基因工程 第一章 緒論ppt課件

1、基因工程基因工程2022-2-11目目 錄錄v 第一章第一章 緒論緒論v 第二章第二章 染色體與染色體與DNAv 第三章第三章 生物信息的傳遞上）生物信息的傳遞上）從從DNA到到RNAv 第四章第四章 生物信息的傳遞下）生物信息的傳遞下）從從mRNA到蛋白質(zhì)到蛋白質(zhì)v 第五章第五章 分子生物學(xué)研究方法上）分子生物學(xué)研究方法上）生物大分子操作技術(shù)生物大分子操作技術(shù)v 第六章第六章 分子生物學(xué)研究方法上）分子生物學(xué)研究方法上）基因功能研究技術(shù)基因功能研究技術(shù)v 第七章第七章 基因的表達(dá)與調(diào)控上）基因的表達(dá)與調(diào)控上）原核基因表達(dá)調(diào)控模式原核基因表達(dá)調(diào)控模式v 第八章第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控下）基因的

2、表達(dá)與調(diào)控下）真核基因表達(dá)調(diào)控模式真核基因表達(dá)調(diào)控模式第一章第一章 緒緒 論論引言引言分子生物學(xué)簡(jiǎn)史分子生物學(xué)簡(jiǎn)史分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)展望1234v創(chuàng)世說(shuō)與進(jìn)化論創(chuàng)世說(shuō)與進(jìn)化論v1859年，達(dá)爾文發(fā)表年，達(dá)爾文發(fā)表確立進(jìn)化確立進(jìn)化論的概念。論的概念。v細(xì)胞學(xué)說(shuō)細(xì)胞學(xué)說(shuō)v17世紀(jì)末葉，世紀(jì)末葉，Leeuwenhoek與與Hooke的放的放大鏡和細(xì)胞。大鏡和細(xì)胞。v1847年，年，Schleiden和和Schwann提出細(xì)胞提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)。學(xué)說(shuō)。v經(jīng)典的生物化學(xué)與遺傳學(xué)經(jīng)典的生物化學(xué)與遺傳學(xué)v孟德?tīng)栠z傳學(xué)孟德?tīng)栠z傳學(xué)vMorgan在孟德?tīng)栠z傳學(xué)的基礎(chǔ)上提出

3、基因在孟德?tīng)栠z傳學(xué)的基礎(chǔ)上提出基因?qū)W說(shuō)。學(xué)說(shuō)。第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言vDNA的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)vAvery的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn)vHershey和和Chase的噬的噬菌體侵染細(xì)菌試驗(yàn)菌體侵染細(xì)菌試驗(yàn)第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言v分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)的概念v分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物分子生物學(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?；プ骷捌浠虮磉_(dá)調(diào)控機(jī)理的學(xué)科。v廣義上，分子生物學(xué)包括對(duì)蛋

4、白質(zhì)和核廣義上，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)與功能的研究，以及酸等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究，以及從分子水平上闡明生命現(xiàn)象和生物規(guī)律，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、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控，確切地應(yīng)稱為分子遺傳學(xué)。遺傳學(xué)。第一節(jié)第一節(jié) 引引 言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DNAtRNA16S rRNAmRNA第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言v分子生物學(xué)的基本原理：分子生物學(xué)的基本原理：v構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的單體在不同生物中構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的

5、單體在不同生物中都是相同的。都是相同的。v生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循一定的規(guī)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。則。v某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定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。了它的屬性。v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v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)與生物化學(xué)之間的關(guān)系密不可分。v分子生物學(xué)從分子水平研究生命現(xiàn)象，生物化學(xué)分子生物學(xué)從分子水平研究生命現(xiàn)象，生物化學(xué)研究從分子水平研究生命現(xiàn)象的本質(zhì)。研究從分子水平研究生命現(xiàn)象的本質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 分子生物學(xué)簡(jiǎn)史分子生物學(xué)簡(jiǎn)史v 1944年，

6、Avery 證明DNA是遺傳物質(zhì)。v 1950年，Chargaff 提出Chargaff定則。v 1953年，Watson & Crick 成功解析了DNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)。v 1961年，Jacob & Monod 提出了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的操縱子模型。v 1970年，Smith & Wilcox 分離到第一種限制性核酸內(nèi)切酶。v 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(kāi)創(chuàng)基因工程的新紀(jì)元。v 1975年，Southern 發(fā)明了DNA片段的印跡法。v 1981年，Cech 發(fā)現(xiàn)了ribozyme。v 1982

7、年，Prusiner 發(fā)現(xiàn)了朊病毒prion。v 1985年，Karry Mullis 發(fā)明了PCR反應(yīng)。v 1988年，人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。v 2019年，克隆羊多利誕生，同年GenBank 公布了最新的人類基因圖譜。v Nature 171, 737-734 (1953) (C) Macmillan Publishers Ltd. v Molecular structure of Nucleic Acidsv WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C.v Medical Research Council Unit for the Study of Molecul

8、ar Structure of Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge. A Structure for Deoxyribose Nucleic AcidWe 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 1This figure is purel

9、y 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 genomeNature 409, 860 - 921 (2019), 15 February 2019 International Human

10、 Genome Sequencing Consortium“Whats Human Genome Project?”“One base One dollar!” - by a taxi driver (and a tax payer)humanArabidopsisThermotoga maritimaEscherichia coliBuchnerasp. APSRickettsia prowazekiiUreaplasma urealyticumBacillus subtilisDrosophila melanogasterThermoplasma acidophilumPlasmodium

11、 falciparumHelicobacter pylori mouseCaenorhabitis elegansratBorrelia burgorferiBorrelia burgorferiAquifex aeolicusNeisseria meningitidis Z2491Mycobacterium tuberculosis 全基因組已經(jīng)測(cè)序的一些生物全基因組已經(jīng)測(cè)序的一些生物第三節(jié)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v分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容：分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容：vDNA重組技術(shù)重組技術(shù)v基因表達(dá)調(diào)控研究基因表達(dá)調(diào)控研究v結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)v基因組、功能基因組與

12、生物信息學(xué)研究基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究第三節(jié)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vDNA重組技術(shù)重組技術(shù)v這是這是20世紀(jì)世紀(jì)70年代初興起的技術(shù)科學(xué)，目的年代初興起的技術(shù)科學(xué)，目的是將不同是將不同DNA片段如某個(gè)基因或基因的一片段如某個(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(lái)，在特部分按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來(lái)，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)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。，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。vDNA重組技術(shù)可用于定向改造某些生物基因重組技術(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

13、或功組結(jié)構(gòu)，使它們所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百能得以成百 上千倍的地提高。上千倍的地提高。vDNA重組技術(shù)還被用來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。無(wú)論重組技術(shù)還被用來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。無(wú)論是對(duì)啟動(dòng)子的研究包括調(diào)控元件或稱順式是對(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作用元件），還是對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的克隆及分析，都離不開(kāi)重組，都離不開(kāi)重組DNA技術(shù)的應(yīng)用。技術(shù)的應(yīng)用。第三節(jié)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v基因表達(dá)調(diào)控研究基因表達(dá)調(diào)控研究v基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯基因表達(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(guò)程中生物遺傳信息的表。在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)

14、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)著內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正環(huán)境調(diào)控）?？兀?。v原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單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，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。因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。v真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后都有復(fù)雜的信被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后都有復(fù)雜的信息加工過(guò)程，其基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在息加工過(guò)程，其

15、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)錄因子研究及現(xiàn)在信號(hào)傳導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪剪輯輯3個(gè)方面。個(gè)方面。v結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)v一個(gè)生物大分子，無(wú)論是核酸、蛋白質(zhì)或多一個(gè)生物大分子，無(wú)論是核酸、蛋白質(zhì)或多糖，在發(fā)揮生物學(xué)功能時(shí)，必須具備兩個(gè)前糖，在發(fā)揮生物學(xué)功能時(shí)，必須具備兩個(gè)前提：提：v擁有特定的空間結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)）；擁有特定的空間結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)）；v發(fā)揮生物學(xué)功能的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和發(fā)揮生物學(xué)功能的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化。構(gòu)象的變化。v結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的結(jié)構(gòu)分子

16、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)。它包括關(guān)系的科學(xué)。它包括3個(gè)主要研究方向：個(gè)主要研究方向：v結(jié)構(gòu)的測(cè)定結(jié)構(gòu)的測(cè)定v結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索v結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系第三節(jié)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v基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究v2019年，年，Nature和和Science同時(shí)發(fā)表人類基同時(shí)發(fā)表人類基因組全序列。因組全序列。v功能基因組學(xué)又往往被稱為后基因組學(xué)，它功能基因組學(xué)又往往被稱為后基因組學(xué)，它利用結(jié)構(gòu)基因組所

17、提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展利用結(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(guò)在基因組或系統(tǒng)和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，通過(guò)在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學(xué)研水平上全面分析基因的功能，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。因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。v生物信息學(xué)從事對(duì)基因組研究相關(guān)生物信息生物信息學(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。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、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)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)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)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v 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)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?？圃诜肿铀缴系慕y(tǒng)一。v 以基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)