第二章基因工程分子生物学基础课件

2基因工程的分子生物学基础2.1核酸的结构与功能2.2基因与基因组2.3中心法则与基因表达调控2.4自然界的基因转移和重组目的要求：掌握基因工程的分子生物学基础自然界的基因转移和重组2.1核酸的结构与功能2.1核酸的结构与功能核酸：就是由许多核苷酸按照一定的顺序连接所组成的多核苷酸，它的主要功能是充当遗传信息的载体。脱氧核糖核酸DNA核糖核酸RNA戊糖碱基DNA和RNA多核苷酸片段及其缩写式（1）遗传因子孟德尔认为生物的性状是由“遗传因子”决定的。

孟德尔（JohannGregorMendel）2.1.1遗传物质与DNA

经典遗传学关于基因的概念（2）1909年，丹麦生物学家约翰逊根据希腊文“给予生命”之义，创造了基因（gene）一词，并用这个术语代替孟德尔的“遗传因子”。约翰逊

（W.L.Johannsen,1857-1927）基因工程理论依据不同基因具有相同的物质基础基因是可切割的基因是可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递给下一代经典实验一：Griffith、Avery肺炎球菌转化小鼠实验DNA是遗传物质噬菌体侵染大肠杆菌经典实验二：1952年，Hershey和Chase主要成分1、核酸(DNA、RNA)2、蛋白(组蛋白、非组蛋白)

染色质（chromatin）：间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。染色体（chromosome）：细胞在有丝分裂或减数分裂的特定阶段，由染色质凝缩而成的棒状结构。2.1.2DNA的结构与功能染色体DNA必须含有的三个特殊元件自主复制序列（autonomouslyreplicationDNAsequence，ARS）着丝粒（centromere，CEN）端粒（telomere，TEL）DNA的一级结构与功能DNA的二级结构与功能DNA二级结构DNA的三级结构与功能DNA双螺旋进一步盘曲形成更加复杂的结构，超螺旋。2m长的DNA存在于5μm的核内？DNA分子有多长？1.7~2mDNA分子存在于哪个细胞器里面？细胞核2.1.3RNA的结构与功能信使RNA（messengerRNA，mRNA）核糖体RNA（ribosomalRNA，rRNA）转运RNA（transferRNA，tRNA）mRNA真核生物mRNArRNAE.coli核糖体（70S）高等动物核糖体（80S）30S亚基50S亚基40S亚基60S亚基16srRNA21种蛋白质23SrRNA5SrRNA36种蛋白质18SrRNA33种蛋白质28SrRNA5.8SrRNA5SrRNA49种蛋白质tRNAtRNA二级结构和三级结构2.1.4核酸的理化性质及其应用一般理化性质DNA为白色纤维状固体RNA为白色粉末状固体多元酸紫外吸收：260nmA260/A280值可以反映核酸的纯度。纯的DNA：A260/A280=1.8

纯的RNA：A260/A280=2.0

核酸变性后，在260nm处的吸收值上升，这叫增色效应(hyperchromiceffect)。增色效应常可用来衡量DNA变性的程度。DNA变性在某些理化因素下，DNA分子互补碱基之间的氢键断裂，致使DNA双螺旋结构松开，变成单链，即为DNA变性（denaturation）。引起变性的因素有：加热、酸碱、尿素、甲醛等。

核酸的理化性质

热变性中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时的温度称为DNA的熔点或熔解温度（Tm）。DNA变性热变性曲线(熔解曲线)图5-26Tm的示意图在DNA发生热变性的过程中，A260随温度的变化曲线。变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复为天然的双螺旋结构，这种现象称为复性（renaturation）。DNA单链之间、一条DNA和一条RNA链之间主要存在序列互补配对区域，不管是整条链互补，还是部分序列互补，均可能重新形成整条双链或部分双链，这即为核酸分子杂交（hybridization）。DNA分子的复性(annealorrenaturation)D.SDNAS.SDNADenaturation▲▼Renaturation

复性过程依赖于单链分子间的随机碰撞(DependsonthecollisionofcomplementaryS.S.DNA)

2.2基因与基因组基因（gene）：存在于DNA上承载遗传信息的核苷酸序列。基因组（genome）：单倍体细胞中的全套染色体上所有基因的总和。启动子（promoter）：一段能直接与RNA聚合酶及其转录因子结合、决定基因转录起始与否的DNA序列，一般位于基因转录起点上游100bp-200bp范围内。原核生物基因结构转录因子——操纵子(operon)

机制特异DNA序列编码序列启动序列操纵序列其他调节序列(promoter)(operator)是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBAD

TTGACA

TATAAT共有序列真核生物的结构基因不仅在两侧有非编码区，而且在基因内部也有许多不编码蛋白质的间隔序列，即内含子（intron），编码区则成为外显子（exon）。终止子（terminator）基因结构中能够促进转录终止的DNA序列，在RNA水平上通过转录出的终止子序列形成茎环结构而终止。2.2.2基因组原核生物的基因组基因组小多顺反子mRNA非编码区少基因重叠不含内含子真核生物基因组同源基因组基因组大单顺反子重复序列非编码序列90%以上基因家族转座子/逆转座子单拷贝序列中度重复序列高度重复序列基因家族DNA甲基化自私DNA端粒2.3中心法则与基因表达调控生物信息的传递原核生物基因的表达调控真核生物基因的表达调控乳糖操纵子模型2.4自然界的基因转移和重组接合作用conjugation：细菌之间通过菌毛相互接触时，质粒便可从一个细胞转移至另一细胞，这种类型的DNA转移。转化作用（transfromation）通过自动获取或认为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。转导作用（transduction）当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来再次感染另一（受体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组方式。溶菌途径溶原途径转座（transposition）由插入序列和转座子介导的基因移位或重排。插入序列（insertionsequences，IS）：长750~1500bp的DNA片段，包括两侧9~41bp构成的两个反向重复序列和中央的一个转座酶编码基因，后者的表达产物可引起转座。转座子（transposon，Tn）：可从染色体的一个位点转移至另一个位点的分散的DNA元件。基