法将不同来源基因，在体外购建成杂种DNA分子，然后把重组的DNA分子引入受体细胞，在受体细胞中进行复制与表达，按人们的需要繁殖扩增基因或在产生不同的产物或定向的创造生物的新性状，并能稳定的遗传给下代。（与书略不同）从狭义上讲，供体，受体、载体基因工程的基本过程：切、接、转、增、检52.1Isolationandobtainoftheinterestgene目的基因的分离与获得；2.2vectorselectandestablish载体的选择与构建；2.3Recombinantofvectorandtheinterestgene载体和目的基因的重组；2.4TherecombinantDNAtransformationandamplification.重组DNA的转化和扩增；2.5ScreeningofrecombinantDNA重组DNA的筛选和鉴定。2Techniqueofgeneengineering6①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因

重组DNA技术的一般步骤7生物材料RNADNAmRNAcDNA文库基因组文库人工合成目的基因克隆载体重组DNA受体细胞克隆子转基因生物

基因工程基本技术路线8三.DNA与遗传物质

1．组成DNA分子的基本单位是什么?

每个基本单位由哪几部分组成？2．组成DNA的碱基有几种？分别是什么？3．脱氧核苷酸有几种？分别是哪些？DNA的结构9脱氧核糖磷酸AGCT腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶DNA的基本单位－脱氧核苷酸碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖磷酸(phosphate)含氮碱基10DNA的化学本质DNA就是脱氧核糖核酸(长链)核酸：核苷酸通过3ˊ5ˊ-磷酸二酯键联在一起;核苷酸：核苷的磷酸酯;核苷：碱基(AGTC四种)与戊糖(DNA在2ˊ

位脱氧,RNA不脱氧)通过糖苷键形成。核苷酸ONNNH2OCH2OHOHPOOOHOH11☉碱基Nitrogenousbases嘧啶Pyrimidines嘌呤Purines胸腺嘧啶胞嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤碱基配对原则：A——TG——CDNA中的碱基类型12☉核苷酸(nucleotideacid)核苷的磷酸酯脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸其中α和β、β和γ之间是高能磷酸键Deoxynucleotides91’αβγ135´端3´端多个核苷酸3´,5´磷酸二酯键核酸AOCH2OHPOOO-O5'COCH2POOO-O3'5'TOCH2POOO--O3'5'多个核苷酸14151617碱基配对及氢键形成1819DNA的双螺旋结构构成方式位置双螺旋外侧双螺旋内侧碱基对主链1）脱氧核糖与磷酸交替排列；2）两条主链呈反向平行；3）盘绕成规则的双螺旋。1）主链上对应碱基以氢键连结成对；2）碱基互补配对（A—T，G—C）。20RNA的分子结构至于RNA的分子结构，就其化学组成上看，也是由四种核苷酸组成的多聚体。它与DNA的不同，首先在于以U代替了T，其次是用核糖代替了脱氧核糖，此外，还有一个重要的不同点，就是绝大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键(图)。但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。21RNA的分子结构22总结DNA分子结构的主要特性？相对的稳定性、多样性和特异性。①DNA分子结构的相对稳定性，主要是由于外侧脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。②DNA分子结构的多样性，主要是由于内侧碱基对的排列顺序是千变万化的。③DNA分子的特异性，是由于每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序。

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WatsonandCrickproposedthatthetwopolynucleotidechainsinthedoublehelixassociatebyhydrogenbonding

betweenthenitrogenousbases.GcanhydrogenbondspecificallyonlywithC,whileAcanbondspecificallyonlywithT.Thesereactionsaredescribedasbasepairing,andthepairedbases(GwithC,orAwithT)aresaidtobecomplementary.24例、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。PPPPACTG1234567891012345678910胞嘧啶（C）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）脱氧核糖磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对氢键一条脱氧核苷酸链的片段25DNA是遗传物质

(1)贮藏遗传信息的功能

(2)传递遗传信息的功能

(3)表达遗传信息的功能

由此，克里克提出中心法则,确定遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质的普遍规律。26

生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质。漂亮的模特遗传学家“中心法则”27DNADNARNA蛋白质中心法则中心法则：遗传信息储存在DNA中，DNA通过转录生成mRNA，mRNA再通过翻译生成蛋白质，从而完成遗传信息的表达过程。2829缬氨酸

苯丙氨酸

天冬酰胺

谷氨酰胺

组氨酸

亮氨酸30原核生物31真核生物32核酸核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）核糖体RNA（rRNA）转运RNA（tRNA）信使RNA（mRNA）分类分布细胞核、线粒体、叶绿体、质粒等功能遗传信息的载体细胞质、细胞核核糖体的成分转运氨基酸传递DNA的遗传信息，指导蛋白质合成331909年丹麦遗传学家约翰逊（W.Johansen）在《精密遗传学原理》一书中提出“基因”概念。“基因型”(genotype)、“遗传学”(genetics)等名词由此派生而来的。基因(gene)具有特定功能的DNA片段，这些片段有的编码蛋白质，有的编码rRNA、tRNA，有的则是与复制、转录调控有关的DNA序列。四.DNA与基因34基因是指一切生物体内储存遗传信息且有自我复制能力的遗传功能单位，其物质基础是一个具有特定核苷酸（碱基+核糖）顺序的核酸片段。从基因的功能上看，可分为三种：1、结构基因。

控制某种蛋白质酶的合成.2、操纵基因，

它的功能象“开关”，控制结构基因的表达。3、调节基因，

具有调节功能，可以合成阻碍蛋白，附着在操纵基因，关闭结构基因的活动，进而阻碍酶的合成。不同功能的基因是通过组成调控系统而发挥作用的。基因35

启动基因P操纵子

操纵基因O基因调控系统

结构基因

S

调节基因R36

生物生长的主要活动是蛋白质的合成，蛋白质是以RNA为模板在核糖体上合成的，与RNA和DNA的合成有关，RNA分为四种，分别是mRNA、tRNA、rRNA和反义RNA。蛋白质的合成过程分为以下几步：1.复制。

决定该种蛋白质分子结构的相应一段DNA链进行自我复制。2.转录。

以上述DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则，转录出mRNA，同时还以相同方式得到tRNA、rRNA。这一过程在细胞核内完成。蛋白质的合成3738

3.翻译。

合成好的各种RNA通过核孔进入细胞质中发挥各自作用。rRNA与蛋白质结合形成核糖体作为合成蛋白质的场所；tRNA相当于搬运工，通常为带有三个环的“三叶草”结构，其上下两端分别具有特定识别作用，上端识别特定的氨基酸，并可以与之暂时结合，将其运送到核糖体中，下端由三个核苷酸序列形成反密码子，识别mRNA上与之互补的密码子，并暂时结合。3940一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸,当第一种tRNA把一个氨基酸分子准确运到核糖体内后，其他tRNA也以同样方式运送第二个氨基酸分子进入核糖体中，此时，第一种tRNA就把它携带的氨基酸传给后来者，它则游离出来，又去转运下一个相同的氦基酸。414.蛋白质合成。

不断重复3.的过程，经过多种tRNA这样多次转运，使各种需要的氨基酸一个一个全都按mRNA携带的指令，排列到相应的位置上，彼此相连形成具有特定氨基酸顺序的肽链，一旦遇到mRNA中的终止密码，该肽链就脱离下来，并高度折叠形成特定蛋白质。

4243非编码区：某的区段不能转录为相应的RNA，也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区。非编码区非编码区编码区：原核细胞的基因中的某些区段能够转录为相应的RNA，进而指导蛋白质的合成，即能够编码蛋白质，这样的区段叫做编码区。编码区与RNA聚合酶结合位点原核细胞的基因结构44与RNA聚合酶结合位点基因1基因2基因间区基因间区基因间区DNA编码区非编码区非编码区基因mRNA氨基酸序列蛋白质转录翻译45基因1基因2基因间区基因间区基因间区DNA氨基酸序列蛋白质转录翻译外显子内含子与RNA聚合酶结合位点编码区非编码区非编码区cdefa基因bmRNA加工真核细胞的基因结构46非编码区非编码区编码区与RNA聚合酶结合位点外显子内含子人体的骨骼肌细胞与肠腺细胞比较，遗传物质是否相同？

造成两形态、结构不同的根本原因是什么？真核细胞基因结构的主要特点：编码区是间隔、不连续的不同种的蛋白质基因所含的内含子与外显子数量、长度均有

差别往往基因中含有的碱基对越多，外显子所占的比例越小。47SD序列（Shine-Dalgarnosequence）：

mRNA能在原核生物核糖体上产生有效结合和转译的特殊序列。SD序列在细菌mRNA起始密码子AUG上游10个碱基左右处，有一段富含嘌呤的碱基序列，能与细菌16SrRNA3’端识别，帮助从起始AUG处开始翻译。P19SD序列48真核细胞基因结构和原核细胞的有何相同点和不同点？1）相同点：都是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成。2）不同点：原核细胞基因的编码区是连续的，真核细胞基因的编码区是间隔的，不连续的。