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 分子生物學研究方法上）分子生物學研究方法上）生物大分子操作技術生物大分子操作技術v 第六章第六章 分子生物學研究方法上）分子生物學研究方法上）基因功能研究技術基因功能研究技術v 第七章第七章 基因的表達與調(diào)控上）基因的表達與調(diào)控上）原核基因表達調(diào)控模式原核基因表達調(diào)控模式v 第八章第八章 基因的表達與調(diào)控下）基因的

2、表達與調(diào)控下）真核基因表達調(diào)控模式真核基因表達調(diào)控模式第一章第一章 緒緒 論論引言引言分子生物學簡史分子生物學簡史分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學展望分子生物學展望1234v創(chuàng)世說與進化論創(chuàng)世說與進化論v1859年，達爾文發(fā)表年，達爾文發(fā)表確立進化確立進化論的概念。論的概念。v細胞學說細胞學說v17世紀末葉，世紀末葉，Leeuwenhoek與與Hooke的放的放大鏡和細胞。大鏡和細胞。v1847年，年，Schleiden和和Schwann提出細胞提出細胞學說。學說。v經(jīng)典的生物化學與遺傳學經(jīng)典的生物化學與遺傳學v孟德爾遺傳學孟德爾遺傳學vMorgan在孟德爾遺傳學的基礎上提出

3、基因在孟德爾遺傳學的基礎上提出基因?qū)W說。學說。第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言vDNA的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)vAvery的肺炎雙球菌轉的肺炎雙球菌轉化實驗化實驗vHershey和和Chase的噬的噬菌體侵染細菌試驗菌體侵染細菌試驗第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言v分子生物學的概念分子生物學的概念v分子生物學是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物分子生物學是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結構與功能，并從分子水平上闡大分子的結構與功能，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調(diào)控機理的學科?；プ骷捌浠虮磉_調(diào)控機理的學科。v廣義上，分子生物學包括對蛋

4、白質(zhì)和核廣義上，分子生物學包括對蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子結構與功能的研究，以及酸等生物大分子結構與功能的研究，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構與功能、復制但目前主要研究基因的結構與功能、復制、轉錄、表達和調(diào)控，確切地應稱為分子、轉錄、表達和調(diào)控，確切地應稱為分子遺傳學。遺傳學。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分子生物學的基本原理：分子生物學的基本原理：v構成生物體各類有機大分子的單體在不同生物中構成生物體各類有機大分子的

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)一切有機大分子的建成都遵循一定的規(guī)生物體內(nèi)一切有機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分子生物學與生物化學之間的關系分子生物學與生物化學之間的關系v分子生物學與生物化學之間的關系密不可分。分子生物學與生物化學之間的關系密不可分。v分子生物學從分子水平研究生命現(xiàn)象，生物化學分子生物學從分子水平研究生命現(xiàn)象，生物化學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) 分子生物學簡史分子生物學簡史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分子二級結構。v 1961年，Jacob & Monod 提出了調(diào)節(jié)基因表達的操縱子模型。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，并完成了第一個細菌基因的克隆，開創(chuàng)基因工程的新紀元。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。v 1988年，人類基因組計劃啟動。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)測序的一些生物全基因組已經(jīng)測序的一些生物第三節(jié)第三節(jié) 分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容v分子生物學的研究內(nèi)容：分子生物學的研究內(nèi)容：vDNA重組技術重組技術v基因表達調(diào)控研究基因表達調(diào)控研究v結構分子生物學結構分子生物學v基因組、功能基因組與

12、生物信息學研究基因組、功能基因組與生物信息學研究第三節(jié)第三節(jié) 分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容vDNA重組技術重組技術v這是這是20世紀世紀70年代初興起的技術科學，目的年代初興起的技術科學，目的是將不同是將不同DNA片段如某個基因或基因的一片段如某個基因或基因的一部分按照人們的設計定向連接起來，在特部分按照人們的設計定向連接起來，在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達，產(chǎn)生影響受體細胞的新的遺傳性狀。，產(chǎn)生影響受體細胞的新的遺傳性狀。vDNA重組技術可用于定向改造某些生物基因重組技術可用于定向改造某些生物基因組結構，使它們所具備的特殊經(jīng)濟價值

13、或功組結構，使它們所具備的特殊經(jīng)濟價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重組技術還被用來進行基礎研究。無論重組技術還被用來進行基礎研究。無論是對啟動子的研究包括調(diào)控元件或稱順式是對啟動子的研究包括調(diào)控元件或稱順式作用元件），還是對轉錄因子的克隆及分析作用元件），還是對轉錄因子的克隆及分析，都離不開重組，都離不開重組DNA技術的應用。技術的應用。第三節(jié)第三節(jié) 分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容v基因表達調(diào)控研究基因表達調(diào)控研究v基因表達實質(zhì)上就是遺傳信息的轉錄和翻譯基因表達實質(zhì)上就是遺傳信息的轉錄和翻譯。在個體生長發(fā)育過程中生物遺傳信息的表。在個體生長發(fā)育過

14、程中生物遺傳信息的表達按一定時序發(fā)生變化時序調(diào)節(jié)），并隨達按一定時序發(fā)生變化時序調(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構都比較簡單原核生物的基因組和染色體結構都比較簡單，轉錄和翻譯在同一時間和空間內(nèi)發(fā)生，基，轉錄和翻譯在同一時間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉錄水平。因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉錄水平。v真核生物轉錄和翻譯過程在時間和空間上都真核生物轉錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔開，且在轉錄和翻譯后都有復雜的信被分隔開，且在轉錄和翻譯后都有復雜的信息加工過程，其基因表達的調(diào)控可以發(fā)生在息加工過程，其

15、基因表達的調(diào)控可以發(fā)生在各種不同的水平上。其基因表達調(diào)控主要表各種不同的水平上。其基因表達調(diào)控主要表現(xiàn)在信號傳導研究、轉錄因子研究及現(xiàn)在信號傳導研究、轉錄因子研究及RNA剪剪輯輯3個方面。個方面。v結構分子生物學結構分子生物學v一個生物大分子，無論是核酸、蛋白質(zhì)或多一個生物大分子，無論是核酸、蛋白質(zhì)或多糖，在發(fā)揮生物學功能時，必須具備兩個前糖，在發(fā)揮生物學功能時，必須具備兩個前提：提：v擁有特定的空間結構三維結構）；擁有特定的空間結構三維結構）；v發(fā)揮生物學功能的過程中必定存在著結構和發(fā)揮生物學功能的過程中必定存在著結構和構象的變化。構象的變化。v結構分子生物學就是研究生物大分子特定的結構分子

16、生物學就是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能空間結構及結構的運動變化與其生物學功能關系的科學。它包括關系的科學。它包括3個主要研究方向：個主要研究方向：v結構的測定結構的測定v結構運動變化規(guī)律的探索結構運動變化規(guī)律的探索v結構與功能相互關系結構與功能相互關系第三節(jié)第三節(jié) 分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容v基因組、功能基因組與生物信息學研究基因組、功能基因組與生物信息學研究v2019年，年，Nature和和Science同時發(fā)表人類基同時發(fā)表人類基因組全序列。因組全序列。v功能基因組學又往往被稱為后基因組學，它功能基因組學又往往被稱為后基因組學，它利用結構基因組所

17、提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展利用結構基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學研水平上全面分析基因的功能，使得生物學研究從對單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉向多個基究從對單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究。因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究。v生物信息學從事對基因組研究相關生物信息生物信息學從事對基因組研究相關生物信息的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋。的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋。包括了兩層含義，一是對海量數(shù)據(jù)的收集、包括了兩層含義，一是對海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務，也就是管好這些數(shù)據(jù)；另一個整理與服務，也就是管好這些數(shù)據(jù)；另一個是從中發(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) 分子生物學的研究內(nèi)容分子生物學的研究內(nèi)容v 分子生物學的發(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，是人類認識論上的重大飛躍。生命活動的一致性，決定了二十一人類認識論上的重大飛躍。生命活動的一致性，決定了二十一世紀的生物學將是真正的系統(tǒng)生物學，是生物學范圍內(nèi)所有學世紀的生物學將是真正的系統(tǒng)生物學，是生物學范圍內(nèi)所有學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、轉錄組學、蛋白質(zhì)組學