基因工程课件第一章绪论

1、2020/10/8,1,基因工程,目 录,第一章 绪论 第二章 染色体与DNA 第三章 生物信息的传递（上）从DNA到RNA 第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质 第五章 分子生物学研究方法（上）生物大分子操作技术 第六章 分子生物学研究方法（上）基因功能研究技术 第七章 基因的表达与调控（上）原核基因表达调控模式 第八章 基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模式,第一章 绪 论,引言,分子生物学简史,分子生物学的研究内容,分子生物学展望,1,2,3,4,创世说与进化论 1859年，达尔文发表物种起源确立进化论的概念。 细胞学说 17世纪末叶，Leeuwenhoek与Hooke的放

2、大镜和细胞。 1847年，Schleiden和Schwann提出细胞学说。 经典的生物化学与遗传学 孟德尔遗传学 Morgan在孟德尔遗传学的基础上提出基因学说。,第一节 引 言,DNA的发现 Avery的肺炎双球菌转化实验 Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌试验,第一节 引 言,第一节 引 言,分子生物学的概念 分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表达调控机理的学科。 广义上，分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功能的研究，以及从分子水平上阐明生命现象和生物规律，但目前主要研究基因的结构与功能

3、、复制、转录、表达和调控，确切地应称为分子遗传学。,第一节 引 言,生物 大分子,第一节 引 言,分子生物学的基本原理： 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的。 生物体内一切有机大分子的建成都遵循一定的规则。 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。 分子生物学与生物化学之间的关系 分子生物学与生物化学之间的关系密不可分。 分子生物学从分子水平研究生命现象，生物化学研究从分子水平研究生命现象的本质。,第二节 分子生物学简史,1944年，Avery 证明DNA是遗传物质。 1950年，Chargaff 提出Chargaff定则。 1953年，Watson & Cri

4、ck 成功解析了DNA分子二级结构。 1961年，Jacob & Monod 提出了调节基因表达的操纵子模型。 1970年，Smith & Wilcox 分离到第一种限制性核酸内切酶。 19721973年，Boyer & Berg 发展了重组DNA技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创基因工程的新纪元。 1975年，Southern 发明了DNA片段的印迹法。 1981年，Cech 发现了ribozyme。 1982年，Prusiner 发现了朊病毒prion。 1985年，Karry Mullis 发明了PCR反应。 1988年，人类基因组计划启动。 1998年，克隆羊多利诞生，同年Gen

5、Bank 公布了最新的人类基因图谱。,Nature 171, 737-734 (1953) (C) Macmillan Publishers Ltd. Molecular structure of Nucleic Acids WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C. Medical Research Council Unit for the Study of Molecular Structure of Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge.,A Structure for Deoxyribose Nucl

6、eic Acid We wish to suggest a structure for the salt of deoxyribose nucleic acid (D.N.A.). This structure has novel features which are of considerable biological interest.,Figure 1 This figure is purely diagrammatic. The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the

7、 pairs of bases holding the chains together. The vertical line marks the fibre axis.,Initial sequencing and analysis of the human genome Nature 409, 860 - 921 (2001), 15 February 2001 International Human Genome Sequencing Consortium,“Whats Human Genome Project?” “One base One dollar!” - by a taxi dr

8、iver (and a tax payer),全基因组已经测序的一些生物,第三节 分子生物学的研究内容,分子生物学的研究内容： DNA重组技术 基因表达调控研究 结构分子生物学 基因组、功能基因组与生物信息学研究,第三节 分子生物学的研究内容,DNA重组技术 这是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 DNA重组技术可用于定向改造某些生物基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百 上千倍的地提高。 DNA重组技术还被用来进行基础研究。无

9、论是对启动子的研究（包括调控元件或称顺式作用元件），还是对转录因子的克隆及分析，都离不开重组DNA技术的应用。,第三节 分子生物学的研究内容,基因表达调控研究 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。 原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。 真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传导研究、

10、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。,结构分子生物学 一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提： 拥有特定的空间结构（三维结构）； 发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。 结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。它包括3个主要研究方向： 结构的测定 结构运动变化规律的探索 结构与功能相互关系,第三节 分子生物学的研究内容,基因组、功能基因组与生物信息学研究 2001年，Nature和Science同时发表人类基因组全序列。 功能基因组学又往往被称为后基因组学，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。 生物信息学从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。包括了两层含义，一是对海量数据的收集、整理与服务，也就是管好这些数据；另一个是从中发现新的规律，也就是用好这些数据。,第三节 分子生物学的研究内容,18,分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类认识论上的重大飞跃。生命活动的一致性，决定了二十一世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所