第二講基因與基因工程

當(dāng)前第1頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)遺傳學(xué)基本定律第二節(jié)基因是什么？第三節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)合成第四節(jié)基因表達(dá)的調(diào)控和DNA損傷的修復(fù)第五節(jié)基因工程第二講基因與基因工程當(dāng)前第2頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)生命通過(guò)繁殖而延續(xù)，繁殖是生命最基本的特征之一。通過(guò)繁殖，生物的基本特征信息由父方和母方傳遞給下一代，這種信息傳遞稱為遺傳。1953年，Watson和Crick確立了DNA雙螺旋模型，開(kāi)創(chuàng)了遺傳學(xué)乃至生命科學(xué)的新紀(jì)元。遺傳學(xué)真是一塊神秘的領(lǐng)地當(dāng)前第3頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)遺傳學(xué)基本定律第一節(jié)一、Mendel的遺傳學(xué)定律1822年出生于奧地利鄉(xiāng)村21歲修道院進(jìn)修 中學(xué)代課教師1851-1853維也納大學(xué)大學(xué)畢業(yè) 在修道院的花園里，Mendel進(jìn)行豌豆的遺傳育種研究獲得了重要的成果。當(dāng)前第4頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)豌豆單因子雜交實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第5頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)豌豆6組相對(duì)性狀分別雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)前第6頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)用等位基因分離定律解釋豌豆雜交實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的3∶1現(xiàn)象第一節(jié)當(dāng)前第7頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)測(cè)交實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證了推斷的正確性。當(dāng)前第8頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和分析，Mendel建立了遺傳學(xué)第一定律，即“分離定律”：一對(duì)等位基因在形成配子時(shí)完全獨(dú)立地分離到不同的配子中去，相互不影響。

當(dāng)前第9頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)多對(duì)基因的獨(dú)立分配和自由組合當(dāng)前第10頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)Mendel由此推論得出第二定律——“多對(duì)等位基因的獨(dú)立分配和自由組合定律”。這個(gè)規(guī)律表明，當(dāng)兩對(duì)或更多對(duì)基因處于異質(zhì)接合狀態(tài)時(shí)，它們?cè)谛纬膳渥訒r(shí)的分離是彼此獨(dú)立不相牽連的，受精時(shí)不同配子相互間進(jìn)行自由組合。

當(dāng)前第11頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)20世紀(jì)初，遺傳的染色體學(xué)說(shuō)的建立，使人們重新認(rèn)識(shí)到Mendel遺傳學(xué)定律的重要意義。即：基因位于染色體上，成對(duì)的染色體及其位于染色體上的等位基因在細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)分離，獨(dú)立分配到配子中，經(jīng)過(guò)有性生殖過(guò)程中雌雄配子的結(jié)合，它們重新組合配對(duì)。20世紀(jì)初，美國(guó)著名的遺傳學(xué)家Morgan及其同事通過(guò)果蠅的雜交試驗(yàn)，確立了基因在染色體上的連鎖和交換規(guī)律，被后人稱為遺傳學(xué)第三定律。二、Morgan的基因連鎖與交換當(dāng)前第12頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)在染色體上灰身基因(G)與長(zhǎng)翅基因(L)始終連鎖在一起，黑身基因(g)與短翅基因(l)始終連鎖在一起。F1代雜合子在形成配子時(shí)，這兩對(duì)基因不能自由組合，原來(lái)兩個(gè)位于同一染色體上的基因只能共同遺傳而不能被拆開(kāi)?；疑黹L(zhǎng)翅和黑身短翅兩親本性狀占測(cè)交后代的大多數(shù)且比例為1∶1?；蜻B鎖當(dāng)前第13頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第一節(jié)染色體上的連鎖基因還可以發(fā)生交換?；疑砗烷L(zhǎng)翅基因（G和L）雖然原來(lái)定位在同一染色體上，但在減數(shù)分裂和配子形成過(guò)程中，同源染色體在配對(duì)時(shí)會(huì)發(fā)生同源染色體片段之間的相互交換，導(dǎo)致其上基因的重組。

基因互換當(dāng)前第14頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)基因是什么？第二節(jié)一、基因是由什么物質(zhì)組成的在20世紀(jì)的前40年，困擾科學(xué)家的兩個(gè)最基本的問(wèn)題依然沒(méi)有解決：①基因是由什么物質(zhì)組成的？②基因是如何工作的？在對(duì)細(xì)菌和病毒這些極其簡(jiǎn)單的生命形式的研究中，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。事實(shí)再一次證明，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜是科學(xué)的研究方法。當(dāng)前第15頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)返回豌豆和果蠅是復(fù)雜的多細(xì)胞生物，而細(xì)菌和病毒是極其簡(jiǎn)單的生命形式，在對(duì)細(xì)菌和病毒的生命形式的研究中，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。當(dāng)前第16頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)1928年，GriffithS型肺炎鏈球菌： 有莢膜，菌落表面光滑R型肺炎鏈球菌： 沒(méi)有莢膜，菌落表面粗糙結(jié)果說(shuō)明——？著名的肺炎鏈球菌實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第17頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)結(jié)果說(shuō)明，加熱殺死的S型肺炎鏈球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無(wú)害的R型肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎鏈球菌。這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？美國(guó)紐約洛克菲勒研究所的Avery。從加熱殺死的S型肺炎鏈球菌中將各種生物化學(xué)成分如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等分離出來(lái)，分別加入到無(wú)害的R型肺炎鏈球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，唯獨(dú)只有核酸可以使無(wú)害的R型肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎鏈球菌。1944年Avery等正式得出了結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是生命的遺傳物質(zhì)。當(dāng)前第18頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)1952年Hershey和Chase用專門(mén)感染細(xì)菌的病毒（噬菌體）為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記完成了噬菌體實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前第19頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論奠定了生命遺傳的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，標(biāo)志著現(xiàn)代遺傳學(xué)的開(kāi)始。DNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長(zhǎng)鏈互以堿基配對(duì)相連而成的螺旋狀雙鏈分子，連接的原則是A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)的。由于堿基互補(bǔ)配對(duì)的高度精確性，在細(xì)胞分裂前DNA復(fù)制的時(shí)候，可以使貯藏在DNA分子中以4種核酸堿基編碼的遺傳信息得以穩(wěn)定地向下一代傳遞。二、DNA分子當(dāng)前第20頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)證明DNA半保留復(fù)制的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前第21頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的DNA可以同時(shí)在許多DNA復(fù)制的起始位點(diǎn)局部解螺旋并拆開(kāi)為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉。DNA的復(fù)制總是由5′向3′方向進(jìn)行。在親代DNA解螺旋后的復(fù)制叉處，按照由5′向3′方向復(fù)制的原則，一條子鏈可以連續(xù)向著分叉處進(jìn)行復(fù)制和延伸，而另一條子鏈則不能連續(xù)向著分叉處復(fù)制和延伸。因此，在DNA聚合酶的作用下，隨著復(fù)制叉不斷打開(kāi)，先合成一段新的RNA短鏈，稱為引物。在引物后再仍按5′向3′方向使游離的核苷酸加到新鏈的3′端，這時(shí)的DNA的復(fù)制和延伸不是連續(xù)的，而是分段進(jìn)行的，每合成的一小段片段稱為岡崎片段。以后岡崎片段前的RNA引物被DNA短鏈取代，DNA連接酶又使岡崎片段連接成為連續(xù)的新鏈。第二節(jié)當(dāng)前第22頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)返回DNA復(fù)制叉當(dāng)前第23頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)返回DNA復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制。當(dāng)前第24頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)RNA是核糖核酸的縮寫(xiě)，它與脫氧核糖核酸（DNA）的主要差別在于：（1）RNA大多是單鏈分子；（2）含核糖而不是脫氧核糖；（3）4種核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。細(xì)胞中主要有3種RNA，即信使RNA（mRNA）、核糖體RNA、（rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。在真核生物中由DNA遺傳信息控制的蛋白質(zhì)合成涉及兩個(gè)基本過(guò)程：第一步，DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到mRNA中，發(fā)生在細(xì)胞核中，轉(zhuǎn)錄與DNA的復(fù)制過(guò)程大致相同；第二步，將mRNA的信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。第二節(jié)三、RNA分子

當(dāng)前第25頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)mRNA是遺傳信息的攜帶者。它在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄了DNA上的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞mRNA的主要區(qū)別：①5’端有無(wú)帽子結(jié)構(gòu)。②3’端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)。tRNA局部成為雙鏈，在其3′、5′端的相反一端的環(huán)上具有由3個(gè)核苷酸組成的反密碼子。tRNA的反密碼子在蛋白質(zhì)合成時(shí)與mRNA上互補(bǔ)的密碼子相結(jié)合。tRNA起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)都呈三葉草形。rRNA和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是核糖體，是細(xì)胞中最豐富的一類RNA。rRNA在核糖體中既具有結(jié)構(gòu)上的功能，又參與翻譯過(guò)程的起始等反應(yīng)。在核糖體上具有附著mRNA模板鏈的位置，還有兩個(gè)tRNA附著的位置，分別稱為A位和P位。A位供攜帶一個(gè)新氨基酸的tRNA進(jìn)入并停留，P位供攜帶待延長(zhǎng)的多肽鏈的tRNA停留。第二節(jié)當(dāng)前第26頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第二節(jié)返回tRNA和反密碼子當(dāng)前第27頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)rRNA和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。核糖體由大小不同的兩個(gè)亞基組成，這兩個(gè)亞基只有在行使翻譯功能即肽鏈合成時(shí)才聚合成整體，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。返回當(dāng)前第28頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)遺傳密碼的問(wèn)題，即遺傳信息是如何貯藏在只有簡(jiǎn)單的堿基差別的4種核苷酸中的？第三節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)合成第三節(jié)一、遺傳密碼的破譯當(dāng)前第29頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)發(fā)現(xiàn)工具酶：1955年，紐約大學(xué)的Grunberg-Manago發(fā)現(xiàn)并分離獲得了一種可以將核苷酸連接起來(lái)的酶，用這種酶，可以將核苷酸連接成RNA聚合體。例如：可以把腺嘌呤核苷酸（A）連接成多聚A（polyA，A-A-A-A-A-A-A），還可以制備polyC,polyG,polyU,polyAU等。——問(wèn)題：什么樣的核苷酸組合可以被翻譯成多肽片段？第三節(jié)合成多肽：1960年，31歲的Matthei到國(guó)家健康研究所，與Nirenberg合作研究在試管中合成多肽的工作。他們?cè)谠嚬苤袑TP和游離的氨基酸加入到從細(xì)胞中提取的核糖體、核酸和酶的混合物中，其他學(xué)者已經(jīng)用這種方法將氨基酸連接到一段肽鏈上去，但是人們不知道應(yīng)該在試管中加入什么遺傳信息來(lái)合成特定的多肽?！獑?wèn)題：哪一種RNA可以促進(jìn)多肽的合成？當(dāng)前第30頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)尋找信息提供者：他們建立和優(yōu)化了一種對(duì)RNA高度敏感并可以及時(shí)檢測(cè)多肽合成的試管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。首先在試管中加入了ATP、游離的氨基酸、酶和核糖體及核糖體RNA，這時(shí)試管中并沒(méi)有蛋白質(zhì)的合成，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，僅有核糖體及核糖體RNA是不夠的?！獑?wèn)題：可能還需要帶有遺傳信息的RNA？第三節(jié)信息RNA如何工作：選擇煙草花葉病毒RNA，大量的氨基酸在他們的試管系統(tǒng)中被合成為一些神秘的蛋白質(zhì)。接下來(lái)，在一組試管中加入不同的酶、核糖體、ATP、16種手頭已有的氨基酸，然后在其中分別加入Grunberg-Manago方法人工合成的polyU、polyA、polyAU。在polyU試管中產(chǎn)生了許多蛋白質(zhì)。——問(wèn)題：polyU主要利用了哪些氨基酸呢？當(dāng)前第31頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)世界上破譯第一個(gè)遺傳密碼的人：Matthei他將不同的氨基酸分別加入到polyU試管系統(tǒng)中。通過(guò)連續(xù)5天通宵達(dá)旦的工作，星期六早晨，熬紅了眼的Matthei終于得到了答案：polyU合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（Phe）?！獑?wèn)題：幾個(gè)U可以在肽鏈上決定一個(gè)苯丙氨酸的合成？第三節(jié)當(dāng)前第32頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)Nirenberg全力組織其他遺傳密碼的破譯，Matthei回到德國(guó)獨(dú)自進(jìn)行研究。Nirenberg與其他科學(xué)家合作，發(fā)現(xiàn)3個(gè)核苷酸為一個(gè)密碼子并決定一個(gè)氨基酸的翻譯。Khorana發(fā)明了一種利用重復(fù)序列按設(shè)計(jì)需要連接任意核苷酸的方法，他發(fā)現(xiàn)ACACACACACACAC鏈合成的是Thr-His-Thr-His（蘇氨酸-組氨酸-蘇氨酸－組氨酸）鏈，證明ACA是決定蘇氨酸的密碼子，CAC是決定組氨酸的密碼子等。第三節(jié)到1966年，Nirenberg和Khorana等人完成了對(duì)全部遺傳密碼的破譯。當(dāng)前第33頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)在全部64個(gè)密碼子中，61個(gè)密碼子負(fù)責(zé)20種氨基酸的翻譯，1個(gè)是起始密碼子，3個(gè)是終止信號(hào)（終止密碼子）。

當(dāng)前第34頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)轉(zhuǎn)錄第三節(jié)二、遺傳信息的傳遞——中心法則當(dāng)前第35頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)真核生物細(xì)胞核中，前體mRNA需要經(jīng)過(guò)剪接除去內(nèi)含子、拼接、5‘端加一個(gè)7-甲基鳥(niǎo)苷酸“帽子”和在3’端加上一個(gè)多聚腺苷酸尾等加工過(guò)程。形成成熟的mRNA，才能穿過(guò)核孔，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)中。第三節(jié)當(dāng)前第36頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)蛋白質(zhì)的合成是一個(gè)嚴(yán)格按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過(guò)程，這一過(guò)程稱為mRNA的翻譯。mRNA的翻譯需要有mRNA、tRNA、核糖體、多種氨基酸和多種酶等的共同參與。翻譯過(guò)程(即多肽鏈的合成)包括起始、多肽鏈延長(zhǎng)和翻譯終止3個(gè)基本階段。在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個(gè)快速過(guò)程，一段mRNA可以相繼與多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行多條同一種肽鏈的合成。蛋白質(zhì)合成以后還要經(jīng)歷各種修飾和加工。真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的修飾加工往往在特定的細(xì)胞器中進(jìn)行第三節(jié)當(dāng)前第37頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)返回翻譯開(kāi)始時(shí)，核糖體小亞基先與mRNA的起始密碼（如AUG）部位和一個(gè)帶有相應(yīng)反密碼子的特定tRNA相結(jié)合。接著核糖體大亞基與核糖體小亞基結(jié)合，形成完整的核糖體。起始tRNA處于核糖體的P位，下一個(gè)氨基酸由相應(yīng)的氨酰tRNA攜帶進(jìn)入到A位。當(dāng)前第38頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)返回A位氨基酸的氨基與P位氨基酸的羧基之間形成肽鍵，起始tRNA與氨基酸脫離，P位的tRNA轉(zhuǎn)移到E位后脫離核糖體。新形成的二肽的tRNA轉(zhuǎn)移到已空出的P位上，A位又可以接受下一個(gè)氨酰tRNA，如此重復(fù)將氨基酸逐個(gè)合成到肽鏈上的過(guò)程。當(dāng)前第39頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)返回隨著翻譯的進(jìn)行及多肽鏈的延長(zhǎng)，當(dāng)mRNA上的終止密碼子進(jìn)入到核糖體的A位時(shí)，一種肽鏈釋放因子（蛋白酶）便與A位的終止密碼子結(jié)合，多肽鏈與P位的tRNA水解分離，合成完畢的多肽鏈從核糖體中被釋放出來(lái)，再折疊組裝成有功能的蛋白質(zhì)。當(dāng)前第40頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)返回一段mRNA可以相繼與多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行多條同一種肽鏈的合成。當(dāng)前第41頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第三節(jié)中心法則示意圖當(dāng)前第42頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)基因表達(dá)的調(diào)控和DNA損傷的修復(fù)第四節(jié)當(dāng)前第43頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)乳糖操縱子學(xué)說(shuō)：沒(méi)有乳糖時(shí)，操縱子前端的調(diào)節(jié)基因編碼產(chǎn)生的阻遏蛋白使乳糖操縱子處于關(guān)閉狀態(tài)；有乳糖時(shí)，乳糖分子首先與阻遏蛋白相互結(jié)合，改變了阻遏蛋白的形狀，使后者不能再與操縱基因相結(jié)合。這時(shí)，操縱基因便開(kāi)啟。原核基因表達(dá)的調(diào)控當(dāng)前第44頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在不同的水平上：

（1）轉(zhuǎn)錄水平的控制。

（2）對(duì)前體mRNA的加工。

（3）mRNA穿過(guò)核膜向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)輸?shù)目刂啤?/p>

（4）在細(xì)胞質(zhì)中mRNA的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)和mRNA的選擇性降解。

（5）mRNA的選擇性翻譯和翻譯速率的調(diào)節(jié)。

（6）蛋白質(zhì)產(chǎn)物的修飾、與活化等。真核基因表達(dá)的調(diào)控當(dāng)前第45頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)細(xì)胞中核酸序列的改變通過(guò)基因表達(dá)有可能導(dǎo)致生物遺傳特征的變化。這種核酸序列的變化稱為基因突變。DNA序列中涉及單個(gè)核苷酸或堿基的變化稱為點(diǎn)突變。點(diǎn)突變通常有兩種情況：一是一個(gè)堿基或核苷酸被另一種堿基或核苷酸所替換；二是一個(gè)堿基的插入或缺失。DNA鏈中某一個(gè)堿基被另一個(gè)所替換，這種替換的結(jié)果有時(shí)可以不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。這種突變稱為同義突變。DNA鏈中有的堿基的替換造成一個(gè)密碼子的改變，進(jìn)而改變了多肽鏈上一個(gè)氨基酸種類，這種替換稱為錯(cuò)義突變。在DNA鏈上，插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)非3的堿基，這種突變會(huì)使其下游的三聯(lián)密碼子都被讀錯(cuò)，產(chǎn)生完全錯(cuò)誤的肽鏈或使肽鏈合成提前終止，稱為移碼突變。基因突變和DNA損傷的修復(fù)當(dāng)前第46頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回第四節(jié)替換造成的同義突變和錯(cuò)義突變

當(dāng)前第47頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回第四節(jié)插入和缺失造成的突變又稱為：移碼突變當(dāng)前第48頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)基因突變可能改變蛋白質(zhì)（酶）的結(jié)構(gòu)與功能，使生物體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝過(guò)程和生理功能等特征發(fā)生改變，嚴(yán)重的突變則影響生物體的生存力或?qū)е律飩€(gè)體的死亡。如腫瘤的發(fā)生就與一些控制細(xì)胞周期、分裂和生長(zhǎng)的基因突變有密切的關(guān)系；引起鐮狀細(xì)胞貧血癥的原因就是基因的點(diǎn)突變等?；蛲蛔兊脑蚨喾N多樣。除了DNA復(fù)制錯(cuò)誤造成堿基的替換、插入或缺失等自發(fā)突變外，一些外界因素如某些化學(xué)物質(zhì)（又稱為誘變劑）、紫外線、電離輻射等也可能誘導(dǎo)基因突變或損傷的發(fā)生。在生物長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，生物細(xì)胞也形成了一套DNA損傷或突變的修復(fù)機(jī)制。細(xì)胞自行修復(fù)DNA損傷的主要方式有光復(fù)合修復(fù)、切除修復(fù)，還有重組修復(fù)、應(yīng)答修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)等幾種。當(dāng)前第49頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回第四節(jié)引起鐮形細(xì)胞貧血癥的原因就是基因的點(diǎn)突變，即編碼血紅蛋白β肽鏈上一個(gè)決定谷氨酸的密碼子GAA變成了GUA，使得β肽鏈上的谷氨酸變成了纈氨酸，引起了血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了根本的改變。當(dāng)前第50頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第四節(jié)返回DNA的光復(fù)合修復(fù)和切除修復(fù)當(dāng)前第51頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)第五節(jié)重組DNA技術(shù)─基因工程

第五節(jié)重組DNA操作的一般步驟當(dāng)前第52頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)進(jìn)行DNA重組操作，首先要獲得需要的目的基因，最常用的方法包括：（1）直接從生物體中提取總DNA，構(gòu)建基因文庫(kù)，從中調(diào)用目的基因。（2）以mRNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成互補(bǔ)的DNA片段。（3）利用聚合酶鏈。反應(yīng)（PCR）特異性地?cái)U(kuò)增所需要的目的基因片段。

一、獲得目的基因第五節(jié)當(dāng)前第53頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回將總DNA包含的基因組各片段分別克隆在細(xì)菌質(zhì)粒載體或噬菌體載體上，便構(gòu)成了該生物的基因文庫(kù)。第五節(jié)當(dāng)前第54頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回逆轉(zhuǎn)錄人工合成互補(bǔ)DNA：

（1）細(xì)胞核內(nèi)的基因組經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生出前體mRNA；

（2）經(jīng)剪切作用后，除去內(nèi)含子，形成了成熟mRNA.

（3）從細(xì)胞中分離出所需要的mRNA，再以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)原則人工合成一段與之互補(bǔ)的DNA片段，這一過(guò)程稱為逆轉(zhuǎn)錄。

（4）逆轉(zhuǎn)錄完成時(shí)，RNA被降解。接著，在大腸桿菌DNA聚合酶的作用下，再以第一條DNA為模板，人工合成另一條互補(bǔ)的DNA子鏈。第五節(jié)當(dāng)前第55頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)即PCR技術(shù)是在體外的小試管中通過(guò)酶促反應(yīng)有選擇地大量擴(kuò)增（包括分離）一段目的基因的技術(shù)。該技術(shù)高效、快捷、特異性好。完成PCR需要在小試管中加入4種物質(zhì)：（1）作為模板的DNA序列，即從細(xì)胞中提取分離的微量總DNA.（2）與計(jì)劃獲取的目的基因雙鏈各自3’端序列相互補(bǔ)的兩種DNA引物（人工合成的約20個(gè)堿基的短DNA小片段）.（3）TaqDNA聚合酶，該酶具有很好的熱穩(wěn)定性.（4）4種脫氧核苷酸，簡(jiǎn)寫(xiě)為dNTP（包括dATP,dTTP,dGTP和dCTP）。整個(gè)聚合酶鏈反應(yīng)在特制的PCR儀中進(jìn)行，4種反應(yīng)混合物經(jīng)歷了變性、退火、延伸三步曲。第五節(jié)當(dāng)前第56頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)（1）變性：在95℃高溫下,作為模板的雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA。（2）退火：反應(yīng)體系的溫度降至55-60℃，使得部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補(bǔ)部位相配對(duì)并結(jié)合。（3）延伸：反應(yīng)體系的溫度回升到72℃左右，TaqDNA聚合酶在該合適溫度條件下以目的基因?yàn)槟０澹饌€(gè)將4種脫氧核苷酸依照模板DNA的堿基順序按堿基互補(bǔ)的原則連接在引物之后，使合成的新鏈延伸，形成互補(bǔ)的DNA雙鏈。新形成的雙鏈DNA又可以作為下一輪反應(yīng)的模板。第五節(jié)當(dāng)前第57頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)

1988年由美國(guó)科學(xué)家KaryMullis發(fā)明；開(kāi)汽車時(shí)的聯(lián)想，使他以后發(fā)明了PCR技術(shù)；1993年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。返回PCR的發(fā)明：第五節(jié)當(dāng)前第58頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)基因重組和克隆操作最重要的工具是限制性內(nèi)切酶、載體和宿主菌。限制性內(nèi)切酶是從細(xì)菌中分離提純的核酸內(nèi)切酶，可以識(shí)別一小段特殊的核酸序列并將其在特定位點(diǎn)處切開(kāi)。載體是運(yùn)送目的基因片段進(jìn)入宿主細(xì)胞的工具，目前最常用的載體包括細(xì)菌質(zhì)粒（如pUC18）、λ噬菌體、cosmid質(zhì)粒等?；蚩寺∵^(guò)程是通過(guò)將攜帶目的基因的重組DNA分子轉(zhuǎn)入到宿主細(xì)胞中來(lái)完成的。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般常用酶切和電泳方法來(lái)檢查克隆的基因，還可以利用DNA雜交的技術(shù)直接鑒定帶有重組質(zhì)粒的細(xì)菌克隆。二、基因重組和克隆第五節(jié)當(dāng)前第59頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)幾種常用的限制性內(nèi)切酶第五節(jié)返回當(dāng)前第60頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回EcoRI是最早被發(fā)現(xiàn)的限制性內(nèi)切酶。第五節(jié)當(dāng)前第61頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1．該質(zhì)粒比較小，可以插入一段較長(zhǎng)的DNA片段。2．進(jìn)入宿主細(xì)菌細(xì)胞后，pUC18在每個(gè)細(xì)胞中可復(fù)制形成約500個(gè)拷貝。3．在pUC18中有一小段人為設(shè)計(jì)和插入的具有多種限制性酶切位點(diǎn)的序列，即多克隆位點(diǎn)。4．pUC18中有一個(gè)lacZ基因，多克隆位點(diǎn)區(qū)就位于lacZ基因之中。插入了外源DNA片段的pUC18進(jìn)入宿主細(xì)菌后，在含有X-gal底物的培養(yǎng)基上形成白色菌落，而不是藍(lán)色菌落；。5．pUC18還攜帶了氨卞青霉素抗性基因，便于篩選。返回實(shí)用質(zhì)粒載體pUC118：第五節(jié)當(dāng)前第62頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回將目的基因克隆到大腸桿菌細(xì)胞中的操作步驟。第五節(jié)當(dāng)前第63頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回用于分離、純化和鑒定DNA片段凝膠電泳技術(shù)。第五節(jié)當(dāng)前第64頁(yè)\共有71頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)返回利用DNA雜交技術(shù)直接鑒定攜帶克隆基因的菌落。第五