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1、医学分子生物学(Medical Molecular Biology)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一章第一章 绪绪 论论Introduction 第一节第一节 分子生物学和医学分子生物学分子生物学和医学分子生物学 研究的研究范围研究的研究范围一、分子生物学的主要内容一、分子生物学的主要内容 1.核酸的分子生物学核酸的分子生物学 2.蛋白质的分子生物学蛋白质的分子生物学 3.信号转导的分子生物学信号转导的分子生物学二、医学分子生物学的主要内容二、医
2、学分子生物学的主要内容（一）人体发育、分化和衰老的分子生（一）人体发育、分化和衰老的分子生物学基础物学基础（二）细胞增殖的分子基础（二）细胞增殖的分子基础（三）人体三大功能调控系统（神经、（三）人体三大功能调控系统（神经、内分泌和免疫）的分子生物学基础内分泌和免疫）的分子生物学基础（四）基因的结构异常或表达异常与疾（四）基因的结构异常或表达异常与疾病的关系病的关系（五）应用分子生物学技术进行基因诊（五）应用分子生物学技术进行基因诊断、基因治疗、生物制药和卫生防疫。断、基因治疗、生物制药和卫生防疫。第二节第二节 分子生物学的发展史分子生物学的发展史一、分子生物学的形成一、分子生物学的形成二、分子
3、生物学的发展二、分子生物学的发展第三节分子生物学在医学中的应用第三节分子生物学在医学中的应用一、人体发育调控和人体功能调控的一、人体发育调控和人体功能调控的 分子生物学基础分子生物学基础二、基因与疾病二、基因与疾病三、生物工程与生物制药三、生物工程与生物制药四、预防医学四、预防医学第三章第三章基因组的结构与功能基因组的结构与功能Structure and Function of Genome基因（基因（gene)：是核酸分子中贮存遗传是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是贮存蛋白信息的遗传单位，是贮存蛋白质多肽链或质多肽链或RNA序列信息及序列信息及表达这些信息所必需的全部核表达这些信息所必需
4、的全部核苷酸序列。苷酸序列。基因组（基因组（genome）：）：细胞或生物体中，一套细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总完整单倍体的遗传物质的总和称为基因组。和称为基因组。结构基因结构基因（structural gene）：）：是指能转录生成是指能转录生成RNA或编或编码多肽链的码多肽链的DNA序列。序列。假基因假基因（pseudogene）：）：是指与功能正常的基因序是指与功能正常的基因序列相似，但无转录功能，或转列相似，但无转录功能，或转录产物无功能的基因。录产物无功能的基因。断裂基因断裂基因（split gene）：）：又称为不连续基因，即由又称为不连续基因，即由内含子（非编码序
5、列）和外显内含子（非编码序列）和外显子（编码序列）组成的基因。子（编码序列）组成的基因。多数真核生物基因为断裂多数真核生物基因为断裂基因。基因。非剪接基因非剪接基因（non-splicing gene）：）：又称为连续基因，即无又称为连续基因，即无内含子序列的基因，转录产内含子序列的基因，转录产物无须剪接，可直接用来翻物无须剪接，可直接用来翻译合成蛋白质。译合成蛋白质。原核生物基因和少数真原核生物基因和少数真核生物基因为非剪接基因。核生物基因为非剪接基因。重叠基因重叠基因（overlapping gene）：）：相邻两个或几个基因之间相邻两个或几个基因之间在序列上有重叠现象，这种基在序列上有重
6、叠现象，这种基因称为重叠基因。因称为重叠基因。基因家族基因家族（gene family）：）：功能相关的基因构成各种功能相关的基因构成各种基因家族基因家族。第一节第一节病毒基因组病毒基因组Virus Genome病毒（病毒（Virus）的组成）的组成病毒病毒virus 核衣壳核衣壳nucleocapsid 包膜（来自宿主细胞膜）包膜（来自宿主细胞膜）envelope 核酸核酸Nucleic acid 衣壳衣壳capsidDNARNA（由蛋白质（由蛋白质 排列构成）排列构成）病毒（病毒（Virus）的结构）的结构球状病毒的衣壳多具有二十面对称结构球状病毒的衣壳多具有二十面对称结构病毒衣壳二十面对
7、称结构病毒衣壳二十面对称结构Schematic diagram of human immunodefiencyvirus（HIV）包膜蛋白包膜蛋白包膜包膜核酸核酸衣壳衣壳核衣壳核衣壳杆状病毒衣壳为螺旋对称结构杆状病毒衣壳为螺旋对称结构RNA Proteinsubunit烟草烟草mosaicmosaic病毒病毒一、病毒基因组核酸的主要类型一、病毒基因组核酸的主要类型双链双链DNA单股正链单股正链DNA双链双链RNA单股负链单股负链RNA单股正链单股正链RNA1、双链、双链DNA 环状环状DNA线状线状DNA 这类病毒基因组这类病毒基因组DNA复复制的类型：制的类型：（1）通过）通过DNA复制过程
8、完复制过程完成基因组复制。大多数成基因组复制。大多数DNA病毒基因组属这种类病毒基因组属这种类型。型。（2）先转录生成）先转录生成RNA中间中间体，然后再通过逆转录过程体，然后再通过逆转录过程完成基因组的复制。如乙肝完成基因组的复制。如乙肝病毒（病毒（hepatitis B virus,HBV）。）。核酸分子的正链与负链：核酸分子的正链与负链：序列与序列与mRNA相同的核酸相同的核酸链，称为正链；与链，称为正链；与mRNA互补互补的核酸链，称为负链。的核酸链，称为负链。GAATCGTTACCGCGCATAGTTGGCCTTAGCAATGGCGCGTATCAACCGGAAUCGUUACCGCGC
9、AUAGUUGGCmRNADNA负链负链正链正链CUUAGCAAUGGCGCGUAUCAACCG负链负链RNAHBV-DNA的复制机制的复制机制正链正链负链负链线状双链线状双链DNA带有部分单链区带有部分单链区的环状双链的环状双链DNA共价闭环双链共价闭环双链DNA闭环闭环以负链以负链为模板为模板进行转录进行转录翻译合翻译合成核成核衣壳衣壳蛋白蛋白逆转录逆转录前基因组前基因组RNA核衣壳核衣壳RNA酶酶H也可整合入宿也可整合入宿主细胞染色体中主细胞染色体中2、单链正股、单链正股DNA 这类病毒包括自主微小这类病毒包括自主微小病毒、依赖微小病毒、病毒、依赖微小病毒、M13噬菌体。噬菌体。解链解链
10、复制复制复制复制正股正股DNA负股负股DNA双股双股DNA正股正股DNA复制复制翻译翻译病毒病毒蛋白质蛋白质转录转录RNA包装成包装成病毒颗粒病毒颗粒负链负链正链正链可降解可降解负股负股DNA正股正股DNA 特点：特点：进入宿主细胞后复制进入宿主细胞后复制形成双链，并通过形成双链，并通过DNA复制复制过程完成基因组的复制；过程完成基因组的复制；其基因转录方式类似其基因转录方式类似于真核细胞，即以负链为模于真核细胞，即以负链为模板转录生成板转录生成mRNA。3、双链、双链RNA 动物呼肠孤病毒和各种噬真菌动物呼肠孤病毒和各种噬真菌体属于这类病毒。体属于这类病毒。CUUAGCAAUGGCGCGUA
11、UCAACCGGAAUCGUUACCGCGCAUAGUUGGC 特点：特点：通过通过RNA复制过复制过程完成基因组的复制；程完成基因组的复制；以负以负链链RNA为模板转录生成为模板转录生成mRNA。4、单链负股、单链负股RNA 特点：特点：进入宿主细胞后复制进入宿主细胞后复制形成双链形成双链RNA，并通过，并通过RNA复制过复制过程完成基因组的复制；程完成基因组的复制；复制形成复制形成的正链的正链RNA无无5帽和帽和3polyA结构，结构，不能作为合成蛋白质的模板；不能作为合成蛋白质的模板；以以负链负链RNA为模板转录生成带有为模板转录生成带有5帽帽和和3polyA的的mRNA，可翻译生成，可
12、翻译生成病毒蛋白质。病毒蛋白质。5、单链正股、单链正股RNA 这类病毒基因组的复制和转录这类病毒基因组的复制和转录机制有两种：机制有两种：（1）通过）通过RNA复制过程完成复制过程完成基因组的复制；正股基因组的复制；正股RNA既可以既可以作为作为mRNA，翻译合成蛋白质，也，翻译合成蛋白质，也可以包装形成病毒颗粒。可以包装形成病毒颗粒。（2）通过）通过DNA中间体完成基中间体完成基因组复制。因组复制。转录转录逆转录逆转录复制复制整合整合翻译合成翻译合成病毒蛋白质病毒蛋白质包装形成包装形成病毒颗粒病毒颗粒病毒病毒RNAcDNA双链双链DNA宿主宿主DNA前病毒前病毒二、病毒基因组结构与功能的特点
13、二、病毒基因组结构与功能的特点1、不同病毒基因组大小相差较大、不同病毒基因组大小相差较大病毒病毒 基因组大小（基因组大小（kb）RNA病毒病毒小小RNA病毒科病毒科 7.28.4披盖病毒科披盖病毒科 12黄病毒科黄病毒科 10DNA病毒病毒乙肝病毒乙肝病毒 3.2痘病毒痘病毒 300 2、不同病毒基因组可以是不同、不同病毒基因组可以是不同结构的核酸结构的核酸病毒病毒 基因组的类型基因组的类型 乳头瘤病毒乳头瘤病毒 闭环双链闭环双链DNASV40病毒病毒 闭环双链闭环双链DNA腺病毒腺病毒 线状双链线状双链DNA疱疹病毒疱疹病毒 线状双链线状双链DNA噬菌体噬菌体M13 单链环状单链环状DNA脊
14、髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒 单链单链RNA呼肠孤病毒呼肠孤病毒 双链双链RNA 3、病毒基因组有连续的也有、病毒基因组有连续的也有不连续的不连续的病毒病毒 基因组基因组 核酸分子核酸分子 连续性连续性 数目数目 DNA病毒病毒 连续连续 1冠状病毒冠状病毒 连续连续 1小噬菌体小噬菌体Q 连续连续 1流感病毒流感病毒 不连续不连续 8呼肠孤病毒呼肠孤病毒 不连续不连续 10 4、病毒基因组的编码序、病毒基因组的编码序列列 大于大于90%5、除逆转录病毒基因组、除逆转录病毒基因组有两个拷贝外，其他病毒有两个拷贝外，其他病毒基因组都是单倍体。基因组都是单倍体。HIV6、病毒基因有连续的和间断的、病
15、毒基因有连续的和间断的间断基因间断基因连续基因连续基因内含子内含子外显子外显子编码病毒的各种衣壳蛋白基因编码病毒的各种衣壳蛋白基因7、相关基因丛集、相关基因丛集转录转录转录后加工转录后加工多顺反子多顺反子mRNAmRNA8、基因重叠、基因重叠A基因基因B基因基因 9、病毒基因组含有不规则结、病毒基因组含有不规则结构基因构基因 （1）几个结构基因的编码区）几个结构基因的编码区无间隔；无间隔；（2）mRNA没有没有5端的帽子端的帽子结构；结构；（3）结构基因本身没有翻译）结构基因本身没有翻译起始序列。起始序列。三、典型病毒基因组介绍三、典型病毒基因组介绍（一）（一）SV40病毒（猴空泡病毒病毒（猴
16、空泡病毒40）基因组）基因组晚期转录区晚期转录区早期转录区早期转录区TtVP1VP3VP2OriSV40病毒病毒 基因组基因组早期基因早期基因 转录区转录区晚期基因晚期基因 转录区转录区T抗原基因抗原基因t抗原基因抗原基因VP1VP2VP3调控区调控区复制起始点复制起始点启动子启动子增强子增强子（二）乙型肝炎病毒（二）乙型肝炎病毒（hepatitis B virus,HBV）基因组）基因组 HBV基因组是由正负两条链组成基因组是由正负两条链组成的带单链区的环状的带单链区的环状DNA分子，分子中的分子，分子中的重要成分有：重要成分有：1、顺向重复序列（、顺向重复序列（DR）:DR1,DR2 2、
17、S区段：区段：S基因、前基因、前S1基因、前基因、前S2基因基因 3、C区段：编码区段：编码HBcAg 4、P区段：编码逆转录酶（依赖区段：编码逆转录酶（依赖RNA的的DNA聚合酶）聚合酶）5、X区段：编码的区段：编码的X蛋白功能不详蛋白功能不详 DR2DR1TPPrimer()strand(+)strandPres1Pres2SPpolyAPreC/CXPres1Pres2/5RCPreCCX（三）逆转录病毒基因组（三）逆转录病毒基因组5-帽帽-R-U5-PB-DLS-gag-pol-env-(onc)-C-PB+-U3-R-poly(A)n-3 HIV-1HIV-2progp1205-po
18、lintgp41-3LTRgagRNase Hvptviftatvpu tatrevLTRnefpolprogp1205-polintgp41-3LTRgagRNase HvpxvifvprtatrevLTRnefpolenv RREenv 第二节第二节原核生物基因组原核生物基因组 Prokaryote Genome一、原核生物基因组结构一、原核生物基因组结构 与功能的特点与功能的特点 1、基因组通常仅由一个环状、基因组通常仅由一个环状双链双链DNA分子组成；分子组成；大肠杆菌染色体的类核结构大肠杆菌染色体的类核结构环状环状DNA类核中央类核中央2、基因组中只有一个复制起始点；、基因组中只有一
19、个复制起始点；双向复制双向复制3、具有操纵子结构、具有操纵子结构IPOZYAI mRNAIPOZYA阻遏蛋白阻遏蛋白I mRNARNA聚合酶聚合酶-半乳半乳糖苷酶糖苷酶乳糖乳糖透性酶透性酶半乳糖苷半乳糖苷乙酰化酶乙酰化酶多顺反子多顺反子mRNA 4、编码顺序一般不会重叠、编码顺序一般不会重叠,只有只有少数基因存在重叠现象；少数基因存在重叠现象；5、基因是连续的，无内含子；、基因是连续的，无内含子；因此，转录后不需要剪切；因此，转录后不需要剪切；6、编码区在基因组中所占比例、编码区在基因组中所占比例（约（约50%）远远大于真核生物基）远远大于真核生物基因组，但又远远小于病毒基因组；因组，但又远远
20、小于病毒基因组；非编码区主要是一些调控序列；非编码区主要是一些调控序列；7、基因组中重复序列很少；、基因组中重复序列很少；8、具有编码同工酶的基因；、具有编码同工酶的基因；9、存在可移动序列，包括插入、存在可移动序列，包括插入序列和转座子；序列和转座子；10、具有多种功能的识别区域，、具有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、转如复制起始区、复制终止区、转录起始区、转录终止区等。录起始区、转录终止区等。二、质粒（二、质粒（plasmid）（一）概念：质粒是细菌细胞内（一）概念：质粒是细菌细胞内携带的染色体外的能独立进行复携带的染色体外的能独立进行复制的环状制的环状DNA分子。分子。（二
21、）质粒的遗传控制（二）质粒的遗传控制 1、复制调控系统：控制质、复制调控系统：控制质粒的拷贝数。粒的拷贝数。Orirep基因基因cop基因基因复制调复制调控系统控系统 2、分配系统：使质粒在细菌细、分配系统：使质粒在细菌细胞分裂过程中精确分配到子细胞胞分裂过程中精确分配到子细胞中。质粒中发挥这种作用的区域中。质粒中发挥这种作用的区域称为分配区。称为分配区。3、细胞分裂控制系统：抑制细、细胞分裂控制系统：抑制细胞分裂，使细胞分裂与质粒复制胞分裂，使细胞分裂与质粒复制协调，避免太多不含质粒子细菌协调，避免太多不含质粒子细菌出现。出现。4、位点特异重组系统：控制质、位点特异重组系统：控制质粒在细菌细
22、胞内的多聚体与单体粒在细菌细胞内的多聚体与单体相互转变过程。相互转变过程。位点特异位点特异重组系统重组系统att位点位点Int酶酶Xis酶酶FIS因子因子IHF因子因子质粒自质粒自身提供身提供宿主提供宿主提供 5、质粒的不相容性：具有相同、质粒的不相容性：具有相同复制起始点和分配区的两种质粒复制起始点和分配区的两种质粒不能共同存在于同一个细菌细胞不能共同存在于同一个细菌细胞中，这种现象称为质粒的不相容中，这种现象称为质粒的不相容性。性。（三）质粒的类型（三）质粒的类型 1、接合型质粒、可移动型质粒、接合型质粒、可移动型质粒和自传递质粒和自传递质粒 2、严谨型质粒和松弛型质粒、严谨型质粒和松弛型
23、质粒 3、窄宿主谱质粒和广宿主谱质、窄宿主谱质粒和广宿主谱质粒粒 三、转位因子（三、转位因子（transposable element）（一）概念：（一）概念：转位因子转位因子，即可移动的基因，即可移动的基因成分，是指能够在一个成分，是指能够在一个DNA分子分子内部或两个内部或两个DNA分子之间移动的分子之间移动的DNA片段。在细菌中，则指可在片段。在细菌中，则指可在质粒和染色体之间或在质粒和质质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的粒之间移动的DNA片段。片段。（二）转位因子的类型及其特征（二）转位因子的类型及其特征转位因子转位因子插入序列插入序列转座子转座子可转座的噬菌体可转座的噬菌体 1
24、、插入序列、插入序列（insertion sequence,IS）特征：特征：（1）是一类较小的没有表型效应）是一类较小的没有表型效应的转座因子，长度约的转座因子，长度约7002000bp；（2）由一个转位酶基因和两侧的）由一个转位酶基因和两侧的反向重复序列（反向重复序列（inverted repeat sequence,IR）组成；）组成；（3）可双向插入靶位点，在插入）可双向插入靶位点，在插入后的两侧可形成顺向重复序列后的两侧可形成顺向重复序列（direct repeat sequence,DR）插入序列插入序列IRIR转位酶基因转位酶基因IR-GAATTCGGCTTAAG-CTTAAGC
25、CGAATTC-GAATTCGGAATTCG-CTTAAGCCTTAAGC-DR2、转座子（、转座子（transposon,Tn）（1）特征：）特征：是一类较大的可移动成分；是一类较大的可移动成分；含有关转座的基因，如转座含有关转座的基因，如转座酶；酶；带有一个或几个与转座作用带有一个或几个与转座作用无关的但可决定宿主菌遗传性状无关的但可决定宿主菌遗传性状的基因，如大肠杆菌毒素的基因，如大肠杆菌毒素基因、基因、抗药性基因等。抗药性基因等。（2）类型）类型复合型复合型TnIR或或类类IR转座酶转座酶 基因基因两侧臂结构两侧臂结构基因序列基因序列TnA族族 转座酶转座酶（TnpA）阻遏和解阻遏和解
26、离蛋白质离蛋白质（TnpR）-内内酰胺酶酰胺酶反向序列反向序列内解离区内解离区Tn3的结构的结构接合型接合型Tn 一类可以在细菌间通过接合一类可以在细菌间通过接合进行转移的进行转移的Tn；无末端反向重复序列，转座无末端反向重复序列，转座后不产生顺向重复序列；后不产生顺向重复序列；转座方式类似转座方式类似-噬菌体整合噬菌体整合的专一性重组。的专一性重组。3、可转座的噬菌体、可转座的噬菌体（transposable phage）是一类具有转座功能的溶源是一类具有转座功能的溶源性噬菌体。性噬菌体。（三）转位作用的机制（三）转位作用的机制受体受体DNA供体供体DNA靶位点靶位点转座子转座子 第三节第三
27、节真核生物基因组真核生物基因组 Eukaryote Genome一、真核生物基因组结构与功能一、真核生物基因组结构与功能的特点的特点 1、每一种真核生物都有一定的、每一种真核生物都有一定的染色体数目，除配子（精子和卵染色体数目，除配子（精子和卵子）为单倍体外，体细胞一般为子）为单倍体外，体细胞一般为双倍体；如双倍体；如:果蝇果蝇 8条（条（4对）对）小鼠小鼠 40条（条（20对）对）人人 46条（条（23对）对）2、真核生物基因组远远大于原、真核生物基因组远远大于原核生物的基因组，结构复杂，基核生物的基因组，结构复杂，基因数庞大，具有许多复制起始点，因数庞大，具有许多复制起始点，每个复制子大小
28、不一；如：每个复制子大小不一；如：大肠杆菌大肠杆菌DNA全长全长4.6 106bp，含，含4000个基因。个基因。人类染色体单倍体人类染色体单倍体DNA全长全长3109bp，含，含34万个基因。万个基因。3、真核生物基因都由一个结构、真核生物基因都由一个结构基因与相关的调控区组成，转录基因与相关的调控区组成，转录产物为单顺反子；产物为单顺反子；内含子内含子外显子外显子启动子启动子增强子增强子5-UTR3-UTR增强子增强子真核生物真核生物 结构基因及其主要调控元件结构基因及其主要调控元件 UTR:非编码区；增强子可以位于基因的上游或下游较远处非编码区；增强子可以位于基因的上游或下游较远处 4、
29、真核生物基因组中含有大量、真核生物基因组中含有大量重复序列；重复序列；5、真核生物基因内非编码序列、真核生物基因内非编码序列占占90%；6、真核生物基因大多数为断裂、真核生物基因大多数为断裂基因；基因；7、功能相关的基因构成各种基、功能相关的基因构成各种基因家族因家族 8、真核生物基因组中也存在可、真核生物基因组中也存在可移动的遗传因素移动的遗传因素转座子。转座子。二、真核生物基因组的结构二、真核生物基因组的结构结构基因结构基因顺式调控元件顺式调控元件基因家族基因家族重复序列重复序列转座子转座子端粒端粒（一）结构基因（一）结构基因断裂基因断裂基因内含子内含子外显子外显子hnRNA mRNA（单
30、顺反子）（单顺反子）转录转录转录后加工转录后加工（二）顺式调控元件（二）顺式调控元件（cis-acting elements）启动子启动子上游启动子元件上游启动子元件增强子增强子沉默子（负增强子或抑制子）沉默子（负增强子或抑制子）反应元件反应元件加尾信号加尾信号1、启动子（、启动子（promoter）（1）启动子是）启动子是RNA聚合酶特异识聚合酶特异识别和结合的别和结合的DNA序列，位于基因序列，位于基因转录起始点的上游，具有启动基转录起始点的上游，具有启动基因转录的作用，但本身不被转录。因转录的作用，但本身不被转录。（2）真核生物基因启动子原件）真核生物基因启动子原件TATA盒。盒。（3）
31、上游启动子元件）上游启动子元件CAAT盒、盒、CACA盒、盒、GC盒等。盒等。2、增强子（、增强子（enhancer）（1）DNA中某些序列与相应的反中某些序列与相应的反式作用因子结合后，可增强启动式作用因子结合后，可增强启动子的作用，提高基因的转录活性，子的作用，提高基因的转录活性，这些序列被称为增强子。这些序列被称为增强子。（2）增强子可位于结构基因的上）增强子可位于结构基因的上游或下游，距离启动子可远可近，游或下游，距离启动子可远可近，其作用通常与方向和距离无关。其作用通常与方向和距离无关。（3）没有增强子，启动子通）没有增强子，启动子通常无活性；没有启动子，增强常无活性；没有启动子，增
32、强子也无法发挥作用。子也无法发挥作用。（4）通常可决定基因表达的）通常可决定基因表达的时间特异性和组织细胞特异性。时间特异性和组织细胞特异性。3、负增强子（、负增强子（negative enhancer）或沉默子）或沉默子（silencer）DNA中某些序列与特定的中某些序列与特定的反式作用因子结合后，可抑制反式作用因子结合后，可抑制启动子的作用，降低基因转录启动子的作用，降低基因转录活性，这些序列被称为负增强活性，这些序列被称为负增强子。子。4、反应元件（、反应元件（response elements）一些信息分子的受体被细胞外一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与信息分子激活后，能
33、与DNA的特的特异序列结合，调控基因的表达。异序列结合，调控基因的表达。这种特异的这种特异的DNA序列被称为反应序列被称为反应元件。如：元件。如：热休克反应元件热休克反应元件（heat shock response elements）糖皮质激素反应元件糖皮质激素反应元件（glucocorticoid response elements）5、加尾信号、加尾信号AAUAAA(GU或U)n加尾信号加尾信号（三）基因家族（三）基因家族（gene family）类型：类型：1、核酸序列相同。如、核酸序列相同。如rRNA基因基因 家族、家族、tRNA基因家族、组蛋基因家族、组蛋 白基因家族等。白基因家族等
34、。2、核酸序列高度同源。如人类生、核酸序列高度同源。如人类生 长素基因家族。长素基因家族。3、编码产物具有同源功能区。如、编码产物具有同源功能区。如 src癌基因家族。癌基因家族。4、编码产物具有小段保守基序。、编码产物具有小段保守基序。如如DEAD（Asp-Glu-Ala-Asp）盒基因家族。盒基因家族。5、基因超家族、基因超家族 （gene superfamily）。）。如免疫球蛋白基因超家族。如免疫球蛋白基因超家族。（四）重复序列（四）重复序列1、高度重复序列：重复次数、高度重复序列：重复次数105 类型：类型：卫星卫星DNA 反向重复序列反向重复序列2、中度重复序列：、中度重复序列：重
35、复次数重复次数10105 如如rRNA基因、基因、tRNA基因、组基因、组 蛋白基因、免疫球蛋白基因等。蛋白基因、免疫球蛋白基因等。3、单拷贝序列：仅出现一次或少、单拷贝序列：仅出现一次或少 数几次。数几次。（五）转座子（五）转座子转录转录逆转录逆转录整合整合逆转录转座子逆转录转座子（六）端粒（六）端粒端粒区端粒区端粒下区端粒下区着丝点着丝点端粒区端粒区端粒下区端粒下区染色体染色体GGG(TTAGGG)nCCC(AATCCC)n人人DNA端粒结构端粒结构重复单位重复单位重复次数重复次数GGGTTAAAUCCCAAUGGGTTAGGGTTAAAUCCCAAUGGGTTAGGGTTAAAUCCCA
36、AUGGGTTAGGGTTAGGGTTAAAUCCCAAU53端端粒粒酶酶作作用用机机理理三、人类基因组的组织结构特征三、人类基因组的组织结构特征 人类基因组具有上述真核基人类基因组具有上述真核基因组的基本结构特点。此外，最因组的基本结构特点。此外，最为突出的特征是：为突出的特征是：基因组的基因组的DNA总量约总量约3109，其中编码序列占其中编码序列占5%以下，非编码以下，非编码序列占序列占95%以上。以上。非编码序列中存在大量重复非编码序列中存在大量重复序列。序列。人类基因组的人类基因组的DNA序列多态序列多态性性（一）人类基因组的重复序列（一）人类基因组的重复序列反向重复序列反向重复序列
37、串联重复序列串联重复序列散在重复序列散在重复序列1、反向重复序列、反向重复序列（inverted repeats）AGCTAGTACATGCATGCGTACTAGCTTCGATCATGTACGTACGCATGATCGA 反向重复序列反向重复序列（中间无间隔的又称为回纹结构）（中间无间隔的又称为回纹结构）C AGTAGTACTAGCTTGCCATGATCGAAGCTAGTACTCGATCATGTACG TGCA反向重复序列易形反向重复序列易形成链内碱基配对而成链内碱基配对而呈呈“发夹发夹”式或式或“+”字形结构字形结构2、串联重复序列、串联重复序列（tandem repeats）重复序列的重复单
38、位成串排重复序列的重复单位成串排列。列。（1）编码区串联重复序列）编码区串联重复序列如组蛋白基因。如组蛋白基因。ACAATT-ACAATT-ACAATTACAATT（2）非编码区串联重复序列）非编码区串联重复序列 大卫星大卫星DNA 小卫星小卫星DNA 微卫星微卫星DNA3、散在重复序列、散在重复序列Interspersed repeats（1）短散在重复序列（）短散在重复序列（short interspersed nuclear elements,SINEs）。如。如Alu家族（灵长类特家族（灵长类特有）。有）。（2）长散在重复序列）长散在重复序列（longinterspersed nucl
39、ear elements,LINEs）。如。如Kpn家族。家族。（一）人类基因组的（一）人类基因组的DNA多态性多态性 同种生物的不同个体之间基同种生物的不同个体之间基因组因组DNA序列的差异性，称为基序列的差异性，称为基因组因组DNA的多态性。的多态性。1、位点多态性、位点多态性（DNA site polymorphism）位点多态性也称为基因多态位点多态性也称为基因多态性，即指在人群中的同一基因位性，即指在人群中的同一基因位点上有多个等位基因。点上有多个等位基因。2、限制性片段长度多态性、限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism
40、,RFLP）由于由于DNA多态性可引起某种多态性可引起某种限制性内切酶酶切位点的消失或限制性内切酶酶切位点的消失或新位点出现，因此应用同一种限新位点出现，因此应用同一种限制性内切酶消化不同个体的制性内切酶消化不同个体的DNA时，会得到长度各不相同的限制时，会得到长度各不相同的限制性酶切片段类型。这种现象称为性酶切片段类型。这种现象称为限制性片段长度多态性。限制性片段长度多态性。MstAB1.3kp1.1kp0.2kpMarker3、串联重复多态性、串联重复多态性（tandem repeat polymorphism）（1）小卫星）小卫星DNA多态性多态性（2）微卫星）微卫星DNA多态性多态性第
41、八章第八章基因工程基因工程Genetic engineeringDNA重组：重组：不同来源的不同来源的DNA分子通过磷分子通过磷酸二酯键连接而形成重新组合的酸二酯键连接而形成重新组合的DNA分子的过程，称为分子的过程，称为DNA重组重组（DNA recombination）。）。基因工程的概念：基因工程的概念：按照既定的目的和方案，把按照既定的目的和方案，把目的基因片段与载体目的基因片段与载体DNA连接形连接形成重组成重组DNA分子，然后将其导入分子，然后将其导入宿主细胞，并对含有目的基因的宿主细胞，并对含有目的基因的细胞进行克隆，最后利用克隆的细胞进行克隆，最后利用克隆的基因表达、制备蛋白质
42、或多肽，基因表达、制备蛋白质或多肽，或定向改造细胞乃至生物个体。或定向改造细胞乃至生物个体。这种技术方法称为基因工程。这种技术方法称为基因工程。基因工程的基本过程：基因工程的基本过程：目的基因的制备目的基因的制备载体的制备载体的制备目的基因与载体的连接目的基因与载体的连接重组重组DNA分子导入宿主细胞分子导入宿主细胞含目的基因细胞的筛选和鉴定含目的基因细胞的筛选和鉴定第一节第一节 工具酶工具酶 工具酶工具酶限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶DNA聚合酶聚合酶（Klenow片段）片段）逆转录酶逆转录酶T4DNA连接酶连接酶碱性磷酸酶碱性磷酸酶末端脱氧核苷酰转移酶末端脱氧核苷酰转移酶Taq DNA聚
43、合酶和其它聚合酶和其它耐热耐热DNA聚合酶聚合酶修饰酶修饰酶一、限制性内切核酸酶一、限制性内切核酸酶（一）概念（一）概念 限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶（restriction endonuclease）是指）是指能识别双链能识别双链DNA分子内部特异位分子内部特异位点并在识别位点或附近水解磷酸点并在识别位点或附近水解磷酸二酯键的一类内切核酸酶，简称二酯键的一类内切核酸酶，简称为限制酶（为限制酶（restriction enzyme）。）。（二）限制酶的分类（二）限制酶的分类 限制酶：通常在识别位点限制酶：通常在识别位点下游下游1001000bp处切割处切割DNA，切割位点难以预测。切割位点
44、难以预测。限制酶：限制酶：在识别位点切割在识别位点切割DNA，切割位点固定，序列可知。，切割位点固定，序列可知。限制酶：在识别位点附近限制酶：在识别位点附近切割切割DNA，切割位点难以预测。，切割位点难以预测。（三）限制酶的命名（三）限制酶的命名命名规则：命名规则：用来源细菌的英文缩写斜体用来源细菌的英文缩写斜体符号命名。它的第一个字母大写，符号命名。它的第一个字母大写，代表细菌的属名；第二、三字母代表细菌的属名；第二、三字母小写，代表细菌的种名；第四个小写，代表细菌的种名；第四个字母代表菌株；最后用罗马字母字母代表菌株；最后用罗马字母表示同一菌株中不同限制酶的编表示同一菌株中不同限制酶的编号
45、。号。名名 属属 种种 株株 序序 来源来源 称称 名名 名名 名名 号号 菌株菌株EcoR E co R Escherichia coli R Hind H in d Haemophilus influenzae dHind H in d Haemophilus influenzae dHpa H pa /Haemophilus parainfluenzae（三）限制酶的识别和切割位点（三）限制酶的识别和切割位点 特点：特点：1、通常是由、通常是由46个碱基对组成的个碱基对组成的具有回纹序列的具有回纹序列的DNA片段；片段；5-GAATTC-3 3-CTTAAG-5 2、大多数限制酶是错位切
46、割双、大多数限制酶是错位切割双链链DNA，产生，产生5或或3粘性末端；粘性末端；5-GAATTC-33-CTTAAG-55-G AATTC-33-CTTAA G-5EcoR5粘性末端粘性末端5-CTGCAG-33-GACGTC-55-CTGCA G-33-G ACGTC-5Pst3粘性末端粘性末端 3、部分限制酶沿对称轴切割、部分限制酶沿对称轴切割DNA双链，产生平端。双链，产生平端。5-CCCGGG-33-GGGCCC-55-CCC GGG-33-GGG CCC-5平端平端Sma（四）同功异源酶（四）同功异源酶 来源不同但能识别和切割同来源不同但能识别和切割同一位点的限制酶。一位点的限制酶。
47、5-GGATCC-33-CCTAGG-5Bam H和和Pst 的共同识别位点的共同识别位点（五）同尾酶（五）同尾酶 有些限制酶识别序列不同，有些限制酶识别序列不同，但可产生相同粘性末端，这些酶但可产生相同粘性末端，这些酶称为同尾酶。称为同尾酶。5-GGATCC-33-CCTAGG-55-G GATCC-33-CCTAG G-5Bam H5-NGATCN-33-NCTAGN-55-N GATCN-33-NCTAG N-5Sau 3A二、修饰酶二、修饰酶（一）（一）DNA聚合酶聚合酶 Klenow片段的用途：片段的用途：1、补齐双链、补齐双链DNA的的3末端；末端；2、双链、双链DNA3末端的标记
48、；末端的标记；3、在、在cDNA合成中，第二链的合合成中，第二链的合成；成；4、DNA序列的分析。序列的分析。（二）逆转录酶（二）逆转录酶 主要用于主要用于cDNA的合成，构的合成，构建建cDNA文库。文库。（三）（三）T4DNA连接酶连接酶（四）碱性磷酸酶（四）碱性磷酸酶（五）末端脱氧核苷酰转移酶（五）末端脱氧核苷酰转移酶（六）（六）Taq DNA聚合酶和其它耐聚合酶和其它耐热热DNA聚合酶聚合酶第二节第二节 载体载体 vector载体（载体（vector）载载体体克隆载体克隆载体表达载体表达载体质粒质粒 噬菌体噬菌体粘性质粒粘性质粒M13噬菌体噬菌体大肠杆菌表载体大肠杆菌表载体酵母菌表达载
49、体酵母菌表达载体哺乳动物表达载体哺乳动物表达载体一、克隆载体一、克隆载体（一）质粒（一）质粒（plasmid）质粒（质粒（plasmid）概念：质粒是细菌细胞内携概念：质粒是细菌细胞内携带的染色体外的能独立进行复制带的染色体外的能独立进行复制的环状的环状DNA分子。分子。质粒的特性质粒的特性（1）寄生性）寄生性（2）稳定性）稳定性（3）自主复制性）自主复制性（4）传递性）传递性（5）表型效应）表型效应（6）不相容性）不相容性（7）重组性）重组性（8）可消除性）可消除性（9）分子量较小）分子量较小 组建理想载体的质粒应具备组建理想载体的质粒应具备的特点：的特点：1、分子量较小。、分子量较小。2、
50、拷贝数较高。、拷贝数较高。3、具有可供选择的遗传标记。、具有可供选择的遗传标记。4、具有多个限制酶的单一切点、具有多个限制酶的单一切点（多克隆位点）。（多克隆位点）。5、具有复制起始点。、具有复制起始点。HindEcoRBamHindMst多克隆位点多克隆位点Multiple cloning sites常用的克隆质粒载体常用的克隆质粒载体:pBR322 pUC系列系列 pGEM系列系列pUC18pUC19pBR3224363bpAprTcroriAprLacl ZpUC18HindEcoRpUC192686bpEcoRISaclKpnlSmal XmalBamHlXbalHincllPstlS