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1、基因工程 2021/8/20 1 目 錄 第一章 緒論 第二章 染色體與 DNA 第三章 生物信息的傳遞（上） 從 DNA到 RNA 第四章 生物信息的傳遞（下） 從 mRNA到蛋白質(zhì) 第五章 分子生物學(xué)研究方法（上） 生物大分子操作技術(shù) 第六章 分子生物學(xué)研究方法（上） 基因功能研究技術(shù) 第七章 基因的表達(dá)與調(diào)控（上） 原核基因表達(dá)調(diào)控模式 第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控（下） 真核基因表達(dá)調(diào)控模式 第一章 緒 論 引言 分子生物學(xué)簡(jiǎn)史 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)展望 1 2 3 4 創(chuàng)世說與進(jìn)化論 1859年，達(dá)爾文發(fā)表 物種起源 確立進(jìn)化論的概念。 細(xì)胞學(xué)說 17世紀(jì)末葉， Leeuwe
2、nhoek與 Hooke的放大鏡和細(xì)胞。 1847年， Schleiden和 Schwann提出細(xì)胞學(xué)說。 經(jīng)典的生物化學(xué)與遺傳學(xué) 孟德爾遺傳學(xué) Morgan在孟德爾遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上提出基因?qū)W說。 第一節(jié) 引 言 DNA的發(fā)現(xiàn) Avery的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化 實(shí)驗(yàn) Hershey和 Chase的噬菌 體侵染細(xì)菌試驗(yàn) 第一節(jié) 引 言 第一節(jié) 引 言 分子生物學(xué)的概念 分子生物學(xué)是研究核酸 、 蛋白質(zhì)等生物大分 子的 結(jié)構(gòu) 與 功能 ， 并從分子水平上闡明蛋白 質(zhì)與蛋白質(zhì) 、 蛋白質(zhì)與核酸之間的 互作 及其 基因表達(dá) 調(diào)控機(jī)理 的學(xué)科 。 廣義上 ， 分子生物學(xué)包括對(duì)蛋白質(zhì)和核酸等生物大 分子結(jié)構(gòu)與功能
3、的研究 ， 以及從分子水平上闡明生 命現(xiàn)象和生物規(guī)律 ， 但目前主要研究基因的結(jié)構(gòu)與 功能 、 復(fù)制 、 轉(zhuǎn)錄 、 表達(dá)和調(diào)控 ， 確切地應(yīng)稱為分 子遺傳學(xué) 。 第一節(jié) 引 言 生物 大分子 胰島素 蛋白酶 蜘蛛毒素 光合作用受體 金屬硫蛋白 DNA tRNA 16S rRNA mRNA 第一節(jié) 引 言 分子生物學(xué)的基本原理： 構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的。 生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循一定的規(guī)則。 某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。 分子生物學(xué)與生物化學(xué)之間的關(guān)系 分子生物學(xué)與生物化學(xué)之間的關(guān)系密不可分。 分子生物學(xué)從分子水平研究生命現(xiàn)象，生
4、物化學(xué)研究從分子水 平研究生命現(xiàn)象的本質(zhì)。 第二節(jié) 分子生物學(xué)簡(jiǎn)史 1944年， Avery 證明 DNA是遺傳物質(zhì)。 1950年， Chargaff 提出 Chargaff定則。 1953年， Watson & Crick 成功解析了 DNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)。 1961年， Jacob & Monod 提出了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的操縱子模型。 1970年， Smith & Wilcox 分離到第一種限制性核酸內(nèi)切酶。 19721973年， Boyer & Berg 發(fā)展了重組 DNA技術(shù)，并完成了 第一個(gè)細(xì)菌基因的克隆，開創(chuàng)基因工程的新紀(jì)元。 1975年， Southern 發(fā)明了 DNA片段的印跡法。
5、 1981年， Cech 發(fā)現(xiàn)了 ribozyme。 1982年， Prusiner 發(fā)現(xiàn)了朊病毒 prion。 1985年， Karry Mullis 發(fā)明了 PCR反應(yīng)。 1988年，人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。 1998年，克隆羊多利誕生，同年 GenBank 公布了最新的人類基 因圖譜。 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
6、 for the Study of Molecular Structure of Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge. A Structure for Deoxyribose Nucleic 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. Fi
7、gure 1 This figure is purely diagrammatic. The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the 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 Febr
8、uary 2001 International Human Genome Sequencing Consortium “Whats Human Genome Project?” “One base One dollar!” - by a taxi driver (and a tax payer) human Arabidopsis Thermotoga maritima Escherichia coli Buchnerasp. APS Rickettsia prowazekii Ureaplasma urealyticum Bacillus subtilis Drosophila melano
9、gaster Thermoplasma acidophilum Plasmodium falciparum Helicobacter pylori mouse Caenorhabitis elegans rat Borrelia burgorferi Borrelia burgorferi Aquifex aeolicus Neisseria meningitidis Z2491 Mycobacterium tuberculosis 全基因組已經(jīng)測(cè)序的一些生物 第三節(jié) 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容： DNA重組技術(shù) 基因表達(dá)調(diào)控研究 結(jié)構(gòu)分子生物學(xué) 基因組、功能基因組與生物信息學(xué)
10、研究 第三節(jié) 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 DNA重組技術(shù) 這是 20世紀(jì) 70年代初興起的技術(shù)科學(xué) ， 目的是將不同 DNA片 段 （ 如某個(gè)基因或基因的一部分 ） 按照人們的設(shè)計(jì)定向連接 起來 ， 在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá) ， 產(chǎn) 生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀 。 DNA重組技術(shù)可用于定向改造某些生物基因組結(jié)構(gòu) ， 使它們 所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百 上千倍的地提高 。 DNA重組技術(shù)還被用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究 。 無論是對(duì)啟動(dòng)子的研 究 （ 包括調(diào)控元件或稱順式作用元件 ） ， 還是對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的 克隆及分析 ， 都離不開重組 DNA技術(shù)的應(yīng)用 。 第三節(jié) 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容
11、 基因表達(dá)調(diào)控研究 基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育 過程中生物遺傳信息的表達(dá)按一定時(shí)序發(fā)生變化（時(shí)序調(diào)節(jié)） ，并隨著內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調(diào)控）。 原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)錄和翻譯在同 一時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。 真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯過程在時(shí)間和空間上都被分隔開，且在轉(zhuǎn) 錄和翻譯后都有復(fù)雜的信息加工過程，其基因表達(dá)的調(diào)控可以 發(fā)生在各種不同的水平上。其基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在信號(hào)傳 導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及 RNA剪輯 3個(gè)方面。 結(jié)構(gòu)分子生物學(xué) 一個(gè)生物大分子 ， 無論是核酸 、 蛋白質(zhì)或多糖 ， 在發(fā)揮 生物學(xué)功能
12、時(shí) ， 必須具備兩個(gè)前提： 擁有特定的空間結(jié)構(gòu) （ 三維結(jié)構(gòu) ） ； 發(fā)揮生物學(xué)功能的過程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化 。 結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及 結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué) 。 它包括 3個(gè) 主要研究方向： 結(jié)構(gòu)的測(cè)定 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索 結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系 第三節(jié) 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 基因組 、 功能基因組與生物信息學(xué)研究 2001年 ， Nature和 Science同時(shí)發(fā)表人類基因組全序列 。 功能基因組學(xué)又往往被稱為后基因組學(xué) ， 它利用結(jié)構(gòu)基 因組所提供的信息和產(chǎn)物 ， 發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段 ， 通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功
13、能 ， 使得 生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因 或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究 。 生物信息學(xué)從事對(duì)基因組研究相關(guān)生物信息的獲取 、 加 工 、 儲(chǔ)存 、 分配 、 分析和解釋 。 包括了兩層含義 ， 一是 對(duì)海量數(shù)據(jù)的收集 、 整理與服務(wù) ， 也就是管好這些數(shù)據(jù) ；另一個(gè)是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律 ， 也就是用好這些數(shù)據(jù) 。 第三節(jié) 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)的發(fā)展揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性 ， 是 人類認(rèn)識(shí)論上的重大飛躍 。 生命活動(dòng)的一致性 ， 決定了二十一 世紀(jì)的生物學(xué)將是真正的系統(tǒng)生物學(xué) ， 是生物學(xué)范圍內(nèi)所有學(xué) 科在分子水平上的統(tǒng)一 。 以基因組學(xué) 、 轉(zhuǎn)錄組學(xué) 、 蛋白質(zhì)組學(xué)以及代謝組學(xué)等不同層次 “ 組學(xué) ” 的最新成果為基礎(chǔ)的系統(tǒng)生物學(xué) ， 是研究一個(gè)生物系 統(tǒng)中所有組成成分 （ 基因 、 mRNA、 蛋白質(zhì)等 ） 的變化規(guī)律以 及在特定遺傳或環(huán)境條件下相互關(guān)系的學(xué)科 。 分子生物學(xué)是目前自然學(xué)科中進(jìn)展最迅速 、 最具活力和生氣的 領(lǐng)域 ， 也是新世紀(jì)的帶頭學(xué)科 。 18 第四節(jié) 分子生物學(xué)展望
基因工程PPT課件 第一章 緒論
