基因工程基础知识与基本技术概述
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❖ 奢侈基因是指只在特别细胞类型中大量表达并编码 特殊功能产物的这样一种基因。
27
移动基因
转座子是存在于染色体DNA上可自主复 制和位移的基本单位。最简单的转座子不含 有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS）。
28
转座子引起的插入突变
重叠基因
指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列， 或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组 成部分。重叠基因有多种重叠方式。
参与转录的物质
❖ 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) ❖ 模板:DNA ❖ 酶: RNA聚合酶 ❖ 其他蛋白质因子
RNA合成方向：5‘ － 3'
真核生物基因转录，它会有如剪接， 加帽，加尾等等过程。
18
在5’端加帽
5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端 的这种结构称为帽子（cap）。
帽子结构功能： ①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合； ②m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5’末端，以保护mRNA免
受5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。
19
3’端加尾
Poly(A)尾，主要的功能是：①有助mRNA从核到细胞质转运；②避免在细胞中
受到核酶降解，增强mRNA的稳定性。
4
41-44bp
原核生物DNA特点归纳:
①绝大多数的原核生物DNA分子都会发生转录 和翻译。 ②原核生物基因中，编码具有相关功能的RNA 或蛋白质的，能串连在一起，集中于基因组的 特定部位，共同形成某些功能或转录单元。 ③原核生物基因具有重叠基因。
5
原核生物mRNA特点:
①半衰期短。 ②多顺反子形式。 ③存在ＳＤ序列。
6
原核生物基因终止子特点: 终止子，就是提供转录终止信号的这样
一段 DNA序列。
①终止子上游存在一个富含ＧＣ碱基的二重对称区。 ②终止点上游有段４－８个Ａ碱基构成的保序列。
终止子发夹结构序列
7
真核生物基因结构特点
①基因不连续性。 ②内含子。 ③外显子。 ④卫星ＤＮＡ。
8
真核生物基因的不连续性
9
❖ ⑦操作子是乳糖操纵于DNA上的一小段序列，仅为 26bp是阻遏物的结合位点
❖ ④当阻遏物与操作子结合时，lacmRNA的转录起始 受到抑制
❖ ⑤诱导物通过与阻遗物结合，改变它的三维构像， 使之不能与操作子结合．从而激发lacmRNA的合成24。
操纵子调节类型
代谢产物对基因活性的调节 降解物对基因活性的调节 环腺苷酸受体蛋白对转录的调节
在原核细胞中，功能相关的结构基因相互串联排列，受 上游共同调控区的控制，同时转录，同时翻译，最终形成功 能相关的几种蛋白质。
3
Fra Baidu bibliotek
● 原核生物启动子结构 ➢ 原核生物基因启动子相关的保守核苷酸序列
Pribnow框或-10区： -4 ~ -13bp之间由６个核苷酸组成， 多数是TATAA序列。
-35区：-35bp前后保守的TTGACA序列。 Pribnow
20
蛋白质翻译
❖ 氨基酸的活化 ❖ 翻译的起始
❖ 肽链的延伸 主要过程
❖ 肽链的终止 ❖ 蛋白质前体的加工
21
蛋白质前体的加工
1、N端fMet或Met的切除
2、二硫键的形成
两个半胱氨酸-SH
3、特定氨基酸的修饰
二硫键
磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化
4、切除新生肽链中非功能片段
22
操纵子学说
假基因
假基因它是具有与功能基因相似的序列，但是 由于有许多突变以致失去了原有的功能，
假基因特点:①基因的结构发生突变；②没有内含子；③具有与mRNA
❖ 操纵子， 是基因转录的 功能单位。操 纵子概念的提 出，表明人们 已认识到基因 的功能并不是 固定不变的， 而是可以根据 环境的变化进 行调节。
23
乳糖操纵子学说内容
❖ ①β-半乳糖苷酶、β-半乳糖通透酶、以及β-半乳糖 苷乙转移酶基因产物由同一条多顺反子的删A分子 所编码
❖ ②这个mRNA分子的启动子区—P紧接着操作子 区—O．而位于阻遏子区—I与操作子区—0之间的 启动子区(P)，不能单独起动合成β-半乳糖通透酶和 透过酶的过程
高度保守的特异性碱基序列 。
11
垃圾ＤＮＡ
12
真核生物基因的外显子
❖ 外显子，它是真核生物基因的一部分，它在 剪接后，仍然会被保存下来，并且可以在蛋 白质生物合成过程中被表达为蛋白质。
13
真核生物基因的侧翼序列
14
真核生物基因的卫星ＤＮＡ
卫星DNA，主要指的是真核细胞染色体中， 一些具有高度重复核苷酸序列的，同时碱基数又 非常少一般只有20-30bp左右的DNA片段。
25
1.1.3基因研究进展
❖ 遗传密码子与信息流 ❖ 遗传密码是一组规则的，将DNA或RNA序列以三
个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序 列。
尼伦伯格
26
管家基因和奢侈基因
❖ 管家基因，也称持家基因，是指特定物种所有细胞 中均要表达的一类基因，而且这种基因的表达产物 是对维持细胞基本生命活动所必需的。
真核生物基因的内含子
DNA上的内含子会被转录到前体RNA中， 但RNA上的内含子会在RNA离开细胞核进行 转译前被剪除。在成熟mRNA被保留下来的基 因部分被称为外显子。真核生物的基因含有外 显子和内含子，是前者区别原核生物的特征之 一。
10
真核生物基因的连接区 内含子和外显子接头的处，往往会存在的
15
1.1.2 从ＤＮＡ到蛋白质
复 制 DNA
RNA 复制
转录
RNA
翻译
逆转录
蛋白质
16
基因表达
基因表达，其实指的就是生物细胞在 生命过程中，把储存在DNA序列中的遗传 信息经过转录和翻译，转变成具有生物活 性的蛋白质分子过程。
转录水平表达 翻译水平表达
17
转录水平表达
转录水平的基因表达，就是在RNA聚合 酶的催化下，以DNA为模板，合成mRNA的 过程。这个过程，也就是转录过程。
第一章 基因工程基础知识与基本技术
1
1.1 基因工程的基础知识 1.1.1 基因的结构特点
基因按照它们在细胞内分布的部位，又可分为胞核基因和 核外基因。胞核基因存在于细胞核内，位于染色体上；核外基 因分散在细胞质内，又称胞质基因(真核细胞的细胞器基因)。2
原核生物基因结构特点
大多数原核细胞中，只有一个DNA分子，即一条染色 体。原核细胞基因组DNA的绝大部分可编码蛋白质，其中 只有极小部分不转录，即非编码区。
27
移动基因
转座子是存在于染色体DNA上可自主复 制和位移的基本单位。最简单的转座子不含 有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS）。
28
转座子引起的插入突变
重叠基因
指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列， 或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组 成部分。重叠基因有多种重叠方式。
参与转录的物质
❖ 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) ❖ 模板:DNA ❖ 酶: RNA聚合酶 ❖ 其他蛋白质因子
RNA合成方向：5‘ － 3'
真核生物基因转录，它会有如剪接， 加帽，加尾等等过程。
18
在5’端加帽
5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端 的这种结构称为帽子（cap）。
帽子结构功能： ①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合； ②m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5’末端，以保护mRNA免
受5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。
19
3’端加尾
Poly(A)尾，主要的功能是：①有助mRNA从核到细胞质转运；②避免在细胞中
受到核酶降解，增强mRNA的稳定性。
4
41-44bp
原核生物DNA特点归纳:
①绝大多数的原核生物DNA分子都会发生转录 和翻译。 ②原核生物基因中，编码具有相关功能的RNA 或蛋白质的，能串连在一起，集中于基因组的 特定部位，共同形成某些功能或转录单元。 ③原核生物基因具有重叠基因。
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原核生物mRNA特点:
①半衰期短。 ②多顺反子形式。 ③存在ＳＤ序列。
6
原核生物基因终止子特点: 终止子，就是提供转录终止信号的这样
一段 DNA序列。
①终止子上游存在一个富含ＧＣ碱基的二重对称区。 ②终止点上游有段４－８个Ａ碱基构成的保序列。
终止子发夹结构序列
7
真核生物基因结构特点
①基因不连续性。 ②内含子。 ③外显子。 ④卫星ＤＮＡ。
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真核生物基因的不连续性
9
❖ ⑦操作子是乳糖操纵于DNA上的一小段序列，仅为 26bp是阻遏物的结合位点
❖ ④当阻遏物与操作子结合时，lacmRNA的转录起始 受到抑制
❖ ⑤诱导物通过与阻遗物结合，改变它的三维构像， 使之不能与操作子结合．从而激发lacmRNA的合成24。
操纵子调节类型
代谢产物对基因活性的调节 降解物对基因活性的调节 环腺苷酸受体蛋白对转录的调节
在原核细胞中，功能相关的结构基因相互串联排列，受 上游共同调控区的控制，同时转录，同时翻译，最终形成功 能相关的几种蛋白质。
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Fra Baidu bibliotek
● 原核生物启动子结构 ➢ 原核生物基因启动子相关的保守核苷酸序列
Pribnow框或-10区： -4 ~ -13bp之间由６个核苷酸组成， 多数是TATAA序列。
-35区：-35bp前后保守的TTGACA序列。 Pribnow
20
蛋白质翻译
❖ 氨基酸的活化 ❖ 翻译的起始
❖ 肽链的延伸 主要过程
❖ 肽链的终止 ❖ 蛋白质前体的加工
21
蛋白质前体的加工
1、N端fMet或Met的切除
2、二硫键的形成
两个半胱氨酸-SH
3、特定氨基酸的修饰
二硫键
磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化
4、切除新生肽链中非功能片段
22
操纵子学说
假基因
假基因它是具有与功能基因相似的序列，但是 由于有许多突变以致失去了原有的功能，
假基因特点:①基因的结构发生突变；②没有内含子；③具有与mRNA
❖ 操纵子， 是基因转录的 功能单位。操 纵子概念的提 出，表明人们 已认识到基因 的功能并不是 固定不变的， 而是可以根据 环境的变化进 行调节。
23
乳糖操纵子学说内容
❖ ①β-半乳糖苷酶、β-半乳糖通透酶、以及β-半乳糖 苷乙转移酶基因产物由同一条多顺反子的删A分子 所编码
❖ ②这个mRNA分子的启动子区—P紧接着操作子 区—O．而位于阻遏子区—I与操作子区—0之间的 启动子区(P)，不能单独起动合成β-半乳糖通透酶和 透过酶的过程
高度保守的特异性碱基序列 。
11
垃圾ＤＮＡ
12
真核生物基因的外显子
❖ 外显子，它是真核生物基因的一部分，它在 剪接后，仍然会被保存下来，并且可以在蛋 白质生物合成过程中被表达为蛋白质。
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真核生物基因的侧翼序列
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真核生物基因的卫星ＤＮＡ
卫星DNA，主要指的是真核细胞染色体中， 一些具有高度重复核苷酸序列的，同时碱基数又 非常少一般只有20-30bp左右的DNA片段。
25
1.1.3基因研究进展
❖ 遗传密码子与信息流 ❖ 遗传密码是一组规则的，将DNA或RNA序列以三
个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序 列。
尼伦伯格
26
管家基因和奢侈基因
❖ 管家基因，也称持家基因，是指特定物种所有细胞 中均要表达的一类基因，而且这种基因的表达产物 是对维持细胞基本生命活动所必需的。
真核生物基因的内含子
DNA上的内含子会被转录到前体RNA中， 但RNA上的内含子会在RNA离开细胞核进行 转译前被剪除。在成熟mRNA被保留下来的基 因部分被称为外显子。真核生物的基因含有外 显子和内含子，是前者区别原核生物的特征之 一。
10
真核生物基因的连接区 内含子和外显子接头的处，往往会存在的
15
1.1.2 从ＤＮＡ到蛋白质
复 制 DNA
RNA 复制
转录
RNA
翻译
逆转录
蛋白质
16
基因表达
基因表达，其实指的就是生物细胞在 生命过程中，把储存在DNA序列中的遗传 信息经过转录和翻译，转变成具有生物活 性的蛋白质分子过程。
转录水平表达 翻译水平表达
17
转录水平表达
转录水平的基因表达，就是在RNA聚合 酶的催化下，以DNA为模板，合成mRNA的 过程。这个过程，也就是转录过程。
第一章 基因工程基础知识与基本技术
1
1.1 基因工程的基础知识 1.1.1 基因的结构特点
基因按照它们在细胞内分布的部位，又可分为胞核基因和 核外基因。胞核基因存在于细胞核内，位于染色体上；核外基 因分散在细胞质内，又称胞质基因(真核细胞的细胞器基因)。2
原核生物基因结构特点
大多数原核细胞中，只有一个DNA分子，即一条染色 体。原核细胞基因组DNA的绝大部分可编码蛋白质，其中 只有极小部分不转录，即非编码区。