第4章 遗传基础和基因工程.ppt

本章主要内容 一、遗传及其分子基础 1) DNA作为主要遗传物质的证据 2) 核酸的化学结构与DNA复制 3) 基因的概念与发展 4) 遗传信息的表达与调控 二、基因工程及其应用 1) 基因工程概述 2) 基因工程的基本操作 3) 基因工程的基本工具 4) 基因工程的应用 一、遗传及其分子基础 1、DNA作为主要遗传物质的证据 1.1 DNA是遗传物质的间接证据 1.2 DNA是遗传物质的直接证据 A) 肺炎双球菌转化试验 B) 噬菌体侵染试验 C) 烟草花叶病毒重建试验 1.3 非核酸类的遗传物质 DNA作为主要遗传物质的证据 遗传物质应具备的三种基本功能： 1、复制功能：遗传物质必须贮存遗传信息，并能将其复制且一代一代精确地传递下去。 2、表达功能：遗传物质必须控制生物体性状的发育和表达。 3、变异功能：遗传物质必须发生变异，以适应外界环境的变化，没有变异就没有进化。 1.1 DNA是遗传物质的间接证据 1. 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何。它们的DNA在含量上是恒定的，而且配子中的DNA含量正好是体细胞的一半。 2. DNA在代谢上是比较稳定的。 3. DNA是所有生物的染色体所共有。 4. 不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长均为2600?，这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的。 1.2 DNA是遗传物质的直接证据 (1) 肺炎双球菌转化试验 (1928，英国Griffith/Avery) DNA是遗传物质的直接证据 DNA是遗传物质的直接证据 1.3 非核酸类的遗传物质 朊蛋白(病毒)：又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子的无免疫性疏水蛋白质。 1982年，美国Prusiner发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的疾病，并称为“Prion”即朊病毒。 朊病毒具有蛋白质的特性，又与“真病毒”有明显差异。朊病毒对许多理化因子有强抵抗力，如甲醛、DNA酶、紫外线、γ射线和超声波。在80℃不被破坏，但对苯酚、蛋白酶、尿素等敏感，对干扰素不敏感，迄今尚无有效防治方法。 致病机制： 1982年普鲁辛纳提出了朊病毒致病的“蛋白质构象致病假说”，以后魏斯曼等人对其逐步完善。 朊病毒的复制机理―最引起当今科学家兴趣和关注。 2、核酸的化学结构与DNA复制 一、DNA的一级结构 二、DNA的二级结构 三、RNA的分子结构 四、DNA的生物合成 一、 DNA的一级结构 DNA的一级结构指DNA的组成单位核苷酸残基在分子中的线性排列顺序。由4种脱氧核糖核苷酸以3’,5’-磷酸二酯键连接起来的直线或环形多聚体。通常用碱基符号表示。 一级结构书写方法：从5 ?到3?方向： 核酸的一级结构 关于碱基的种类、分子式、核苷酸的种类、结构等是生物化学中讨论的内容。 在此谈三个关于核酸一级结构的内容： (一)“四核苷酸”假说； (二) 查伽夫定则及其意义； (三) 核苷酸序列及其测定。 (一) “四核苷酸”假说 Levene (1930)提出“四核苷酸”假说，认为： A）核苷酸是核酸的基本组成单位； B）核酸是“磷酸—核糖(碱基)—磷酸”的核苷多聚体。 四核苷酸假说奠定了核酸化学基础。但同时认为： 1）核酸多聚体是由“四核苷酸结构”重复形成； 2）每个四核苷酸结构包含四种碱基各一个； 所以认为在任何DNA中，四种碱基是等量的，DNA是四核苷酸结构的简单重复。这种观念影响了人们对核酸生物学功能的进一步认识。 (二) 查伽夫定则及其意义 Chargaff于1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光光度试验结果提出查伽夫定则： A）四种碱基的数量不是等量的； B）同一物种DNA碱基组成不变，物种间则有很大不同； C）嘌呤碱基总量与嘧啶碱基的总量(克分子总量)相等(A+G=T+C)，且A=T、G=C。 (三) 核苷酸序列及其测定 查伽夫定则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸的碱基序列信息可能具有重要意义。 后来的研究表明：碱基序列正是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。 DNA及RNA分子序列分析技术也是最重要的分子遗传学研究技术： Sanger双脱氧链终止法； Maxam-Gillbert化学修饰法； 基于化学法的DNA序列自动分析仪已成为常规实验设备。 (一) DNA分子结构的研究 在“四核苷酸结构”理论的误导下，人们普遍认为核酸的组成、结构简单，可能不具有重要功能，一度忽略了对核酸的研究。 上世纪中期，众多研究表明：核酸是遗传信息的载体，显然，DNA的结构研究是进一步研究其功能和作用方式的基础。 也由此激发了科学家从事核酸结构研究的兴趣，当时进行DNA结构研究的科学家很多，最重