什么叫基因工程.ppt

1、第二章第二章 基因工程基因工程OutlineOutline 一、一、DNADNA与遗传物质与遗传物质 二、二、DNADNA与基因与基因 三、三、基因工程技术及应用基因工程技术及应用1909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。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。二二.DNA.DNA与基因与基因基因基因(gene)基因是什么？基因是什么？基因是生命的密码基因是生命的密码基因记录和传递遗

2、传信息基因记录和传递遗传信息基因决定生物体的生、长、病、基因决定生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象老、死等一切生命现象基因是染色体上的一段基因是染色体上的一段DNADNA染色体染色体基因基因1 1基因基因2 2 人体染色体DNA（人体基因组）总长度为30亿碱基对（bp）。人体各组织的每一个细胞核内都带有相同的基因组，人体各组织的每一个细胞核内都带有相同的基因组，即即2323对染色体的全部对染色体的全部DNADNA。也就是说携带了人体基因的全部遗传信息。不同种细胞的形态与功能是通过细胞内基因表达的调控调控作用作用控制着基因表达成相应的蛋白质。各种刺激对细胞内基因表达影响是通过信号传递的过程

3、来完成.生物体内每种蛋白质都有其自身特定的遗传信息，它们被储存于染色体DNA链中。携带某特定蛋携带某特定蛋白质完整遗传密码的那段白质完整遗传密码的那段DNADNA片段片段称为基因，人体总共有大约称为基因，人体总共有大约1010万万个基因，分别定位于个基因，分别定位于2323对染色体对染色体上。上。DNADNA双螺旋模型的发现，中心法则的提出，遗传密码的破双螺旋模型的发现，中心法则的提出，遗传密码的破译，基因表达调控及信号传递机制的研究，译，基因表达调控及信号传递机制的研究，表明基因设计的表明基因设计的时代已经来临。时代已经来临。DNA可以被特异地切切割割(利用限制性内切酶这种分子剪刀似的东西)

4、、移动移动和拼接拼接，我们可以将一种生物体的将一种生物体的DNADNA拼接拼接到另一种生物体的到另一种生物体的DNADNA上上。生物体内每种蛋白质都有其自身特定的遗传信息，它们被储存于染色体DNA链中。DNADNA的的结构构1 1组成组成DNADNA分子的分子的基本单位基本单位是什么是什么?每个基本单位由哪几部每个基本单位由哪几部分组成？分组成？2 2组成组成DNADNA的碱基有几种？的碱基有几种？分别是什么？分别是什么？3 3脱氧核苷酸有几种？分脱氧核苷酸有几种？分别是哪些？别是哪些？一一.DNA.DNA与遗传物质与遗传物质脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸AGCT腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤

5、鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶DNADNA的基本单位的基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸含氮碱基含氮碱基碱基配对原则：碱基配对原则：A A T TG G C C碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)DNADNA的化学本质的化学本质核酸核酸单核苷酸单核苷酸单核苷酸单核苷酸核苷核苷核苷核苷磷酸磷酸磷酸磷酸戊糖戊糖戊糖戊糖含氮碱基含氮碱基含氮碱基含氮碱基嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤GG 腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤A A嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶C C尿嘧啶尿嘧啶尿嘧

6、啶尿嘧啶U U胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）存于DNA中存于RNA中核糖核糖核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖5端端3端端多个多个核苷酸核苷酸3 3,5,5 磷酸二酯键磷酸二酯键核酸核酸A AO OCHCH2 2O OH HP PO OO OO O-O O5C CO OCHCH2 2P PO OO OO O-O O35T TO OCHCH2 2P POOO OOO-OO35多个多个核苷酸核苷酸碱基配对及氢键形成碱基配对及氢键形成RNARNA的分的分子结构 至于至于RNARNA的分子结构，就其化学组成上看，也是由的分子结构，就其化学组成上看，也是由四种核苷酸组成的多聚体。

7、它与四种核苷酸组成的多聚体。它与DNADNA的不同，首先的不同，首先在于在于以以U U代替了代替了T T，其次是用，其次是用核糖代替了脱氧核糖核糖代替了脱氧核糖，此外，此外，还有一个重要的不同点，就是绝大部分还有一个重要的不同点，就是绝大部分RNARNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键键(图图)。但有一些以但有一些以RNARNA为遗传物质的动物病毒含有双链为遗传物质的动物病毒含有双链RNRNA A。RNA的分子结构的分子结构总结总结DNA分子结构的主

8、要特性？分子结构的主要特性？相对的稳定性、多样性和特异性。相对的稳定性、多样性和特异性。DNADNA分子结构的相对稳定性，主要是由于外侧分子结构的相对稳定性，主要是由于外侧脱氧脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。是稳定不变的。DNADNA分子结构的多样性，主要是由于内侧分子结构的多样性，主要是由于内侧碱基对碱基对的的排列顺序是千变万化的。排列顺序是千变万化的。DNADNA分子的特异性，是由于每个特定的分子的特异性，是由于每个特定的DNADNA分子都分子都具有其特定的具有其特定的碱基对碱基对排列顺序。排列顺序。Watson and Crick Watson and

9、Crick proposed that the proposed that the two polynucleotide chains in the two polynucleotide chains in the double helix associate by double helix associate by hydrogen hydrogen bondingbonding between the nitrogenous between the nitrogenous bases.bases.G can hydrogen bond specifically G can hydrogen

10、 bond specifically only with C,while A can bond only with C,while A can bond specifically only with T.These reactions specifically only with T.These reactions are described as are described as base pairingbase pairing,and the,and the paired bases(G with C,or A with T)are paired bases(G with C,or A w

11、ith T)are said to be said to be complementarycomplementary.例、下图是例、下图是DNADNA分子结构模式图，用文字填出分子结构模式图，用文字填出1 11010的名称。的名称。PPPPACTG1234567891012345678910胞嘧啶（胞嘧啶（C C）腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对碱基对氢键氢键一条脱氧核苷酸链的片段一条脱氧核苷酸链的片段DNADNA是遗传物质是遗传物质 (1)(1)贮藏贮藏遗传信息的功能遗传信息的功能

12、(2)(2)传递传递遗传信息的功能遗传信息的功能 (3)(3)表达表达遗传信息的功能遗传信息的功能 由此，克里克提出由此，克里克提出中心法则中心法则,确定遗传确定遗传信息由信息由 DNA DNA 通过通过 RNA RNA 流向蛋白质的普遍流向蛋白质的普遍规律。规律。生命通过繁殖而延续生命通过繁殖而延续,DNADNA是是生物遗传的基本物质。生物遗传的基本物质。漂亮的模特漂亮的模特 遗传学家遗传学家“中心法中心法则”遗传信息储存在遗传信息储存在DNADNA中，中，DNADNA通过转录生成通过转录生成 mRNAmRNA，mRNAmRNA再通过翻译生成蛋白再通过翻译生成蛋白质，从而完成遗传信息的表质，

13、从而完成遗传信息的表达过程。达过程。克里克提出克里克提出中心法则中心法则,遗传信息由遗传信息由DNA通过通过RNA流向蛋白质流向蛋白质缬氨酸缬氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸真核生物真核生物原核生物原核生物一个基因一个性状？不一定。例如肤色的控制至少有三个基因参与。基因决定性状，环境还起不起作用？在基因型确定的基础上,环境常常会影响表型。产生黑色素的酶在较高温产生黑色素的酶在较高温度下失活，所以毛色在端点度下失活，所以毛色在端点位置体温较低处呈黑色位置体温较低处呈黑色基因与疾病基因与疾病 基因与人类的疾病密切相关,遗传病是由于基因先天缺陷所致;肿瘤的

14、发生涉及多种基因改变,包括癌基因激活或抑癌基因失活;高血压、糖尿病等多基因病也涉及到多种基因的改变;由病原体所致的传染病也和人体基因密切相关,存在易感人群和耐受人群;甚至致病原因与基因无关的外伤也在治疗和恢复过程中离不开基因.基因与个性基因与个性从血型和性格的相关性谈起.基因与人的性格密切相关,特别是一些精神性疾病,如烦躁,抑郁,同性恋,犯罪,自杀等,最近研究表明,人的聪明程度,行为倾向,高矮胖瘦等特征均与基因密切相关.真核细胞基因结构和原核细胞的有何相同点和不真核细胞基因结构和原核细胞的有何相同点和不真核细胞基因结构和原核细胞的有何相同点和不真核细胞基因结构和原核细胞的有何相同点和不同点？同

15、点？同点？同点？1 1）相同点：）相同点：）相同点：）相同点：都是由能够编码蛋白质的都是由能够编码蛋白质的都是由能够编码蛋白质的都是由能够编码蛋白质的编码区编码区编码区编码区和具有调控和具有调控和具有调控和具有调控作用的作用的作用的作用的非编码区非编码区非编码区非编码区组成。组成。组成。组成。2 2）不同点：）不同点：）不同点：）不同点：原核细胞基因的编码区是原核细胞基因的编码区是原核细胞基因的编码区是原核细胞基因的编码区是连续连续连续连续的，的，的，的，真核细胞真核细胞真核细胞真核细胞基因的编码区是基因的编码区是基因的编码区是基因的编码区是间隔间隔间隔间隔的，的，的，的，不连续不连续不连续不

16、连续的。的。的。的。真核细胞基因组中的基因常有内含子存在，能否在原真核细胞基因组中的基因常有内含子存在，能否在原核细胞中表达？能，为什么？不能，为什么？核细胞中表达？能，为什么？不能，为什么？不能，因为原核细胞缺乏对真核基因中内含子的剪接功能和转录后加工系统。原核生物必须有相应的原核RNA聚合酶可识别原核细胞的启动子,以催化RNA的合成。基因表达是以操纵子为单位，操纵子由数个相关的结构基因和调控功能的部位组成的。因此在构建原核表达载体时必须有1个强的原核启动子及其两侧的调控序列。核核酸酸核糖核酸核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNA）核糖体核糖体RNA（rRNA）转运转运RNA（tRNA）信使信使RNA（mRNA）分类分类分布分布细胞核细胞核、线粒体、叶绿线粒体、叶绿体、质粒等体、质粒等功能功能遗传信息的遗传信息的载体载体细胞质细胞质、细胞核细胞核核糖体的成分核糖体的成分转运氨基酸转运氨基酸传递传递DNA的的遗传信息，遗传信息，指导蛋白质指导蛋白质合成合成是现代分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的三是现代分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的三大发明。大发明。理论上的