第二章基因工程基本原理
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• 复制的起始 (initiation) • DNA链的延伸 (elongation) • 复制的终止 (termination)
DNA变性
热变性中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半 （双螺旋结构失去一半）时的温度称为DNA的熔点或 熔解温度（Tm）。
在DNA发生热变性 的过程中，A260随 温度的变化曲线
热变性曲线 (熔解曲线)
影响Tm值的因素?
复性和杂交
变性DNA在适当条件下，两条互补链可 重新恢复为天然的双螺旋结构，这种现 象称为复性（renaturation）。
终止子（terminator）基因结构中能够促进转 录终止的DNA序列，在RNA水平上通过转录出的 终止子序列形成茎环结构而终止。
基因组
基因组（genome）：单倍体细胞中的全套染色体 上所有基因的总和。
原核生物的基因组
基因组小 多顺反子mRNA 非编码区少 基因重叠 不含内含子
真核生物基因组
增强子、操作子、终止子、上游调控序列等 ——分子生物学原理
修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：SD序 列、mRNA非编码区、密码子等 ——分子生物学原理
基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产 ——生化工程学原理
基因工程的基本Biblioteka Baidu理
D 基因工程的支撑技术
核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术
RNA的结构与功能
信使RNA（messenger RNA，mRNA） 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA） 转运RNA（transfer RNA，tRNA）
mRNA
1. mRNA的转录和翻译发生在 同一个细胞空间，这两个过程 几乎是同步进行的 。 2. 半衰期短。 3. 许多原核生物mRNA以多顺 反子的形式存在。 4.原核生物mRNA的5’端无帽子 结构，3’端没有或只有较短的 多聚（A）结构。 5. 原核生物常以AUG（有时 GUG，甚至UUG）作为起始密 码子
• 真核细胞mRNA的合成和功 能表达发生在不同的空间和时
间范畴内。 • 单顺反子形式存在。 • 5’端存在“帽子”结构。 • 绝大多数具有多聚(A)尾巴。 • 真核生物几乎永远以AUG作
为起始密码子。
rRNA
E.coli核糖体（70S）
30S亚基
50S亚基
16s rRNA 21种蛋白质
23S rRNA
DNA变性
核酸的理化性质
在某些理化因素下，DNA分子互补碱基之间的氢键断 裂，致使DNA双螺旋结构松开，变成单链，即为DNA变性 （denaturation）。引起变性的因素有：加热、酸碱、尿 素、甲醛等。
核酸变性后，在260nm处的吸收值上升，这叫增色效 应(hyperchromic effect)。增色效应常可用来衡量DNA变 性的程度。
第二章 基因工程的基本原理 第一节 基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础 B 基因工程的分子生物学 C 基因工程的基本原理 D 基因工程的支撑技术
基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础
19世纪中 孟德尔 豌豆杂交试验 遗传因子 经典遗传学 20世纪初 摩尔根 果蝇杂交实验 基因 基因学 1944年 艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验 遗传物质DNA
分子遗传学 1953年 沃森-克瑞克 DNA双螺旋结构 分子生物学 1973年 伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体外拼接
基因工程
基因工程的基本原理
B 基因的分子生物学
基因工程的基本原理
C 基因工程的基本原理
提高外源基因的剂量——分子遗传学原理 筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、
同源基因组 基因组大 单顺反子 重复序列 非编码序列90%以上 基因家族 转座子/逆转座子
2.3 中心法则与基因表达调控
生物信息的传递 原核生物基因的表达调控 真核生物基因的表达调控
2.3.1 生物信息的传递
RNA 复 制
复 制 DNA 转 录 RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
DNA复制的基本过程
5S rRNA 36种蛋白质
高等动物核糖体（80S）
40S亚基
60S亚基
18S rRNA 33种蛋白质
28S rRNA
5.8S rRNA 5S rRNA 49种蛋白质
tRNA
二级结构
三级结构
核酸的理化性质及其应用
一般理化性质
DNA为白色纤维状固体 RNA为白色粉末状固体 紫外吸收：260nm
A260/ A280值可以反映核酸的纯度。 纯的DNA：A260/ A280 =1.8 纯的RNA：A260/ A280 =2.0
戊糖
碱基
核苷酸的基本组成
DNA的结构和功能
DNA的一级结构与功能
结构式
DNA的二级结构与功能
1 螺旋直径2nm 2 链间有螺旋形凹槽，较 小的为小沟（1.2 nm）， 较大的为大沟（2.2nm） 3 碱基间距为0.34nm 4 结构重复周期3.4nm 5 每轮碱基数为10 6 碱基平面与纵轴垂直。
第二节 基因工程的分子生物学基础
2.1 核酸的结构与功能 2.2 基因与基因组 2.3 中心法则与基因表达调控 2.4 自然界的基因转移和重组
2.1 核酸的结构与功能
核酸：就是由许多核苷酸按照一定的顺序连接 所组成的多核苷酸，它的主要功能是充当遗传 信息的载体。
脱氧核糖核酸: DNA 核糖核酸: RNA
基因的分类：结构基因 调控基因
原核生物基因结构
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
操纵序列 (operator)
构 真核生物基因结
真核生物的结构基因不仅在两侧有非编码区， 而且在基因内部也有许多不编码蛋白质的间隔 序列，即内含子（intron），编码区则成为外 显子（exon）。
DNA单链之间、一条DNA和一条RNA链 之间主要存在序列互补配对区域，不管 是整条链互补，还是部分序列互补，均 可能重新形成整条双链或部分双链，这 即为核酸分子杂交（hybridization）。
2.2 基因与基因组
基因的结构
基因（gene）：能够编码一段多肽或功能RNA 的一段核苷酸序列。
基因的基本特性：基因可自我复制 基因决定性状 基因可以突变
DNA变性
热变性中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半 （双螺旋结构失去一半）时的温度称为DNA的熔点或 熔解温度（Tm）。
在DNA发生热变性 的过程中，A260随 温度的变化曲线
热变性曲线 (熔解曲线)
影响Tm值的因素?
复性和杂交
变性DNA在适当条件下，两条互补链可 重新恢复为天然的双螺旋结构，这种现 象称为复性（renaturation）。
终止子（terminator）基因结构中能够促进转 录终止的DNA序列，在RNA水平上通过转录出的 终止子序列形成茎环结构而终止。
基因组
基因组（genome）：单倍体细胞中的全套染色体 上所有基因的总和。
原核生物的基因组
基因组小 多顺反子mRNA 非编码区少 基因重叠 不含内含子
真核生物基因组
增强子、操作子、终止子、上游调控序列等 ——分子生物学原理
修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：SD序 列、mRNA非编码区、密码子等 ——分子生物学原理
基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产 ——生化工程学原理
基因工程的基本Biblioteka Baidu理
D 基因工程的支撑技术
核酸凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术 DNA序列分析技术 寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术 聚合酶链反应（PCR）技术
RNA的结构与功能
信使RNA（messenger RNA，mRNA） 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA） 转运RNA（transfer RNA，tRNA）
mRNA
1. mRNA的转录和翻译发生在 同一个细胞空间，这两个过程 几乎是同步进行的 。 2. 半衰期短。 3. 许多原核生物mRNA以多顺 反子的形式存在。 4.原核生物mRNA的5’端无帽子 结构，3’端没有或只有较短的 多聚（A）结构。 5. 原核生物常以AUG（有时 GUG，甚至UUG）作为起始密 码子
• 真核细胞mRNA的合成和功 能表达发生在不同的空间和时
间范畴内。 • 单顺反子形式存在。 • 5’端存在“帽子”结构。 • 绝大多数具有多聚(A)尾巴。 • 真核生物几乎永远以AUG作
为起始密码子。
rRNA
E.coli核糖体（70S）
30S亚基
50S亚基
16s rRNA 21种蛋白质
23S rRNA
DNA变性
核酸的理化性质
在某些理化因素下，DNA分子互补碱基之间的氢键断 裂，致使DNA双螺旋结构松开，变成单链，即为DNA变性 （denaturation）。引起变性的因素有：加热、酸碱、尿 素、甲醛等。
核酸变性后，在260nm处的吸收值上升，这叫增色效 应(hyperchromic effect)。增色效应常可用来衡量DNA变 性的程度。
第二章 基因工程的基本原理 第一节 基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础 B 基因工程的分子生物学 C 基因工程的基本原理 D 基因工程的支撑技术
基因工程的基本原理
A 重组DNA技术的理论基础
19世纪中 孟德尔 豌豆杂交试验 遗传因子 经典遗传学 20世纪初 摩尔根 果蝇杂交实验 基因 基因学 1944年 艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验 遗传物质DNA
分子遗传学 1953年 沃森-克瑞克 DNA双螺旋结构 分子生物学 1973年 伯格-杰克森-考恩-鲍耶 DNA分子体外拼接
基因工程
基因工程的基本原理
B 基因的分子生物学
基因工程的基本原理
C 基因工程的基本原理
提高外源基因的剂量——分子遗传学原理 筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、
同源基因组 基因组大 单顺反子 重复序列 非编码序列90%以上 基因家族 转座子/逆转座子
2.3 中心法则与基因表达调控
生物信息的传递 原核生物基因的表达调控 真核生物基因的表达调控
2.3.1 生物信息的传递
RNA 复 制
复 制 DNA 转 录 RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
DNA复制的基本过程
5S rRNA 36种蛋白质
高等动物核糖体（80S）
40S亚基
60S亚基
18S rRNA 33种蛋白质
28S rRNA
5.8S rRNA 5S rRNA 49种蛋白质
tRNA
二级结构
三级结构
核酸的理化性质及其应用
一般理化性质
DNA为白色纤维状固体 RNA为白色粉末状固体 紫外吸收：260nm
A260/ A280值可以反映核酸的纯度。 纯的DNA：A260/ A280 =1.8 纯的RNA：A260/ A280 =2.0
戊糖
碱基
核苷酸的基本组成
DNA的结构和功能
DNA的一级结构与功能
结构式
DNA的二级结构与功能
1 螺旋直径2nm 2 链间有螺旋形凹槽，较 小的为小沟（1.2 nm）， 较大的为大沟（2.2nm） 3 碱基间距为0.34nm 4 结构重复周期3.4nm 5 每轮碱基数为10 6 碱基平面与纵轴垂直。
第二节 基因工程的分子生物学基础
2.1 核酸的结构与功能 2.2 基因与基因组 2.3 中心法则与基因表达调控 2.4 自然界的基因转移和重组
2.1 核酸的结构与功能
核酸：就是由许多核苷酸按照一定的顺序连接 所组成的多核苷酸，它的主要功能是充当遗传 信息的载体。
脱氧核糖核酸: DNA 核糖核酸: RNA
基因的分类：结构基因 调控基因
原核生物基因结构
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
操纵序列 (operator)
构 真核生物基因结
真核生物的结构基因不仅在两侧有非编码区， 而且在基因内部也有许多不编码蛋白质的间隔 序列，即内含子（intron），编码区则成为外 显子（exon）。
DNA单链之间、一条DNA和一条RNA链 之间主要存在序列互补配对区域，不管 是整条链互补，还是部分序列互补，均 可能重新形成整条双链或部分双链，这 即为核酸分子杂交（hybridization）。
2.2 基因与基因组
基因的结构
基因（gene）：能够编码一段多肽或功能RNA 的一段核苷酸序列。
基因的基本特性：基因可自我复制 基因决定性状 基因可以突变