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基因工程药物概念性问题指南第1页/共40页 基因工程概念性问题1、基因和基因组的概念2、基因工程中常用的工具酶3、基因工程克隆载体4、基因治疗与转基因动物第2页/共40页 1、基因和基因组基因：基因是染色体上呈直线按顺序排列的遗传单位，基因是携带遗传信息的结构单位，又是控制遗传性状的功能单位。基因除编码序列外还应包括保证转录所必需的调控序列及位于编码区上游5’端的启动子非编码序列、内含子和位于编码区下游3’端的终止子非编码序列。编码区是基因功能发挥的结构基因（或称功能基因），调控序列和启动子起调控启动作用，终止的非编码区属于调控基因。染色体总长不到0.5m，而DNA分子总长可达数米。染色体上的基因为DNA分子。第3页/共40页 1、基因和基因组基因组是表示某物种单倍体的总DNA，对于二倍体高等生物，其配子的DNA总和即为一组基因组。重叠基因（overlapping genes）：不同基因的核苷酸序列有时为相邻的两个基因共用，将核苷酸彼此重叠的两个基因称为重叠基因。病毒基因组细菌基因组真核生物基因组第4页/共40页 病毒基因组的特点结构简单，无细胞结构。基因组由DNA或RNA组成，可为单链或双链，亦可呈环状或线状。基因组小，含基因数少。基因组中存在调控元件和转录单元。有重叠基因存在。以RNA为基因组的逆转录病毒。典型的逆转录病毒有三个基因，即由gag（核心蛋白）、pol（逆转录酶）和env（包膜蛋白）组成，其基因结构如图所示：第5页/共40页 病毒基因组的特点RNA基因组的两端含有U3RU5两个完全相同的正向重复序列，从而在两末端形成了长末端重复序列（LTR）。LTR为激活、增强和调节病毒复制的重要区段。因此LTR在人类基因组中的整合也可促进其下游基因的活化和表达，如原癌基因被激活后致癌。U3U3RRU5U5病毒DNALTRLTRgagpolenv35–DNA+DNA35第6页/共40页 细菌基因组的特点由一条双链DNA组成，为无核仁、核膜的原核结构。蛋白质基因通常是单拷贝基因。而rRNA基因则是多拷贝的。细菌中的结构基因中无内含子，无核膜，一般是边转录边在胞浆中直接合成蛋白质。无基因重叠结构DNA分子中有多种功能调控区，如复制起始区、复制终止区、转录启动区及转录终止区等，这些区域常具有反向重复序列。第7页/共40页 细菌基因组的特点质粒（plasmid）是染色体以外的遗传物质，是环状的DNA分子。不同细菌中的质粒大小不一（103~105bp）。在酵母和其它真菌中也发现有质粒。质粒DNA的功能类型有三种：（1）F质粒（F因子）由称性质粒。控制菌毛形成，利于定居，质粒可由性菌毛来进行质粒传递和转移；（2）R质粒（抗药性因子）能编码一种或几种抗菌素的抗性物质；（3）col质粒（大肠杆菌因子）质粒中含有编码大肠杆菌素的基因，编码的大肠杆菌素可使近缘的细菌致死或抑制生长。有的可编码毒素。第8页/共40页 真核基因组的特点大而复杂，人的单倍体基因组为3×109bp，比原核生物大数千倍，其体细胞基因组为双倍体，即有2份同源的基因组。存在大量低度、中度和高度重复序列基因组中功能基因大多是不连续的，为断裂基因（splitgene）中间被不编码蛋白质的插入序列内含子所隔开。基因组中非编码区多于编码区，约占总DNA的90%。基因组DNA大多与蛋白质结合形成染色体，其中DNA约占35%，RNA占5%，其余的60%为组蛋白和非组蛋白。第9页/共40页 真核基因组C值和C值矛盾：一个单倍体基因组中的全部DNA量称为该物种DNA的C值（C value）。单拷贝序列：一部分与蛋白质及酶类表达有关中度重复序列：通常是非编码序列，与单拷贝基因间隔排列，少数成串排列在一个区域。高度重复序列多基因家族：、真核基因组中许多来源相同、结构相似、功能相关的基因在染色体上成串存在，这样一组基因称为基因家族（gene family）。第10页/共40页 基因的新概念移动基因（movable gene）又叫转位因子（transposable elements），可以在染色体基因组上移动，甚至可在不同染色体间跃迁，故又称跳跃基因（jumping gene），后来称其为insertion sequences（现在一般叫IS elements）。现在已发现在细菌中存在着三种类型的转位因子，相对分子质量小于2000bp的一般叫插入序列（IS），大于2000bp的称为转位子（Transposon，Tn），第三种类型为噬菌体Mu和D108。第11页/共40页 2、基因工程中常用的工具酶基因的重组与分离涉及一系列相互关联的酶促反应。在众多的核酸酶中，限制性核酸内切酶（又称限制酶，restriction enzyme）和DNA连接酶（ligase）的发现和应用，才真正使分子的体外切割和连接成为