分生第一章基因与基因组第一节课件.ppt

1、Molecular Biology 吕昌莲吕昌莲 教授教授微生物与生化药学微生物与生化药学（生物制药教研室）（生物制药教研室）（R428R428）分子生物学发展回顾分子生物学发展回顾l18681868年年 Fridrich MiescherFridrich Miescher从脓细胞中从脓细胞中提取提取“核酸核酸”l19031903年年 染色体是染色体是遗传单位遗传单位l19101910年年 基因位于染色体上基因位于染色体上l19131913年年 染色体包含线性排列的基因染色体包含线性排列的基因l19271927年年 突变是基因内的物理变化突变是基因内的物理变化l19311931年年 交换引起基

2、因重组交换引起基因重组l19441944年年 AveryAvery等人证实等人证实DNADNA是遗传物质是遗传物质l19451945年年 基因编码蛋白质基因编码蛋白质l19511951年年 首次首次蛋白质测序蛋白质测序l19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick发现发现DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构1954年年 Crick提出提出分子生物学的中心法则分子生物学的中心法则1958年年 DNA半保留复制半保留复制1961年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码1967年年 发现发现DNADNA连接酶连接酶1973年年 建立了建立了DNADNA重组技术重组技

3、术1975年年 Temin和和Baltimore发现发现逆转录酶逆转录酶1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立DNA DNA 测序方法测序方法1985年年 Mullis发明发明PCR PCR 技术技术1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP)(HGP)1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动1997年年 第一只克隆羊第一只克隆羊多莉诞生多莉诞生2001年年 美、英等国完成美、英等国完成人类基因组计划基本人类基因组计划基本 框架框架2003年人类基因组序列图绘制成功年人类基因组序列图绘制成功分子生物学的地位和作用：分子生物学的地位和作用：

4、生命科学中发展最快的前沿领域生命科学中发展最快的前沿领域极大促进医药学发展极大促进医药学发展分子生物学与其他学科的结合分子生物学与其他学科的结合生理学生理学微生物学微生物学药理学药理学 分子分子生物学生物学临床医学临床医学免疫学免疫学病理学病理学 分子细胞学分子细胞学 分子药理学分子药理学 分子免疫学分子免疫学 分子病理学分子病理学分子病毒学分子病毒学 分子神经学分子神经学 分子细菌学分子细菌学 分子遗传学分子遗传学 分子诊断学（基因诊断学）分子诊断学（基因诊断学）分子治疗学（基因治疗学）分子治疗学（基因治疗学）诞生了许多分支学科诞生了许多分支学科143143基于高性能纳米-导电聚合物复合材料

5、的DNADNA传感器及KPCKPC肺炎克雷伯耐药菌快速检验技术研究H2608H2608 面上项目65652013-2013-1-11-12016-12-2016-12-3131144144THBS1/TGF/CTGFTHBS1/TGF/CTGF轴在三氧化二砷调控类风湿关节炎血管增殖中的作用及分子机制H1008H1008 面上项目70702013-2013-1-11-12016-12-2016-12-3131145145骨髓间充质干细胞旁分泌BDNFBDNF调控TRPC6TRPC6通道抗心肌缺血作用及其机制H0203H0203青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12

6、-2015-12-3131146146组织因子途径抑制物对apoE-/-apoE-/-小鼠动脉粥样硬化斑块稳定性的影响及分子机制研究H0206H0206青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-3131147147皮质抑素抑制血管钙化的WntWnt信号调控机制研究H0220H0220青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-3131148148von Hippel-Lindauvon Hippel-Lindau基因对肝纤维化的抑制作用及机制研究H0317H0317青年科学基金项目23232013-201

7、3-1-11-12015-12-2015-12-3131149149AKT/ROSAKT/ROS信号通路对急性髓细胞白血病增殖的影响及靶向作用研究H0812H0812青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-3131150150钙敏感受体在新生鼠内毒素性心肌损伤中的作用及机制H0422H0422青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-3131151151FGF19FGF19在肝脏胰岛素抵抗中的作用和机制H0712H0712青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015

8、-12-3131152152早期糖尿病视网膜致病特异性miRNAmiRNA筛查与基因调控研究H1205H1205青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-3131153153先天性白内障大家系致病基因的定位克隆与功能研究H1208H1208青年科学基金项目23232013-2013-1-11-12015-12-2015-12-31312012年度国家自然科学基金年度国家自然科学基金 教材介绍 学习方法第一章 基因与基因组第一节 基因一、基因的概念及分类一、基因的概念及分类*（一）基因的概念（一）基因的概念*（二）基因的分类（二）基因的分类二、基因的

9、结构与功能二、基因的结构与功能*（一）基因的结构（一）基因的结构（二）基因功能概述（二）基因功能概述（三）基因突变与疾病（三）基因突变与疾病第一节 基 因 一、基因的概念及分类一、基因的概念及分类*（一）基因的概念（一）基因的概念*（二）基因的分类（二）基因的分类*1.是核酸分子中储存遗传信息的基本单位。是核酸分子中储存遗传信息的基本单位。（一）基因(gene)*2.是核酸分子中由特定的核苷酸按一定的是核酸分子中由特定的核苷酸按一定的碱基顺序排列而成的具有一定功能的片段。碱基顺序排列而成的具有一定功能的片段。*3.基因是基因是RNA序列和蛋白质多肽链序列和蛋白质多肽链顺序相关遗传信息的基本存在

10、形式，顺序相关遗传信息的基本存在形式，以及表达这些信息所需要的全部核以及表达这些信息所需要的全部核苷酸序列。苷酸序列。*4.基因是基因组序列上的遗传单位，基因是基因组序列上的遗传单位，有调节区、转录区和（或）其他功能序列有调节区、转录区和（或）其他功能序列区。区。（二）基因的分类*按照细胞内分布部位分类按照细胞内分布部位分类:1.核基因核基因 2.核外基因核外基因*根据基因的功能和性质分类：1编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 结构基因和调节基因结构基因和调节基因 2.编码编码RNA的基因的基因 rRNA基因、基因、tRNA基因、各种小分子基因、各种小分子RNA基因（基因（small RNA)二

11、、基因的结构与功能*（一）基因的结构（二）基因功能概述（三）基因突变与疾病*（一）基因的结构 原核生物基因结构特点：原核生物基因结构特点：操纵子操纵子在原核生物中，编码功能相在原核生物中，编码功能相关的结构基因常成簇排列，几个结构关的结构基因常成簇排列，几个结构基因共用一个启动子，转录成为一个基因共用一个启动子，转录成为一个mRNA分子，然后翻译成几种蛋白质分子，然后翻译成几种蛋白质。乳糖操纵子的结构 调控区调节序列 启动序列操纵序列 结构基因Z：-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA*真核生物基因结构特点：真核生物基因结构特点：（1）断裂基因）断裂基因(split gene)外

12、显子外显子+内含子内含子（2）调控序列调控序列 外显子外显子+内含子内含子 转录起始点AATAAA转录终止点外显子内含子*（1）断裂基因断裂基因(split gene)外显子外显子(exon)真核生物的结构基因序列中含有编码序真核生物的结构基因序列中含有编码序列，它们在转录后被保留下来作为蛋列，它们在转录后被保留下来作为蛋白质分子的合成信息，这些参与编码白质分子的合成信息，这些参与编码的序列为外显子。的序列为外显子。内含子内含子(intron)：基因中非编码序列也能够转录成基因中非编码序列也能够转录成RNA，但在但在mRNA成熟过程中被剪切掉，这成熟过程中被剪切掉，这些非编码序列称为内含子。些

13、非编码序列称为内含子。外显子外显子-内含子接头内含子接头 存在高度保守的特异性碱基序列存在高度保守的特异性碱基序列 （接头（接头GT-AG)是是RNA剪接的信号序列剪接的信号序列转录起始点AATAAA转录终止点外显子内含子*（2）调控序列调控序列 基因的两侧有一段不被转录的序列称基因的两侧有一段不被转录的序列称为侧翼序列为侧翼序列 对基因表达起调控作用对基因表达起调控作用 启动子、增强子、终止子启动子、增强子、终止子转录起始点AATAAA转录终止点外显子内含子*顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)真核基因的调控区和编码序列位于同真核基因的调控区和编码序列位于同一个一

14、个DNA分子中的相邻部位，则调控分子中的相邻部位，则调控区称为顺式作用元件。这种调控区对区称为顺式作用元件。这种调控区对基因表达的调节方式称为顺式调节。基因表达的调节方式称为顺式调节。定义定义*反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)某些酶或蛋白因子直接或间接与顺式某些酶或蛋白因子直接或间接与顺式作用元件相结合，调节基因表达，这作用元件相结合，调节基因表达，这些酶或蛋白因子称为反式作用因子。些酶或蛋白因子称为反式作用因子。定义定义重要顺式作用元件*(1)启动子启动子(promoter)是一段直接与是一段直接与RNA聚合酶及其转录因聚合酶及其转录因子（或其他蛋白质）相结

15、合、决定基子（或其他蛋白质）相结合、决定基因转录起始与否的特定的因转录起始与否的特定的DNA序列。序列。启动子具有方向性启动子具有方向性 一般位于基因转录起始点上游一般位于基因转录起始点上游100-200bp处处 通常启动子本身不转录通常启动子本身不转录真核生物主要有真核生物主要有3类启动子（了解）类启动子（了解）I类启动子：富含GC碱基对，主要启动rRNA基因的转录；类启动子：主要启动蛋白质基因和一些小RNA基因的转录，通常是由TATA盒(TATA box)、几个上游启动子元件和转录起始位点组成;类启动子：启动tRNA基因、5S RNA基因和U6 snRNA基因等RNA基因的转录。*(2)增

16、强子增强子(enhancer)是增强转录的短是增强转录的短DNA序列，与转录因子特异序列，与转录因子特异性地结合，增加性地结合，增加RNA聚合酶分子的结合数聚合酶分子的结合数量，增强启动子转录。量，增强启动子转录。(3)沉默子沉默子(silencer)特异结合反式作用因子，阻遏基因转录，特异结合反式作用因子，阻遏基因转录，使基因沉默，抑制基因转录的特定使基因沉默，抑制基因转录的特定DNA序列。序列。(4)终止子终止子(terminater)结构基因下游近结构基因下游近3端的一段端的一段DNA序列，由序列，由AATAAA和一段回文序列组成，在转录中和一段回文序列组成，在转录中起到终止信号的作用，

17、使转录终止。起到终止信号的作用，使转录终止。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子AATAAA转录终止点终止子外显子翻译起始点内含子（二）基因功能概述（二）基因功能概述储存生物性状的遗传信息：氨基酸密码储存生物性状的遗传信息：氨基酸密码遗传信息传递：复制遗传信息传递：复制作为基因表达的模板：转录、翻译作为基因表达的模板：转录、翻译复制(replication)DNA分子通过自我复制将遗传信息从亲代分子通过自我复制将遗传信息从亲代DNA分子传递给子代分子传递给子代DNA分子。分子。特点：半保留复制特点：半保留复制 双向复制双向复制 半不连续复制半不连续复制AGGTACTGCCACTCCATG

18、ACGGTGAGGTACTGCCACTCCATGACGGTGAGGTACTGCCACTCCATGACGGTG+子代子代DNA母链母链DNA转录转录：转录是以DNA的反编码链为模板，在启动子的控制下，从转录起始点开始，以碱基互补的方式，合成RNA的过程。转录RNADNA 翻译翻译：翻译是指遗传信息由mRNA的碱基序列转变成多肽链氨基酸顺序的过程肽链延伸方向读码方向读码方向(3)基因表达的调控基因表达的调控DNA水平的调控转录水平的调控转录后水平调控翻译水平的调控翻译后水平的调控（三）基因突变与疾病（了解）（了解）基因突变引起的疾病主要有以下几类：1、单基因病 1)常染色体显性遗传 2)常染色体隐性遗传 3)x连锁显性遗传 4)x连锁隐性遗传 5)Y连锁遗传 2、线粒体遗传病 母系遗传：异质性：3、多基因病：是指生物和人类的许多表型性状由不同座位的较多基因协同决定，每对基因的表型效应是微小的，但各对基因的作用累加起来就会产生一个明显的表型效应。4.基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗(1)基因诊断：基因诊断是在DNA水平或RNA水平对某一基因进行分析，从而对特定的疾病进行诊断。基因诊断基因诊断(2)基因治疗：基因治疗是指运用重组DNA技术，将正常基因导入有缺陷基因患者的细胞中去，以替代或补偿缺陷基因，或抑制基因的过度表达，使细胞恢复正常功能，达到根治遗传病的目的。绪绪 论论