清华大学生物学导论第六课：基因表达和基因工程——分子生物学.ppt

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1、推荐视频,Angela Belcher:Using nature to grow batterieshttp:/,基因表达和DNA重组技术,2013.10.23,内容提要,基因表达和调控遗传密码突变DNA重组技术基因工程,基因表达及调控,RNA和蛋白质基因表达基因表达的调控,一.RNA和蛋白质,RNA蛋白质,1.RNA,核糖不是脱氧核糖尿嘧啶不是胸腺嘧啶单链不是双链,DNA核苷酸,RNA核苷酸,DNA,RNA,RNA的功能,遗传物质（HIV病毒）中间过渡（转录）结构支持作用（核糖体RNA）酶的功能核酶（RNase P)X 染色体去活化,RNA结构,自身折叠成局部双螺旋可折叠成复杂的三级结构,2

2、.蛋白质,蛋白质是由氨基酸分子所形成由基因编码功能：酶结构支持细胞信号传导营养物质,(1).氨基酸,构成蛋白质的基本单位，赋予蛋白质特定的分子结构形态，使其分子具有生化活性基本结构,(2).肽键,不同氨基酸的组合-不同的蛋白质,氨基酸借肽键联结成多肽链,二.基因表达,定义中心法则基本过程,1.基因表达(gene expression),是基因中的DNA序列生产出蛋白质的过程,基因,蛋白质,2.中心法则,遗传信息的传递,Francis Crick(1916-2004),2.基因表达的过程,转录（DNARNA）翻译（RNA多肽）折叠（多肽蛋白质）,信使RNA,转录,核糖体,tRNA,多肽,蛋白质,

3、翻译,折叠,氨基酸,蛋白质折叠,为什么折叠？由氨基酸决定,二.基因表达的调控,不同细胞带有同样的DNA不同细胞合成不同的蛋白质细胞可改变基因的表达基因表达中可被调控的步骤,基因表达调控,细胞增加或减少基因产物发育途径；应对环境刺激；改变代谢途径；,细胞的分化,早先认为：一部分基因在发育过程中丢失,肌肉细胞,神经细胞,1.不同细胞带有同样的DNA,不同细胞：RNA，蛋白质不同DNA相同,2.不同细胞合成不同的蛋白质,细胞中相同的蛋白质：染色体上的结构蛋白RNA聚合酶细胞骨架蛋白,不同细胞合成不同蛋白质,有些蛋白只在特定的细胞大量存在血红蛋白（只有在红细胞）蛋白质的水平在不同细胞中差异大不同组织中

4、的蛋白质水平,3.细胞可改变基因的表达,细胞外刺激信号蛋白表达量的改变对于同一刺激信号，不同细胞应对不同肾上腺皮质激素:肝脏细胞（糖的合成）脂肪细胞（阻止脂肪水解）,肾上腺皮质激素,4.基因可被调控表达的步骤,改变DNA序列？,RNA调控,基因表达中可被调控的步骤,转录调控（转录初始调控）RNA加工调控RNA运输和定位调控翻译调控翻译后调控,遗传密码,概念介绍遗传密码遗传密码的3个规律,一.相关概念,密码子起始密码子和终止密码子阅读框,1.密码子(codon),密码子(codon)决定肽链上一个特定氨基酸的碱基三联体,2.起始密码子和终止密码子,起始密码子(Start Codon)信使RNA上

5、的第一个被转录的碱基三联体决定第一个被嵌入延伸多肽的氨基酸决定后续密码子的阅读框终止密码子(Stop Codon)信使RNA上的碱基三联体，使转录停止,起始密码子,终止密码子,密码子,信使RNA,3.阅读框(reading frame),阅读框(reading frame)RNA或DNA中，一组连续且不重复的3核苷酸密码子,LETUSGOTOGETHER,LET US GO TOGETHER,LET US GO TO GET HER,二.遗传密码(genetic code),遗传密码,2.遗传密码的特点,通用性几乎所有生物都使用同样的遗传密码优点：基因工程简并性(degeneracy)很多氨基

6、酸是由超过1个以上的密码子定义的,DNA突变,什么是突变？突变的种类突变的来源,双重被爆(double blasted),Tsutomu Yamaguchi,一.产生突变的来源,诱发突变遗传物质的化学损伤DNA复制的失误,1.诱发突变(induced mutation),化学试剂碱基类似物嵌入剂辐射,5-溴尿嘧啶,2.DNA复制的失误,突变可通过复制永久性地插入进去,第一轮复制,第二轮复制,DNA微卫星(DNA Microsatellites),也称为简单重复序列，或短串联重复序列；,二.突变的种类,对DNA结构影响点突变插入突变缺失突变对蛋白质序列的影响阅读框改变,I will now do

7、 this,I will mow do this,I will not do this,I will nod ot his,举例,苯丙酮尿症（PKU）是一种可遗传的氨基酸代谢缺陷苯丙氨酸羟化酶失活影响患者的大脑发育,重组DNA技术,目的概念介绍大致流程,生物功能,生物化学,蛋白质,遗传学,基因,分子生物学,重组DNA技术,重组DNA技术的目的,产生有用的蛋白质举例：重组牛生长激素（rBGH）生长激素促进动物和人的发育以及细胞的增殖牛生长激素（BGH）,脑下垂体,牛生长激素,重组牛生长激素,二.概念介绍,重组DNA基因克隆,1.重组DNA(Recombinant DNA),重组DNA(Recom

8、binant DNA)一种人工合成的DNA基因工程的角度：把相关的DNA添加到已有生物的基因组中，其目的是为了改变或者添加特别是的特性,2.基因克隆(Gene Cloning),基因克隆基因克隆的步骤,基因克隆,基因克隆的基础：DNA可以被复制定义是指分离一个已知DNA序列，并以活体内方式获得许多复制品的过程,(2)基因克隆的基本步骤,基因克隆的基本元件流程,基因克隆的几个元件：,目的基因限制性内切酶连接酶载体宿主细胞,二.II.克隆基因的步骤,把基因从染色体中剪切出来限制性内切酶把这个基因连接到一个载体（质粒）上质粒限制性内切酶重组的质粒放到细菌细胞中转化筛选细胞重组基因,克隆基因的步骤,D

9、NA分子,限制性内切酶把目的基因切下来,目的基因,质粒载体,同样的限制性内切酶把质粒切开,连接酶把目的基因和载体结合起来,把重组DNA导入宿主细胞,筛选宿主细胞,抗生素用来筛选,基因工程,基因治疗生物新能源生物改造,一.基因治疗,把功能正常的基因导入体内把目的基因剔除,1.把功能正常的基因导入体内,患病细胞取出目的基因插入适当载体载体进入患病细胞细胞内的正常基因表达细胞再导入体内,锌指核酸酶,是人工改造的限制性内切酶针对复杂基因组里的特定DNA顺序借助内源DNA的修复机制，可以精确改变高等动物的基因组,2.把目的基因剔除,CCR5白细胞表面蛋白HIV病毒利用CCR5进入宿主细胞,二.生物新能源,用病毒制造电池,M13噬菌体,氧化钴黄金,操作,传统锂电池：负极石墨正极氧化钴病毒电池：,http:/,