單元三遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

1、1會計學(xué)單元三遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)單元三遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)3-1 核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)3-2 基因的表達(dá)基因的表達(dá)3-3 基因工程基因工程3-1 核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)一、核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)一、核酸的分子組成及結(jié)構(gòu)( (一一) ) 兩種核酸及其分布：兩種核酸及其分布：1.1.核酸：核酸：以核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化以核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。合物。 五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 鳥嘌呤鳥嘌呤G、腺嘌呤、腺嘌呤A 環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基 胞嘧啶胞嘧啶C、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶T 或尿嘧

2、啶或尿嘧啶U核酸有兩種：核酸有兩種：脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(DNA)和和核糖核酸核糖核酸(RNA)。兩種核酸的主要區(qū)別如下：兩種核酸的主要區(qū)別如下：DNA通常是雙鏈一般較長。通常是雙鏈一般較長。RNA主要為單鏈，分子鏈較短。主要為單鏈，分子鏈較短。圖圖 構(gòu)成核苷酸分子的堿基和核糖構(gòu)成核苷酸分子的堿基和核糖DNA 核苷酸核苷酸五碳糖：脫氧核糖五碳糖：脫氧核糖堿基：堿基：A、T、C、GRNA 核苷酸核苷酸五碳糖：核糖五碳糖：核糖堿基：堿基：A、U、C、GDNA四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸DNA分子分子2 2分布：分布：高等植物高等植物：DNA存在于染色體，葉綠體、線粒體存在于染色體，葉綠體、線粒

3、體中；中；RNA在核（核仁、染色體）、細(xì)胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細(xì)胞質(zhì)中。細(xì)菌細(xì)菌：DNA和和RNA。噬菌體噬菌體：多數(shù)只有：多數(shù)只有DNA。植物病毒植物病毒：多數(shù)只有：多數(shù)只有RNA。動物病毒動物病毒：有些含：有些含RNA、有些含、有些含DNA。( (二二 )DNA)DNA的分子結(jié)構(gòu)：的分子結(jié)構(gòu)：1. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)：1953年，沃森年，沃森（Watson J. D.）和克里克和克里克（CrickF. H. C.）提出提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。主要依據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。主要依據(jù)為：為：堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律以及堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律以及DNA分子的分子的X射線衍射射線衍射結(jié)果。結(jié)果

4、。沃森和克里克與沃森和克里克與維爾肯斯維爾肯斯(Wilkins)一起獲得諾貝爾獎一起獲得諾貝爾獎(1962) 。雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)(1953)(1953)模型建立者模型建立者: James WATSON:生物學(xué)家生物學(xué)家Francis CRICK: 化學(xué)家化學(xué)家雙螺旋模型實驗數(shù)據(jù)的重要貢獻(xiàn)者：雙螺旋模型實驗數(shù)據(jù)的重要貢獻(xiàn)者：Rosalind FRANKLIN: Kings Collage London的的MRC生物物理單位物理化生物物理單位物理化學(xué)家，首先學(xué)家，首先 將磷酸原子定位于將磷酸原子定位于DNA外表面并發(fā)現(xiàn)了外表面并發(fā)現(xiàn)了“B” 型型DNAMaurice WILKINS

5、: “A” 型型DNA的發(fā)現(xiàn)者的發(fā)現(xiàn)者電電子子顯顯微微鏡鏡下下的的人人類類DNA特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) 兩條互補(bǔ)多核酸鏈、在同一軸上互相盤旋；兩條互補(bǔ)多核酸鏈、在同一軸上互相盤旋；(2) 雙鏈具有反向平行的特點(diǎn)；雙鏈具有反向平行的特點(diǎn)；(3) 堿基配對原則為：堿基配對原則為：A=T、G=C，雙螺旋直徑約，雙螺旋直徑約20A，螺距為螺距為34A(10個堿基對個堿基對)。遺傳信息載體：遺傳信息載體： 脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNA）雙螺旋分子；長度單位：堿基對）雙螺旋分子；長度單位：堿基對 (bp)，千堿基對千堿基對 (Kb)，百萬堿基對，百萬堿基對 (Mb)(4) A-T、G-C排列方法有排列方

6、法有以下四種：以下四種：A-T G-C G-C A-TC-G A-TA-T C-G設(shè)某一段設(shè)某一段DNA分子鏈有分子鏈有1000對堿基對堿基,則有則有41000種不種不同排列組合，就可能有同排列組合，就可能有41000種不同性質(zhì)的基因。種不同性質(zhì)的基因。(5) (5) 物種：物種：同物種中的同物種中的DNA的堿基含量不同：的堿基含量不同：a. DNA分子上的堿基順序是一致的，一般保持不變才分子上的堿基順序是一致的，一般保持不變才能保持該物種的遺傳特性的穩(wěn)定；能保持該物種的遺傳特性的穩(wěn)定；b在特殊條件下，堿基順序改變，出現(xiàn)遺傳變異。在特殊條件下，堿基順序改變，出現(xiàn)遺傳變異。2. DNA2. DN

7、A構(gòu)型：構(gòu)型：B-DNA：生理狀態(tài)下，每螺圈：生理狀態(tài)下，每螺圈10.4個堿基對，右手螺旋個堿基對，右手螺旋；A-DNA：高鹽濃度下，每螺圈：高鹽濃度下，每螺圈11個堿基對，右手螺旋；個堿基對，右手螺旋；Z-DNA：序列富含：序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出現(xiàn)，嘌呤和嘧啶交替出現(xiàn)，每螺圈每螺圈12個堿基對，左手螺旋。個堿基對，左手螺旋。( (三三) RNA) RNA分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)： U代替代替T；與與DNA的區(qū)別的區(qū)別 核糖代替脫氧核糖；核糖代替脫氧核糖； 一般以單鏈存在。一般以單鏈存在。( (四四) ) DNADNA的復(fù)制的復(fù)制1. DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)：復(fù)制的一般特點(diǎn)：(1) 半保留復(fù)制

8、：半保留復(fù)制： 瓦特森瓦特森(Watson J. D.)等提出等提出的的DNA半保留復(fù)制方式。半保留復(fù)制方式。其方法為：其方法為：a. 一端沿氫鍵逐漸斷開；一端沿氫鍵逐漸斷開；b. 以單鏈為模板，堿基互補(bǔ)；以單鏈為模板，堿基互補(bǔ)；c. 氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；d. 形成新的互補(bǔ)鏈；形成新的互補(bǔ)鏈；e. 形成了兩個新形成了兩個新DNA分子。分子。 DNA的這種復(fù)制方式對保的這種復(fù)制方式對保持生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。持生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。(2)復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制方向：復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制方向： 真核生物真核生物每條染色體的每條染色體的DNA復(fù)制都是多起點(diǎn)，多個復(fù)制起復(fù)

9、制都是多起點(diǎn)，多個復(fù)制起點(diǎn)共同控制整個染色體的復(fù)制；點(diǎn)共同控制整個染色體的復(fù)制；每條染色體有多個復(fù)制子；每條染色體有多個復(fù)制子；且為雙向復(fù)制且為雙向復(fù)制；2. DNA2. DNA復(fù)制過程復(fù)制過程1）DNA雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈* DNA解旋酶在解旋酶在ATP供能供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)下，每分鐘旋轉(zhuǎn)3000次次解開雙螺旋；解開雙螺旋；* 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白馬上結(jié)合蛋白馬上結(jié)合在分開的單鏈上，結(jié)合在分開的單鏈上，以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；* DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決由于復(fù)制叉的推進(jìn)而產(chǎn)生由于復(fù)制叉的推進(jìn)而產(chǎn)生超螺旋的問題。超螺旋的問題。2） DNA合成的開始合成的

10、開始合成合成DNA片段之前，先片段之前，先由由RNA聚合酶合成一小聚合酶合成一小段段RNA引物引物(約有約有20個堿個堿基對基對) DNA 聚合酶才開聚合酶才開始起作用合成始起作用合成DNA片段片段。3）后隨鏈的不連續(xù)復(fù)制）后隨鏈的不連續(xù)復(fù)制DNA聚合酶，以聚合酶，以5 3 方向發(fā)揮方向發(fā)揮作用；作用；從從3 5 合成方向的一條鏈，合成方向的一條鏈，就會遇到困難。就會遇到困難?？级鞑窨级鞑? Kornberg A., 1967)提出不連續(xù)復(fù)制假說：提出不連續(xù)復(fù)制假說：在在3 5方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從5 3的方向一段段地合成的方向一段段地合成DNA單鏈單鏈小片段小片段“岡崎片段岡崎

11、片段”(10002000bp) 由連接酶連接這些片段由連接酶連接這些片段形成一形成一條連續(xù)的單鏈。條連續(xù)的單鏈。Helicase:解旋酶 primosme復(fù)制叉結(jié)構(gòu)復(fù)制叉結(jié)構(gòu): :圖圖 DNADNA合合成成模模型型 基因作為遺傳信息單位，位于基因作為遺傳信息單位，位于染色體染色體上，控制上，控制生物的性狀發(fā)育。生物的性狀發(fā)育。 DNA是是攜帶生物遺傳信息的載體，攜帶生物遺傳信息的載體，是遺傳的分是遺傳的分子基礎(chǔ)。子基礎(chǔ)。 基因表達(dá)基因表達(dá)就是將基因攜帶的生物信息釋放出來就是將基因攜帶的生物信息釋放出來，供細(xì)胞利用的過程，或?qū)⑸锏倪z傳信息作為性，供細(xì)胞利用的過程，或?qū)⑸锏倪z傳信息作為性狀或特

12、征表現(xiàn)出來的過程。狀或特征表現(xiàn)出來的過程。 通常所說的基因表達(dá)通常所說的基因表達(dá) 指基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的指基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程。過程。 原核生物或真核生物為了適應(yīng)外界環(huán)境條件及自身原核生物或真核生物為了適應(yīng)外界環(huán)境條件及自身的需要，都必須的需要，都必須不斷調(diào)控各種不同基因的表達(dá)方式不斷調(diào)控各種不同基因的表達(dá)方式。 一、基因的概念及其發(fā)展：一、基因的概念及其發(fā)展：、經(jīng)典遺傳關(guān)于基因的概念： 孟德爾：孟德爾：把控制性狀的因子稱為遺傳因子。把控制性狀的因子稱為遺傳因子。如：豌豆紅花如：豌豆紅花(C)、白花、白花(c)、植株高、植株高(H)、矮、矮(h)。 約翰生：約翰生：提出基因提出基因(gen

13、e)這個名詞，取代遺傳因子。這個名詞，取代遺傳因子。 摩爾根：摩爾根：對果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染對果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染色體為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)。色體為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)?；蚴腔瘜W(xué)實體，以念珠狀直線排列在染色體上?；蚴腔瘜W(xué)實體，以念珠狀直線排列在染色體上?；虻墓残曰虻墓残裕ò凑战?jīng)典遺傳學(xué)對基因的概念）（按照經(jīng)典遺傳學(xué)對基因的概念）： 染色體特性染色體特性：自我復(fù)制能力和相對穩(wěn)定性，：自我復(fù)制能力和相對穩(wěn)定性，在分裂時有規(guī)律地進(jìn)行分配。在分裂時有規(guī)律地進(jìn)行分配。 交換單位交換單位：基因間能進(jìn)重組，而且是交換的：基因間能進(jìn)重組，而且是交換的最小單位。最

14、小單位。 突變單位突變單位：一個基因能突變?yōu)榱硪粋€基因。：一個基因能突變?yōu)榱硪粋€基因。 功能單位功能單位：控制有機(jī)體的性狀。：控制有機(jī)體的性狀。經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個最小的單位：基因是一個最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。 分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念：分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念： 揭示遺傳密碼的秘密：基因揭示遺傳密碼的秘密：基因 具體物質(zhì)。具具體物質(zhì)。具體內(nèi)容：體內(nèi)容：一個基因一個基因 DNA分子上一定區(qū)段，攜帶有特殊分子上一定區(qū)段，攜帶有特殊的遺傳信息的遺傳信息 轉(zhuǎn)錄成轉(zhuǎn)錄成RNA(包括包括mRNA、tRNA、rRNA)或

15、對其它基因的活動起調(diào)控作用或?qū)ζ渌虻幕顒悠鹫{(diào)控作用( 如調(diào)節(jié)如調(diào)節(jié)基因、啟動基因、操縱基因基因、啟動基因、操縱基因)。 基因不是最小遺傳單位基因不是最小遺傳單位 更復(fù)雜的遺傳和變更復(fù)雜的遺傳和變異單位：異單位：例如例如：在一個基因區(qū)域內(nèi)，仍可以劃分出若干起：在一個基因區(qū)域內(nèi)，仍可以劃分出若干起作用的小單位。作用的小單位。 現(xiàn)代遺傳學(xué)上認(rèn)為：現(xiàn)代遺傳學(xué)上認(rèn)為：突變子突變子：指性狀突變時產(chǎn)生突變的最小單位，指性狀突變時產(chǎn)生突變的最小單位，一個突變子可以小到一個核苷酸對。一個突變子可以小到一個核苷酸對。如移碼突如移碼突變。變。 重組子重組子：指發(fā)生性狀重組時，產(chǎn)生重組的最小指發(fā)生性狀重組時，產(chǎn)生

16、重組的最小單位，可小到只包含一個核苷酸對。單位，可小到只包含一個核苷酸對。順反子順反子：就是一個基因，是一個完整的不可分就是一個基因，是一個完整的不可分割的功能單位。包括與一個多肽鏈的合成相對割的功能單位。包括與一個多肽鏈的合成相對應(yīng)的一段應(yīng)的一段DNA，平均大小為，平均大小為5001500bp,可有可有若干交換子和突變子。若干交換子和突變子。 基因概念：基因概念： 可轉(zhuǎn)錄一條完整的可轉(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子或編碼一個多肽分子或編碼一個多肽鏈；鏈； 功能上被順反測驗或互補(bǔ)測驗所規(guī)定。功能上被順反測驗或互補(bǔ)測驗所規(guī)定。分子遺傳學(xué)保留了分子遺傳學(xué)保留了功能單位功能單位的解釋，而拋棄了最的解釋，而拋

17、棄了最小結(jié)構(gòu)單位說法。小結(jié)構(gòu)單位說法?；蚧颍合喈?dāng)于一個順反子，：相當(dāng)于一個順反子， 包含許多突變子和包含許多突變子和 重組子。重組子。 紫外燈下的紫外燈下的DNADNA二、遺傳密碼：二、遺傳密碼： 密碼子與氨基酸密碼子與氨基酸DNA分子堿基只有分子堿基只有4種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有20種。種。 堿基與氨基酸之間不可能一一對應(yīng)。堿基與氨基酸之間不可能一一對應(yīng)。141=4種：缺種：缺16種氨基酸；種氨基酸；242=16種：比現(xiàn)存的種：比現(xiàn)存的20種氨基酸還缺種氨基酸還缺4種；種；343=64種：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成種：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成64種組合，

18、種組合，20種氨基酸多出種氨基酸多出44種。種。簡并：一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決簡并：一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象。定的現(xiàn)象。三聯(lián)體或密碼子：代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸三聯(lián)體或密碼子：代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。 遺傳密碼字典遺傳密碼字典每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢?從從1961年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利用別利用64個已知三聯(lián)體密碼，找到了相對應(yīng)的個已知三聯(lián)體密碼，找到了相對應(yīng)的氨基酸。氨基酸。19661967年，完成了全部遺傳密碼表，如年，完成了全部遺傳密碼

19、表，如UGG為色氨酸。為色氨酸。遺遺傳傳密密碼碼字字典典 遺傳密碼的基本特征：遺傳密碼的基本特征：1遺傳密碼為三聯(lián)體：遺傳密碼為三聯(lián)體：三個堿基決定一種氨基酸；三個堿基決定一種氨基酸；61個為有意密碼，起始密碼為個為有意密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲甲硫氨酸硫氨酸)；3個為無意密碼，個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為蛋白質(zhì)合成終止信號。為蛋白質(zhì)合成終止信號。2. 遺傳密碼間不能重復(fù)遺傳密碼間不能重復(fù):在一個在一個mRNA上每個堿基只屬于一個密碼上每個堿基只屬于一個密碼子；均以子；均以3個一組形成氨基酸密碼。個一組形成氨基酸密碼。3.遺傳密碼間無逗號：遺傳密碼間無逗號： AUG GUA

20、CUG UCA 甲硫氨酸甲硫氨酸 纈氨酸纈氨酸 亮氨酸亮氨酸 絲氨酸絲氨酸 密碼子與密碼子之間無逗號，按三個三個的密碼子與密碼子之間無逗號，按三個三個的順序一直閱讀下去，不漏讀不重復(fù)。順序一直閱讀下去，不漏讀不重復(fù)。 如果中間某個堿基增加或缺失后，閱讀就會如果中間某個堿基增加或缺失后，閱讀就會按新的順序進(jìn)行下去，最終形成的多肽鏈就與按新的順序進(jìn)行下去，最終形成的多肽鏈就與原先的完全不一樣原先的完全不一樣(稱為移碼突變稱為移碼突變)。 AUG （G） UAC UGU CA甲硫氨酸甲硫氨酸 酪氨酸酪氨酸 半胱氨酸半胱氨酸4 4簡并性：簡并性： 簡并現(xiàn)象：簡并現(xiàn)象：色氨酸色氨酸(UGG)和甲硫氨酸和

21、甲硫氨酸(AUG)例外，僅一個例外，僅一個三聯(lián)體密碼；其余氨基酸都有一種以上的密碼子。三聯(lián)體密碼；其余氨基酸都有一種以上的密碼子。 61個為有意密碼，起始密碼為個為有意密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲甲硫氨酸硫氨酸)。3個為無意密碼，個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為為蛋白質(zhì)合成終止信號。蛋白質(zhì)合成終止信號。 簡并現(xiàn)象的意義：簡并現(xiàn)象的意義：同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性也越大。同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性也越大。如：如：UCU 、UCC或或UCA或或UCG，均為絲氨酸。，均為絲氨酸。5 5遺傳密碼的有序性：遺傳密碼的有序性： 決定同一個氨基酸或性質(zhì)相近的不同氨基決定同一個氨基

22、酸或性質(zhì)相近的不同氨基酸的多個密碼子中，第酸的多個密碼子中，第1個和第個和第2個堿基的重要個堿基的重要性大于第性大于第3個堿基，往往只是最后一個堿基發(fā)生個堿基，往往只是最后一個堿基發(fā)生變化。變化。例如：脯氨酸（例如：脯氨酸（pro）：）：CCU、CCA、CCC、CCG。6 6通用性：通用性： 在整個生物界中，從病毒到人類，遺傳密碼在整個生物界中，從病毒到人類，遺傳密碼通用。通用。4個基本堿基符號個基本堿基符號所有氨基酸所有氨基酸所有蛋白所有蛋白質(zhì)質(zhì) 生物種類、生物體性狀。生物種類、生物體性狀。 1980年以后發(fā)現(xiàn)：年以后發(fā)現(xiàn)：具有自我復(fù)制能力的線粒體具有自我復(fù)制能力的線粒體tRNA(轉(zhuǎn)移核糖轉(zhuǎn)

23、移核糖核酸核酸)在閱讀個別密碼子時有不同的翻譯方式。在閱讀個別密碼子時有不同的翻譯方式。如：酵母、鏈孢霉與哺乳動物的線粒體。如：酵母、鏈孢霉與哺乳動物的線粒體。三、蛋白質(zhì)的合成三、蛋白質(zhì)的合成 DNA對性狀的控制作用并不是直接的，遺傳對性狀的控制作用并不是直接的，遺傳密碼到蛋白質(zhì)的合成過程包括遺傳密碼的轉(zhuǎn)錄密碼到蛋白質(zhì)的合成過程包括遺傳密碼的轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟。和翻譯兩個步驟。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：就是以就是以DNADNA雙鏈之一的遺傳密碼為模板，雙鏈之一的遺傳密碼為模板，把遺傳密碼以互補(bǔ)的方式轉(zhuǎn)錄到把遺傳密碼以互補(bǔ)的方式轉(zhuǎn)錄到mRNAmRNA（信使核（信使核糖核酸）上。糖核酸）上。翻譯翻譯：就是就是mR

24、NA攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼，附攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼，附著在核糖體上，把著在核糖體上，把tRNA（轉(zhuǎn)移核糖核酸）運(yùn)來（轉(zhuǎn)移核糖核酸）運(yùn)來的各種氨基酸，按照的各種氨基酸，按照mRNA的密碼順序，相互的密碼順序，相互連接起來成為多肽鏈，并進(jìn)一步折疊起來成為立連接起來成為多肽鏈，并進(jìn)一步折疊起來成為立體蛋白質(zhì)分子。體蛋白質(zhì)分子。 （一）（一）RNARNA的轉(zhuǎn)錄與的轉(zhuǎn)錄與RNARNA的種類的種類1.RNA1.RNA的種類的種類（1）信使）信使RNA (messenger RNA，mRNA)（2）轉(zhuǎn)移）轉(zhuǎn)移RNA (transfer RNA，tRNA)（3）核糖體）核糖體RNA (ribosomal RNA

25、，rRNA) 三種不同的三種不同的RNA分子在基因的表達(dá)過程中分子在基因的表達(dá)過程中起重要的作用。起重要的作用。（1 1）信使）信使RNA (mRNA)RNA (mRNA)： mRNA的功能就是把的功能就是把DNA上的遺傳信息精上的遺傳信息精確無誤地轉(zhuǎn)錄下來，然后，由確無誤地轉(zhuǎn)錄下來，然后，由mRNA的堿基順的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，是基因表達(dá)過程是基因表達(dá)過程中遺傳信息傳遞的中介。中遺傳信息傳遞的中介。它起著傳遞信息的作它起著傳遞信息的作用，因而稱為用，因而稱為信使信使RNA (mRNA)。（2 2）轉(zhuǎn)移）轉(zhuǎn)移RNARNA（ tRNA) 如果說如果說mRNA

26、是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖，則核糖是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖，則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。體是合成蛋白質(zhì)的工廠。 由于合成蛋白質(zhì)的原材料由于合成蛋白質(zhì)的原材料20種氨基酸與種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。的堿基之間缺乏特殊的親和力。 因此，必須用一種特殊的因此，必須用一種特殊的RNA轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA (tRNA)把氨基酸搬運(yùn)到核糖體上，把氨基酸搬運(yùn)到核糖體上，能根據(jù)能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)成多肽鏈。酸連結(jié)成多肽鏈。 每種氨基酸可與每種氨基酸可與14種種tRNA相結(jié)合，現(xiàn)在已相結(jié)合，現(xiàn)在已知的知的tRNA的種類在的種類在40種以上。種以

27、上。1969年以來，研究年以來，研究了來自各種不同生物了來自各種不同生物，如：酵母、大腸桿，如：酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等的十菌、小麥、鼠等的十幾種幾種tRNA的結(jié)構(gòu)，證的結(jié)構(gòu)，證明它們的堿基序列都明它們的堿基序列都能折疊成能折疊成三葉草葉型三葉草葉型(圖圖)。tRNA是最小的是最小的RNA。其分子量約為其分子量約為27000(2500030000)，由，由70到到90個核苷酸組成。個核苷酸組成。tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)的共性的結(jié)構(gòu)的共性( (圖圖3 323)23)：(1)5端之末具有端之末具有G(大部大部分分)或或C。(2) 3端之末都以端之末都以ACC的順序終結(jié)。的順序終結(jié)。(3) 有一個富

28、有鳥嘌呤有一個富有鳥嘌呤的環(huán)。的環(huán)。(4)有一個反密碼子環(huán)，有一個反密碼子環(huán)，其的頂端有三個暴露其的頂端有三個暴露的堿基，稱為的堿基，稱為反密碼反密碼子。子。這一個反密碼子這一個反密碼子可以與可以與mRNA鏈上同鏈上同自己互補(bǔ)的密碼子配自己互補(bǔ)的密碼子配對。對。(5) 有一個胸腺嘧啶環(huán)有一個胸腺嘧啶環(huán)。(3)(3) 核糖體核糖體RNARNA（rRNArRNA）核糖體核糖體RNA，它是組成核糖體的主要成分，而它是組成核糖體的主要成分，而核糖體則是合成蛋白質(zhì)的中心。核糖體則是合成蛋白質(zhì)的中心。原核生物的核糖體所含的原核生物的核糖體所含的rRNA，有，有5S、16S及及23S等三種等三種真核生物的核

29、糖體，含有真核生物的核糖體，含有4種種rRNA和約和約80種蛋種蛋白質(zhì)。四種白質(zhì)。四種rRNA為為5S、5.8S、18S和和28S。S為沉降系數(shù)為沉降系數(shù)(sedimentation coefficient)，當(dāng)用，當(dāng)用超速離心測定一個粒子的沉淀速度時，此速度超速離心測定一個粒子的沉淀速度時，此速度與粒子的大小直接成比例。與粒子的大小直接成比例。rRNA是單鏈，是單鏈，它包含不等量的它包含不等量的A與與U、G與與C，但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵相連，表現(xiàn)為相連，表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。發(fā)夾式螺旋。rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但在蛋

30、白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但16S的的rRNA3端有一段核苷酸序列與端有一段核苷酸序列與mRNA的的前導(dǎo)序列是互補(bǔ)的，這可能有助于前導(dǎo)序列是互補(bǔ)的，這可能有助于mRNA與核與核糖體的結(jié)合。糖體的結(jié)合。核糖體 ：蛋白質(zhì)翻譯的場所 2.RNA 2.RNA 的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGCTACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子以一條以一條DNADNA鏈為模板合成鏈為模板合成RNARNA尿嘧啶（尿嘧啶（U U）取代了胸腺嘧啶（）取代了胸腺嘧啶（T T） 首先是以首先是以DNA的一條鏈為模板合成與它互補(bǔ)的一條鏈為模板

31、合成與它互補(bǔ)的的mRNA ，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律，在這條在這條mRNA鏈上，鏈上，A變?yōu)樽優(yōu)閁，T變?yōu)樽優(yōu)锳，C變?yōu)樽優(yōu)镚，G變變?yōu)闉镃。 因此，這條因此，這條mRNA上的遺傳密碼與非模板上的遺傳密碼與非模板DNA鏈?zhǔn)且粯拥?，所不同的只是鏈?zhǔn)且粯拥?，所不同的只是U代替了代替了T。然。然后再由后再由mRNA上的遺傳密碼翻譯成多肽鏈中的氨上的遺傳密碼翻譯成多肽鏈中的氨基酸序列。基酸序列。（四）蛋白質(zhì)的合成過程（四）蛋白質(zhì)的合成過程蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)是由20種不同的氨基酸組成的多肽鏈種不同的氨基酸組成的多肽鏈，每種蛋白質(zhì)都有其特定的氨基酸序列。，每種蛋白質(zhì)都有其特定的氨基酸序

32、列。遺傳信息貯存于遺傳信息貯存于DNA里，由里，由DNA所含的堿基所含的堿基序列決定氨基酸序列的過程即蛋白質(zhì)的合成過序列決定氨基酸序列的過程即蛋白質(zhì)的合成過程，也就是基因的表達(dá)過程，實際上包括程，也就是基因的表達(dá)過程，實際上包括遺傳遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟。兩個步驟。蛋白質(zhì)的合成，也就是遺傳信息的翻譯過程。蛋白質(zhì)的合成，也就是遺傳信息的翻譯過程。翻譯翻譯就是就是mRNA攜帶著轉(zhuǎn)錄的攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼遺傳密碼附著附著在在核糖體核糖體(ribosome)上，把由上，把由tRNA運(yùn)來的各種運(yùn)來的各種氨基酸氨基酸，按照，按照mRNA的的密碼順序密碼順序，相互聯(lián)結(jié)起，相互聯(lián)結(jié)起來成

33、為來成為多肽鏈多肽鏈，并進(jìn)一步，并進(jìn)一步折疊折疊成為立體的蛋白成為立體的蛋白質(zhì)分子的過程。質(zhì)分子的過程。蛋白質(zhì)合成的過程概述：蛋白質(zhì)合成的過程概述： 在核內(nèi)以在核內(nèi)以DNADNA的一條鏈作為模板合成的不均的一條鏈作為模板合成的不均DNADNA穿過穿過核膜孔，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后被酶切割成核膜孔，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后被酶切割成mRNAmRNA。然后核糖體的。然后核糖體的大小兩個亞單位在起始密碼子大小兩個亞單位在起始密碼子AUGAUG部位結(jié)合成一個核糖部位結(jié)合成一個核糖體，細(xì)胞質(zhì)中的體，細(xì)胞質(zhì)中的tRNAtRNA在激活酶和在激活酶和ATPATP的作用下，攜帶各的作用下，攜帶各自的氨基酸進(jìn)入核糖體。最先進(jìn)入的是攜帶

34、甲硫氨酸的自的氨基酸進(jìn)入核糖體。最先進(jìn)入的是攜帶甲硫氨酸的tRNAtRNA。因為它的反密碼子。因為它的反密碼子UAIUAI和和mRNAmRNA的密碼子的密碼子AUGAUG是對應(yīng)是對應(yīng)的。同時第二個進(jìn)入的攜帶有蘇氨酸的的。同時第二個進(jìn)入的攜帶有蘇氨酸的tRNAtRNA，在核糖體，在核糖體中甲硫氨酸和蘇氨酸結(jié)合，第一個中甲硫氨酸和蘇氨酸結(jié)合，第一個tRNAtRNA釋放，核糖體向釋放，核糖體向右移動一個密碼子距離，第三個進(jìn)入的是攜帶有亮氨酸右移動一個密碼子距離，第三個進(jìn)入的是攜帶有亮氨酸的的tRNAtRNA，之后亮氨酸和蘇氨酸相結(jié)合，第二個，之后亮氨酸和蘇氨酸相結(jié)合，第二個tRNAtRNA釋放釋放。

35、核糖體又向右移動一個密碼子距離。核糖體又向右移動一個密碼子距離以此類推。以此類推。當(dāng)一個核糖體在當(dāng)一個核糖體在mRNAmRNA上移動時，氨基酸就一個個地結(jié)上移動時，氨基酸就一個個地結(jié)合起來形成肽鏈。最后這個核糖體在合起來形成肽鏈。最后這個核糖體在mRNAmRNA的停止信號處的停止信號處脫落下來，分解為大小兩個亞單位。把合成的肽鏈釋放脫落下來，分解為大小兩個亞單位。把合成的肽鏈釋放到胞質(zhì)中，以后幾個肽鏈結(jié)合起來折疊，形成一個具有到胞質(zhì)中，以后幾個肽鏈結(jié)合起來折疊，形成一個具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，而且具有一定的生物學(xué)的功能空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，而且具有一定的生物學(xué)的功能。必須指出：在必須指出：在

36、mRNAmRNA上，同時有許多的核糖體結(jié)合上去上，同時有許多的核糖體結(jié)合上去進(jìn)行著蛋白質(zhì)的合成，當(dāng)?shù)谝粋€核糖體沿著進(jìn)行著蛋白質(zhì)的合成，當(dāng)?shù)谝粋€核糖體沿著mRNAmRNA的的5353方向移動后，第二個核糖體又結(jié)合到方向移動后，第二個核糖體又結(jié)合到mRNAmRNA上，上，以后第三個、第四個以后第三個、第四個順序結(jié)合上去，這樣一串念珠順序結(jié)合上去，這樣一串念珠就構(gòu)成了多核糖體。就構(gòu)成了多核糖體。一個多核糖體的核糖體數(shù)目的多少和要讀出的一個多核糖體的核糖體數(shù)目的多少和要讀出的mRNAmRNA長長度有關(guān)，讀出的信息越長，用于翻譯的核糖體數(shù)越多。度有關(guān)，讀出的信息越長，用于翻譯的核糖體數(shù)越多。一般一般5-

37、405-40個，每個成員距離為個，每個成員距離為50-100A50-100A。從而可見蛋白。從而可見蛋白質(zhì)的合成過程即是遺傳密碼的轉(zhuǎn)錄及翻譯過程。質(zhì)的合成過程即是遺傳密碼的轉(zhuǎn)錄及翻譯過程。翻譯是指：翻譯是指：mRNAmRNA攜帶著轉(zhuǎn)錄來的遺傳密碼附著在核糖攜帶著轉(zhuǎn)錄來的遺傳密碼附著在核糖體上，把由轉(zhuǎn)移核糖核酸（體上，把由轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNAtRNA）運(yùn)來的各種氨基酸按）運(yùn)來的各種氨基酸按著著mRNAmRNA的密碼順序，相互連接起來成為多肽鏈，并進(jìn)一的密碼順序，相互連接起來成為多肽鏈，并進(jìn)一步的疊起來成為立體蛋白質(zhì)分子。蛋白的合成過程是步的疊起來成為立體蛋白質(zhì)分子。蛋白的合成過程是mRNAmR

38、NA，tRNAtRNA、rRNArRNA和核糖體協(xié)同作用的結(jié)果。和核糖體協(xié)同作用的結(jié)果。圖圖 蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)合合成成的的起起始始 圖圖 蛋白質(zhì)合成的肽鏈延伸蛋白質(zhì)合成的肽鏈延伸 圖圖 蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)合合成成的的終終止止 DNA RNA PROTEIN 表型表型 代謝問題代謝問題 中心法則中心法則 生長、分化生長、分化 個體發(fā)育個體發(fā)育 表型變異表型變異 中心法則中心法則四、中心法則及其發(fā)展四、中心法則及其發(fā)展修改后的中心法則修改后的中心法則反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄(逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄)：反轉(zhuǎn)錄酶；反轉(zhuǎn)錄酶；cDNA。RNA的自我復(fù)制。的自我復(fù)制。DNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成五、基因的作用與性狀表達(dá)五、基因的作

39、用與性狀表達(dá) 由于大部分遺傳性狀的表現(xiàn)都是在直接或間由于大部分遺傳性狀的表現(xiàn)都是在直接或間接的通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來的，因此深入的揭示接的通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來的，因此深入的揭示Gene在這方面的作用對于了解在這方面的作用對于了解Gene的在性狀形的在性狀形成過程中的作用將是更有意義的事情，成過程中的作用將是更有意義的事情，gene對對遺傳性狀的表現(xiàn)作用可以分為以下兩種：遺傳性狀的表現(xiàn)作用可以分為以下兩種：1 1直接作用直接作用 如果如果genegene能直接的影響到形成某種蛋白質(zhì)的結(jié)能直接的影響到形成某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)genegene的作用，那么的作用，那么genegene的變異可以直接的影響的變異

40、可以直接的影響蛋白質(zhì)的特性，從而表現(xiàn)出不同的性狀來，蛋白質(zhì)的特性，從而表現(xiàn)出不同的性狀來，例如例如人類鐮形細(xì)胞貧血癥，可以作為這方面的人類鐮形細(xì)胞貧血癥，可以作為這方面的實例，正常人的紅細(xì)胞是圓形，患有此病的人實例，正常人的紅細(xì)胞是圓形，患有此病的人的紅細(xì)胞呈鐮刀形，這是由于一個正常的紅細(xì)胞呈鐮刀形，這是由于一個正常gene所所產(chǎn)生的兩個不同的突變體所引起的，即由：產(chǎn)生的兩個不同的突變體所引起的，即由：HbAHbs，HbAHbC，從而引起此病，從而引起此病，HbA,HbS,HbC三個三個gene所決定的血紅蛋白區(qū)別所決定的血紅蛋白區(qū)別在于在于鏈中第六位上有一個氨基酸的不同：鏈中第六位上有一個氨

41、基酸的不同：具體情況如下：具體情況如下：鏈上的氨基酸的號鏈上的氨基酸的號 1 2 36146正常的血紅蛋白的氨基酸正常的血紅蛋白的氨基酸 纈纈 組組 亮亮 谷谷正常氨基酸的密碼正常氨基酸的密碼 GAAHbS氨基酸的密碼氨基酸的密碼 GUA（纈）（纈）HbC氨基酸的密碼氨基酸的密碼 AAA（賴）（賴）每個血紅蛋白分子具有每個血紅蛋白分子具有4條鏈，條鏈，鏈具有鏈具有2條，每條具有條，每條具有141個氨基酸，個氨基酸，鏈具有鏈具有2條，每條有條，每條有146個氨基酸，可個氨基酸，可見決定谷氨酸上見決定谷氨酸上mRNA的密碼的密碼GAA改變成改變成GUA只是只是第第2個堿基由個堿基由AU，從而基因由

42、，從而基因由HbAHbS，同理由，同理由GAA改寫為改寫為AAA只是第一個堿基發(fā)生變化，從而只是第一個堿基發(fā)生變化，從而gene由由HbAHbC，可見只要，可見只要gene中的一個堿基發(fā)生變化，中的一個堿基發(fā)生變化，就能引起最后產(chǎn)物血紅蛋白性狀的變化，從而導(dǎo)致患病就能引起最后產(chǎn)物血紅蛋白性狀的變化，從而導(dǎo)致患病，以上關(guān)于異常血紅蛋白的產(chǎn)生，表明，以上關(guān)于異常血紅蛋白的產(chǎn)生，表明gene控制肽鏈控制肽鏈的形成，因此一個的形成，因此一個gene一個多肽鏈的假說是有事實依一個多肽鏈的假說是有事實依據(jù)的，這是據(jù)的，這是gene對性狀表現(xiàn)的直接作用。對性狀表現(xiàn)的直接作用。HbA 突變突變 HbsHbc

43、鐮刀形紅血球鐮刀形紅血球血紅蛋白分子有四條多肽鏈：血紅蛋白分子有四條多肽鏈：兩條兩條鏈鏈(141個氨基酸個氨基酸/條條)、兩條、兩條鏈鏈(146個氨基酸個氨基酸/條條)。HbA、Hbs、Hbc氨基酸組成氨基酸組成的差異在于的差異在于鏈上第鏈上第6位上氨基酸：位上氨基酸：HbA第第6位為谷氨酸（位為谷氨酸（GAA)；Hbs第第6位為纈氨酸（位為纈氨酸（GUA)； Hbc第第6位為賴氨酸（位為賴氨酸（AAA）。 紅血球碟形紅血球碟形2 2間接作用間接作用 生物的性狀是由生物的性狀是由gene控制的，但控制的，但gene不等于遺傳不等于遺傳性狀，從基因到表現(xiàn)型要經(jīng)過一系列發(fā)育過程，任何性性狀，從基因

44、到表現(xiàn)型要經(jīng)過一系列發(fā)育過程，任何性狀都是狀都是gene控制下通過一系列發(fā)育過程才能形成的，控制下通過一系列發(fā)育過程才能形成的，也就是說必須經(jīng)過一系列的代謝過程，每一個代謝過程也就是說必須經(jīng)過一系列的代謝過程，每一個代謝過程必須有酶的催化，而酶又是一種特殊的蛋白質(zhì)，它的合必須有酶的催化，而酶又是一種特殊的蛋白質(zhì)，它的合成是受成是受gene控制的，控制的，絕大多數(shù)情況下絕大多數(shù)情況下gene都是通過酶都是通過酶的合成間接的影響性狀表現(xiàn)的，的合成間接的影響性狀表現(xiàn)的，例如有一種飼料作物白例如有一種飼料作物白三葉草的某些品種的葉含有氰酸（三葉草的某些品種的葉含有氰酸（HCN）易使牲畜中）易使牲畜中毒

45、，據(jù)分析表明，氰酸的產(chǎn)生是受毒，據(jù)分析表明，氰酸的產(chǎn)生是受l和和H兩個顯性兩個顯性gene的互作來控制的，的互作來控制的，H、l gene分別來控制兩種酶的合成分別來控制兩種酶的合成，因而控制兩種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，以致最后控制氰酸的，因而控制兩種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，以致最后控制氰酸的合成。合成。 研究表明只有兩個研究表明只有兩個gene都為顯性狀時才能通過酶的都為顯性狀時才能通過酶的作用而順利的合成氰酸，如果其中有一個或兩個基因都作用而順利的合成氰酸，如果其中有一個或兩個基因都為隱性時，即為隱性時，即iiHH、IIhh、iihh引起有關(guān)的酶喪失作用引起有關(guān)的酶喪失作用，引起代謝過程的中斷，不能合成氰

46、酸，不會表現(xiàn)中毒，引起代謝過程的中斷，不能合成氰酸，不會表現(xiàn)中毒的性狀，依據(jù)許多的類似的實驗，有人提出的性狀，依據(jù)許多的類似的實驗，有人提出“一個一個gene一個酶的假說一個酶的假說”，一個，一個gene控制一種酶，同時又控制一種酶，同時又進(jìn)一步的控制一個生化過程，從而影響到某一物質(zhì)的合進(jìn)一步的控制一個生化過程，從而影響到某一物質(zhì)的合成，而導(dǎo)致某一遺傳性狀的表現(xiàn)。從現(xiàn)代的觀點(diǎn)來看，成，而導(dǎo)致某一遺傳性狀的表現(xiàn)。從現(xiàn)代的觀點(diǎn)來看，一個一個gene一個酶的假說過于簡單化，因為一種酶和一一個酶的假說過于簡單化，因為一種酶和一種蛋白質(zhì)可能受到幾個基因的作用，新近認(rèn)為種蛋白質(zhì)可能受到幾個基因的作用，新近

47、認(rèn)為“一個順一個順反子反子一個一個mRNA一條多肽鏈一條多肽鏈”的假說所代替更合的假說所代替更合情理。情理。應(yīng)該指出的是酶的合成與停止并不永遠(yuǎn)與應(yīng)該指出的是酶的合成與停止并不永遠(yuǎn)與gene的突變的突變發(fā)生有聯(lián)系的，由于存在有控制基因的作用，必須考慮發(fā)生有聯(lián)系的，由于存在有控制基因的作用，必須考慮到酶的合成與停止還要受到酶的合成與停止還要受gene的調(diào)控系統(tǒng)的作用。的調(diào)控系統(tǒng)的作用。廣義遺傳工程包括廣義遺傳工程包括: :生化工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、染色體工程、生化工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、染色體工程、細(xì)胞器工程、基因工程及酶工程等。細(xì)胞器工程、基因工程及酶工程等。狹義遺傳工程是指狹義遺傳工

48、程是指: :基因工程基因工程( (重組重組DNADNA技術(shù)技術(shù)) )。 一、基因工程概述一、基因工程概述: :2-32-3基因工程基因工程. .概念：概念：基因工程：基因工程：在分子水平上，采取工程建設(shè)方式在分子水平上，采取工程建設(shè)方式 按照預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖按照預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖 借助于實驗室技術(shù)借助于實驗室技術(shù)將某種生物的基因或基因組轉(zhuǎn)移到另一種生物中將某種生物的基因或基因組轉(zhuǎn)移到另一種生物中去去 使后者定向獲得新遺傳性狀的一門技術(shù)。使后者定向獲得新遺傳性狀的一門技術(shù)?；蚬こ袒蚬こ淌遣捎梅肿由飳W(xué)、核酸生物化學(xué)以及是采用分子生物學(xué)、核酸生物化學(xué)以及微生物遺傳學(xué)的現(xiàn)代方法和手段建立起來的綜合微生

49、物遺傳學(xué)的現(xiàn)代方法和手段建立起來的綜合技術(shù)。技術(shù)。 基因工程技術(shù)的建立，使所有實驗生物學(xué)領(lǐng)基因工程技術(shù)的建立，使所有實驗生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的變革。域產(chǎn)生巨大的變革。 2. 2. 發(fā)展：發(fā)展：19711971年，年，SmithSmith等人從細(xì)菌中分離出的一種限制性等人從細(xì)菌中分離出的一種限制性酶，酶切病毒酶，酶切病毒DNADNA分子，標(biāo)志著分子，標(biāo)志著DNADNA重組時代的開始重組時代的開始。19721972年，年，BergBerg等用限制性酶分別酶切猿猴病毒和等用限制性酶分別酶切猿猴病毒和l l噬菌體噬菌體DNADNA，將兩種，將兩種DNADNA分子用連接酶連接起來分子用連接酶連接起來 得到

50、新的得到新的DNADNA分子。分子。19731973年，年， CohenCohen等進(jìn)一等進(jìn)一步將酶切后的步將酶切后的DNADNA分子與分子與質(zhì)粒質(zhì)粒DNADNA連接起來，并將連接起來，并將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入E. cloiE. cloi細(xì)細(xì)胞中。胞中。19821982年，美國食品衛(wèi)生和醫(yī)藥管理局批準(zhǔn)，用基年，美國食品衛(wèi)生和醫(yī)藥管理局批準(zhǔn)，用基因工程在細(xì)菌中生產(chǎn)人的胰島素投放市場。因工程在細(xì)菌中生產(chǎn)人的胰島素投放市場。19851985年，轉(zhuǎn)基因植物獲得成功。年，轉(zhuǎn)基因植物獲得成功。19941994年，延熟保鮮的轉(zhuǎn)基因番茄商品生產(chǎn)。年，延熟保鮮的轉(zhuǎn)基因番茄商品生產(chǎn)。19961996年，克隆羊

51、誕生。年，克隆羊誕生。19961996年全世界轉(zhuǎn)基因植物種植面積為年全世界轉(zhuǎn)基因植物種植面積為170170萬公頃，萬公頃，19971997年年為為11001100萬公頃，萬公頃，19981998年為年為27802780萬公頃，萬公頃，19991999年達(dá)到年達(dá)到39903990萬公頃，萬公頃，20002000年達(dá)到年達(dá)到44204420萬公頃，萬公頃，20012001年達(dá)到年達(dá)到52605260萬公萬公頃，頃，20022002年達(dá)到年達(dá)到50005000萬公頃。萬公頃。20012001年種植面積已超過年種植面積已超過100100萬公頃的作物有：萬公頃的作物有：大豆（大豆（33303330萬萬h

52、m2hm2，占全世界轉(zhuǎn)基因作物的，占全世界轉(zhuǎn)基因作物的63%63%，均為抗除草劑大豆）、玉米（均為抗除草劑大豆）、玉米（980980萬萬hm2 hm2 ，占，占19% 19% ）、棉花（）、棉花（680680萬萬hm2 hm2 ，占，占13% 13% ）、油菜（）、油菜（270270萬萬hm2 hm2 ，5% 5% ）；）；其它還有水稻、小麥、花生、向日葵、亞麻、甘其它還有水稻、小麥、花生、向日葵、亞麻、甘藍(lán)、馬鈴薯等，番茄、煙草、南瓜和木瓜等藍(lán)、馬鈴薯等，番茄、煙草、南瓜和木瓜等5050多多種轉(zhuǎn)基因作物已實現(xiàn)商品化。種轉(zhuǎn)基因作物已實現(xiàn)商品化。主要分布在美國（主要分布在美國（35703570萬

53、萬hm2hm2）、阿根廷（）、阿根廷（11801180萬萬hm2hm2）、加拿大（）、加拿大（320320萬萬hm2hm2）和中國（）和中國（150150萬萬hm2hm2）等國。）等國。20012001年全世界轉(zhuǎn)基因作物占相應(yīng)種植總面積的百分率年全世界轉(zhuǎn)基因作物占相應(yīng)種植總面積的百分率 20012001年我國的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和林木已達(dá)年我國的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和林木已達(dá)2222種種，其中轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、馬鈴薯、煙草、玉米，其中轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、馬鈴薯、煙草、玉米、花生、菠菜、甜椒、小麥等進(jìn)行了田間試驗，、花生、菠菜、甜椒、小麥等進(jìn)行了田間試驗，轉(zhuǎn)基因棉花已經(jīng)大規(guī)模商品化生產(chǎn)。轉(zhuǎn)基因棉花已經(jīng)大規(guī)模商品

54、化生產(chǎn)。3 3內(nèi)容：內(nèi)容： 從細(xì)胞和組織中分離從細(xì)胞和組織中分離DNADNA； 限制性內(nèi)切酶酶切限制性內(nèi)切酶酶切DNADNA分子，制備分子，制備DNADNA片段；片段； 將酶切將酶切DNADNA分子與載體分子與載體DNADNA連接連接構(gòu)建能在宿主構(gòu)建能在宿主細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制的重組細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制的重組DNADNA分子；分子； 把重組把重組DNADNA分子引入宿主受體細(xì)胞分子引入宿主受體細(xì)胞復(fù)制；復(fù)制； 重組重組DNADNA隨宿主細(xì)胞的分裂而分配到子細(xì)胞隨宿主細(xì)胞的分裂而分配到子細(xì)胞建建立無性繁殖系立無性繁殖系(Clone)(Clone)或發(fā)育成個體；或發(fā)育成個體； 從細(xì)胞群體中選出所需要的無性繁殖

55、系從細(xì)胞群體中選出所需要的無性繁殖系并使并使外源基因在受體細(xì)胞中正常表達(dá)，翻譯成蛋白質(zhì)等外源基因在受體細(xì)胞中正常表達(dá)，翻譯成蛋白質(zhì)等基因產(chǎn)物、回收；或篩選出獲得定向的性狀變異的基因產(chǎn)物、回收；或篩選出獲得定向的性狀變異的個體。個體。4. 4. 基因工程的操作過程基因工程的操作過程 基因工程技術(shù)包括三個基本要素：載體、工具酶和基因工程技術(shù)包括三個基本要素：載體、工具酶和表達(dá)系統(tǒng)（原核或真核宿主細(xì)胞），其技術(shù)路線大致包表達(dá)系統(tǒng)（原核或真核宿主細(xì)胞），其技術(shù)路線大致包括以下幾個操作程序：準(zhǔn)備材料。包括載體和工具酶括以下幾個操作程序：準(zhǔn)備材料。包括載體和工具酶的準(zhǔn)備以及目的基因的分離和制備；構(gòu)建重組的

56、準(zhǔn)備以及目的基因的分離和制備；構(gòu)建重組DNADNA分分子。把目的基因與載體結(jié)合成重組子。把目的基因與載體結(jié)合成重組DNADNA分子，即進(jìn)行基分子，即進(jìn)行基因的體外重構(gòu)；外源因的體外重構(gòu)；外源DNADNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。把含外源導(dǎo)入受體細(xì)胞。把含外源DNADNA片段的重組片段的重組DNADNA分子引入宿主受體細(xì)胞，建立分子無性分子引入宿主受體細(xì)胞，建立分子無性繁殖系；篩選重組繁殖系；篩選重組DNADNA分子、鑒定目的基因表達(dá)。從分子、鑒定目的基因表達(dá)。從細(xì)胞群體中選出所需要的無性繁殖系，并使外源基因在細(xì)胞群體中選出所需要的無性繁殖系，并使外源基因在受體細(xì)胞中正確表達(dá)。受體細(xì)胞中正確表達(dá)。( (一一

57、) )準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備材料1.1.工具酶工具酶工具酶指在重組工具酶指在重組DNADNA技術(shù)中用于切割、連技術(shù)中用于切割、連接、修飾接、修飾DNADNA或或RNARNA的一系列酶。它們是基因工程中的的一系列酶。它們是基因工程中的基本工具，其中最重要的是基本工具，其中最重要的是限制性核酸內(nèi)切酶和限制性核酸內(nèi)切酶和DNADNA連連接酶接酶，其它常用工具酶包括，其它常用工具酶包括DNADNA多聚酶、反轉(zhuǎn)錄酶、核多聚酶、反轉(zhuǎn)錄酶、核酸酶酸酶H H、堿性磷酸酶等。下面扼要介紹、堿性磷酸酶等。下面扼要介紹限制性核酸內(nèi)切限制性核酸內(nèi)切酶酶。 DNADNA是巨大分子，進(jìn)行是巨大分子，進(jìn)行DNADNA操作時，必須加以

58、切割操作時，必須加以切割，這就需要限制性核酸內(nèi)切酶把，這就需要限制性核酸內(nèi)切酶把DNADNA鏈在特定部位切斷鏈在特定部位切斷。19701970年開始分離得到的限制性核酸內(nèi)切酶，是開拓年開始分離得到的限制性核酸內(nèi)切酶，是開拓基因操作新領(lǐng)域的關(guān)鍵?；虿僮餍骂I(lǐng)域的關(guān)鍵。限制性核酸內(nèi)切酶能識別限制性核酸內(nèi)切酶能識別DNADNA的特定堿基序列，并把的特定堿基序列，并把DNADNA鏈在特定位點(diǎn)切斷。鏈在特定位點(diǎn)切斷。限制性內(nèi)切酶的類別：限制性內(nèi)切酶的類別：第第類酶類酶: :每隔一段每隔一段DNADNA序列隨機(jī)切割雙鏈序列隨機(jī)切割雙鏈DNADNA分分子，沒有序列特異性子，沒有序列特異性, ,酶切位點(diǎn)不定酶

59、切位點(diǎn)不定。如。如EcoB(EcoB(大腸桿菌大腸桿菌B B株株) )、EcoK(EcoK(大腸桿菌大腸桿菌K K株株) )分子量較大分子量較大( (約約300000)300000)，作用時需，作用時需ATPATP、Mg+Mg+等輔助因子。等輔助因子。第第類酶類酶: :能識別一段特異的能識別一段特異的DNADNA序列，準(zhǔn)確地序列，準(zhǔn)確地酶切雙鏈酶切雙鏈DNADNA的特異序列。的特異序列。如如EcoRI(EcoRI(大腸桿菌大腸桿菌) )、Hind(Hind(嗜血桿菌嗜血桿菌) )，分子，分子量較小量較小( (約約20000-100000)20000-100000)，作用時需，作用時需MgMg2

60、+2+存在。存在。 2.2.載體載體載體載體（vectorvector）是指能將目的基因的）是指能將目的基因的DNADNA片段片段帶入宿主細(xì)胞并能進(jìn)行擴(kuò)增的一類帶入宿主細(xì)胞并能進(jìn)行擴(kuò)增的一類DNADNA分子?？勺鳛榉肿?。可作為DNADNA載體的有載體的有質(zhì)粒、噬菌體、病毒、細(xì)菌或酵母菌人工質(zhì)粒、噬菌體、病毒、細(xì)菌或酵母菌人工染色體（染色體（BACBAC、YACYAC）等。）等。 作為運(yùn)載工具，載體必須具備以下條件：作為運(yùn)載工具，載體必須具備以下條件：在宿在宿主細(xì)胞中能自我復(fù)制，并能穩(wěn)定地保存；主細(xì)胞中能自我復(fù)制，并能穩(wěn)定地保存；有多種限制有多種限制性內(nèi)切酶的切點(diǎn)，每種酶的切點(diǎn)最好只有一個，且酶