2022高中生物竞赛分子生物学课件.ppt

1、Institute of Molecular Genetics XJTU 第二章第二章 分子生物学概论分子生物学概论 Institute of Molecular Genetics 1 蛋白质 氨基酸 结构式 分类 物理性质 等电点 肽、肽键、氨基酸残基、多肽链 多肽链的方向性 概念概念 2 Institute of Molecular Genetics 3 蛋白质蛋白质(protein)是由许多是由许多氨基酸氨基酸通过通过肽键肽键相连形成相连形成 的具有的具有特定分子结构特定分子结构的的高分子含氮化合物高分子含氮化合物 氨基酸：氨基酸：组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位 在某一在某一p

2、HpH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和的溶液中，氨基酸解离成阳离子和 阴离子的趋势及程度相等，成为阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子兼性离子，呈，呈电电 中性中性。此时溶液的。此时溶液的pHpH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点 XJTU COOH H2N C H R Institute of Molecular Genetics XJTU II.II.蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein 4 蛋白质是由许多蛋白质是由许多氨基酸氨基酸单位通过单位通过肽键肽键连接连接 起来的，具有起来的，具有特定分子结构特定分子结构的的

3、高分子化合高分子化合 物物。 构象构象是由于有机分子中是由于有机分子中单键单键的旋转所形成的旋转所形成 的。蛋白质的构象通常由的。蛋白质的构象通常由非共价键（次级非共价键（次级 键）键）来维系来维系 5 Institute of Molecular Genetics 6 蛋白质的分子结构包括（人为划分）蛋白质的分子结构包括（人为划分） 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结构 高级高级 结构结构 XJTU 定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列 顺序。顺序。( (包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）包括蛋白质分子中

4、所有的二硫键的位置） 二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构 主要的维系键：主要的维系键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 一级结构是蛋一级结构是蛋 白质空间构象和特白质空间构象和特 异生物学功能的基异生物学功能的基 础。但不是决定蛋础。但不是决定蛋 白质空间构象的唯白质空间构象的唯 一因素一因素 7 三、蛋白质的二级结构三、蛋白质的二级结构 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间蛋白质分子中某一段肽链的局部空间 结构，即该段肽链结构，即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空的相对空 间位置，间位置，并不涉及氨基酸残基侧链并不涉及氨基酸残基侧链的构象的构象 定义定义

5、主要的维系键主要的维系键： 氢键氢键 多肽链本身的折叠和盘旋方式多肽链本身的折叠和盘旋方式 8 由于由于C=OC=O双键中的双键中的电子云电子云与与N N原子上的未共用电原子上的未共用电 子对子对发生发生“电子共振电子共振”，使肽键具有，使肽键具有部分双键部分双键的性的性 质，质，不能自由旋转不能自由旋转。 蛋白质立体结构原则蛋白质立体结构原则 9 肽键平面肽键平面由于肽键具有部分双键的性质，使由于肽键具有部分双键的性质，使 参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上， 这一平面称为肽键平面或肽单元。这一平面称为肽键平面或肽单元。 （一）肽单元（一）肽单

6、元 10 l由于由于-碳原碳原 子与其他原子子与其他原子 之间均形成之间均形成单单 键键，因此，因此两相两相 邻的肽键平面邻的肽键平面 可以作相对旋可以作相对旋 转转 11 ( (二）蛋白质二级结构的主要形式二）蛋白质二级结构的主要形式 - -螺旋螺旋 ( ( -helix ) -helix ) - -折叠折叠 ( ( -pleated sheet )-pleated sheet ) - -转角转角 ( ( -turn )-turn ) -螺旋螺旋 环（环（ -loop-loop） 无规卷曲无规卷曲 ( random coil )( random coil ) 12 -螺旋是螺旋是 多肽链的主

7、多肽链的主 链原子沿一链原子沿一 中心轴盘绕中心轴盘绕 所形成的有所形成的有 规律的螺旋规律的螺旋 构象构象 13 结构特征：结构特征： 为一右手螺旋，侧链为一右手螺旋，侧链 伸向螺旋外侧伸向螺旋外侧 螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.63.6个氨个氨 基酸残基基酸残基, ,螺距螺距 0.54nm0.54nm；每；每 圈含有圈含有1313个原子个原子 螺旋以氢键维系螺旋以氢键维系 14 2. 2. - -折叠折叠 - -折叠折叠 是由若干肽是由若干肽 段或肽链排段或肽链排 列起来所形列起来所形 成的扇面状成的扇面状 片层构象片层构象 15 -折叠包括折叠包括平行式平行式和和反平行式反平行式两种类型两

8、种类型 16 结构特征：结构特征： 由若干条肽段或肽链平行或反平由若干条肽段或肽链平行或反平 行排列组成片状结构；行排列组成片状结构； 主链骨架伸展呈锯齿状；主链骨架伸展呈锯齿状； 涉及的肽段较短，一般为涉及的肽段较短，一般为5 51010个个 氨基酸残基；氨基酸残基； 借相邻主链之间的氢键维系。借相邻主链之间的氢键维系。 17 3. -转角转角 是多肽链是多肽链180180 回折部分所形成回折部分所形成 的一种二级结构的一种二级结构 18 4. -螺旋螺旋 环环 19 无规卷曲是用来阐述没有确定规律性无规卷曲是用来阐述没有确定规律性 的那部分肽链结构。的那部分肽链结构。 5. 5. 无规卷曲

9、无规卷曲 20 （三）超二级结构（三）超二级结构 蛋白质分子中蛋白质分子中-螺螺 旋、旋、-折叠、折叠、-转角等转角等 组合在一起，彼此相互组合在一起，彼此相互 作用，形成有规则的二作用，形成有规则的二 级结构组合体，作为三级结构组合体，作为三 级结构的单元，其基本级结构的单元，其基本 结合形式有结合形式有:, 钙结合蛋白中钙结合蛋白中 结合钙离子的模体结合钙离子的模体 21 螺旋折叠折叠螺旋折叠折叠 2 2个个HisHis和和2 2个个Cys Cys 与与ZnZn离离 子结合子结合 螺旋区螺旋区 与与 DNA DNA 结合结合 22 Institute of Molecular Geneti

10、cs 23 （四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成 的影响的影响 蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。 一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋螺旋 或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。 XJTU 四、蛋白质的三级结构四、蛋白质的三级结构 疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。 主要的维系键：主要的维系键： 整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置。的相对空间

11、位置。 即肽链中即肽链中所有原子在三维空间的排布位置所有原子在三维空间的排布位置。 （一）（一） 定义定义 24 25 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C 端端 为单肽蛋白质，含为单肽蛋白质，含 有有153个氨基酸，有个氨基酸，有8 个螺旋区个螺旋区 26 三级结构的特征：三级结构的特征： 含多种二级结构单元；含多种二级结构单元； 有明显的折叠层次；有明显的折叠层次； 是紧密的球状或椭球状实体；是紧密的球状或椭球状实体； 分子表面有一空穴分子表面有一空穴( (活性部位活性部位) )； 疏水侧链埋藏在分子内部，疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面。亲水侧链暴露在分子表面。 三级

12、结构的重要性：三级结构的重要性： u三级结构形成后，蛋白质分子才形成固有的分子形状；三级结构形成后，蛋白质分子才形成固有的分子形状； u才具有亲水胶体的特性；才具有亲水胶体的特性； u功能蛋白质的活性部位得以形成并表现出相应的生物学活功能蛋白质的活性部位得以形成并表现出相应的生物学活 性。性。 核糖核酸酶三级结构示意图核糖核酸酶三级结构示意图 N His 12 C His119 Lys41 Institute of Molecular Genetics 29 对于对于单一多肽链单一多肽链的蛋白质，三级结的蛋白质，三级结 构是它的最高级结构，只有构是它的最高级结构，只有具有完具有完 整的三级结构

13、，才具有全部的生物整的三级结构，才具有全部的生物 学功能学功能 XJTU （二）结构域（二）结构域 大分子蛋白质的三级大分子蛋白质的三级 结构常可分割成一个或数结构常可分割成一个或数 个球状或纤维状的区域，个球状或纤维状的区域， 折叠得较为紧密，各行使折叠得较为紧密，各行使 其功能，称为其功能，称为结构域结构域 (domain) (domain) 。 30 结构域结构域 31 五、蛋白质的四级结构五、蛋白质的四级结构 亚基亚基(subunit)(subunit) 有些蛋白质分子含有二有些蛋白质分子含有二 条或多条多肽链，每一条多肽条或多条多肽链，每一条多肽 链都有完整的三级结构，称为链都有完整

14、的三级结构，称为 蛋白质的蛋白质的亚基亚基 。 胰岛素受体：胰岛素受体：由由4 4个亚基个亚基 组成组成(2 22 2) ) ，亚基与亚基与亚亚 基形成单体，基形成单体，2 2个单体形成二聚个单体形成二聚 体。体。 32 亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水作用疏水作用，其次，其次 是是氢键和离子键氢键和离子键。 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接 触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级 结构结构。 33 血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 34 Institute of Molecular Gene

15、tics 35 血红蛋白的四个亚基紧密结合，血红蛋白的四个亚基紧密结合， 亚基之间的维系键是亚基之间亚基之间的维系键是亚基之间 的的8 8 个盐键个盐键 XJTU 36 Institute of Molecular Genetics XJTU III. III. 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 The Relation of Structure and Function of Protein 37 一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 一级结构一级结构 空间构象空间构象 功能功能 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 38 天然状态，天然状态，

16、 有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性 39 一级结构与功能的关系：一级结构与功能的关系： 1.一级结构中一级结构中“关键关键”部分相同部分相同,其功能相同。其功能相同。 如：不同动物来源的胰岛素如：不同动物来源的胰岛素 一级结构中一级结构中“关键关键”部分变化部分变化,其活性也改其活性也改 变。变。 一级结构相似的多肽或蛋白质，一级结构相似的多肽或蛋白质， 其空间构象以及功能也相似。其空间构象以及功能也相似。 从细胞色素从细胞色素c c的一的一 级结构看生物进化级结构看生物进化 物种进化过程中越

17、物种进化过程中越 接近的生物，细胞接近的生物，细胞 色素的一级结构越色素的一级结构越 相似相似 42 细胞色素细胞色素C C 不同生物与人的细胞色素C相比较AA差异数目 黑猩猩 0 鸡、火鸡 13 牛猪羊 10 海龟 15 狗驴 11 小麦 35 粗糙链孢霉43 酵母菌 44 43 一级结构与功能的关系：一级结构与功能的关系： 2. 一级结构不同，生物学功能各异。一级结构不同，生物学功能各异。 如：催产素与抗利尿激素如：催产素与抗利尿激素 S S 加压素加压素 H2N 半胱半胱 酪酪 苯丙苯丙 谷胺谷胺 天胺天胺 半胱半胱 脯脯 精精 甘甘 催产素催产素 H2N 异亮异亮 亮亮 3 8 例：镰

18、刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血 N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链 HbA 肽肽 链链 N-val his leu thr pro val glu C(146) 由于单个氨基酸的变化引起血红蛋白的亲水性明显下降，由于单个氨基酸的变化引起血红蛋白的亲水性明显下降， 从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状 这种由蛋白质分子发生变异所导致这种由蛋白质分子发生变异所导致 的疾病，称为的疾病，称为“分子病分子病” 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系： 3. 重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列

19、的改变可引起疾病 45 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 肌红蛋白肌红蛋白 MbMb血红蛋白血红蛋白 HbHb 46 肌红蛋白的结构肌红蛋白的结构 47 蛋白质空间构象不同，功能不同 -螺旋：坚实富有弹性螺旋：坚实富有弹性 -折叠：柔软折叠：柔软 构象发生变化，导致生物学功能改变 构象改变引起疾病 蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系 48 构象发生变化，导致生物学功能改变 变构效应：变构效应：一些蛋白质由于受到某些因素一些蛋白质由于受到某些因素 的影响，其一级结构不变，而空间构象发的影响，其一级结构不变，而空间构象发 生一定变化，导致生物学功能的改变生一定

20、变化，导致生物学功能的改变 变性作用：变性作用：蛋白质分子受到物理或化学因蛋白质分子受到物理或化学因 素的影响，导致其严密有序的空间结构破素的影响，导致其严密有序的空间结构破 坏，溶解度降低、生物活性丧失坏，溶解度降低、生物活性丧失 49 Institute of Molecular Genetics 50 血红蛋白与肌红蛋白一样能可逆地与血红蛋白与肌红蛋白一样能可逆地与O O2 2 结合，血红蛋白与结合，血红蛋白与O O2 2结合后称为结合后称为氧合血红蛋氧合血红蛋 白白。氧合血红蛋白占总血红蛋白的百分数（。氧合血红蛋白占总血红蛋白的百分数（ 称称百分饱和度百分饱和度）随）随O O2 2浓度

21、变化而改变。浓度变化而改变。 血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧 XJTU 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线 51 Institute of Molecular Genetics 52 * * 协同效应协同效应 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合 后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能 力的现象，称为力的现象，称为协同效应协同效应。 如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负

22、协同效应 XJTU Hb Hb 未与未与O O2 2结合的时候，结合的时候，FeFe2+ 2+位于卟啉环平面外侧，与 位于卟啉环平面外侧，与 F8His F8His 连接，当第一个连接，当第一个 O O2 2与与 FeFe2+ 2+结合后， 结合后， 被拉到平被拉到平 面中，使得牵动面中，使得牵动F8F8螺旋片段，导致亚基之间盐键断裂、螺旋片段，导致亚基之间盐键断裂、 结合变松弛，使易于与第二个亚基结合结合变松弛，使易于与第二个亚基结合 53 54 3.3.蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生：若蛋白质的折叠发生 错误，尽管其一级结构不变，

23、但蛋白质的构错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构 象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导 致疾病发生。致疾病发生。 55 蛋白质构象改变导致疾病的机理：蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋有些蛋 白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解 酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现 为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。 这类疾病包括：这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老人纹状体脊髓变性病、老 年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨廷顿舞蹈病

24、、疯牛病等。 56 疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, (prion protein, PrP)PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPPrPc c。 PrPPrPc c在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全 为为-折叠的折叠的PrPPrPsc sc，从而致病。 ，从而致病。 PrPPrPc c -螺旋螺旋 PrPPrPsc sc -折叠折叠 正常正常 疯牛病疯牛病 57 蛋白质的概

25、念和组成 蛋白质的分子结构 一级 二级 三级 四级 蛋白质结构和功能的关系 小结小结 58 Institute of Molecular Genetics XJTU 2.2 核酸核酸 核核 酸酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生是以核苷酸为基本组成单位的生 物大分子，携带和传递遗传信息。物大分子，携带和传递遗传信息。 二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90% 90%以上分布于细胞核，其余分布于核以上分布于细胞核，其余分布于核 外外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。 分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。 (DNA) (RNA) 脱氧核糖核酸脱氧核

26、糖核酸 核糖核酸核糖核酸 携带遗传信息，决定细胞和个体的携带遗传信息，决定细胞和个体的 基因型基因型(genotype)。 参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表达。遗传信息的表达。 某些病毒某些病毒RNA也可作为遗传信息也可作为遗传信息 的载体。的载体。 核酸的化学组成及其一级核酸的化学组成及其一级 结构结构 Institute of Molecular Genetics 63 核酸的化学组成核酸的化学组成 1. 元素组成元素组成 C、H、O、N、P（910%） 2. 分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧

27、核糖 磷酸磷酸(phosphate) 嘌呤嘌呤(purine) N N NH N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N N NH N NH2 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) N NH NH N NH2 O 鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G) 碱碱 基基 N NH 1 3 2 4 5 6 嘧啶嘧啶(pyrimidine) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) N NH NH2 O 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U) NH NH O O 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T) NH NH O O CH3 戊戊 糖糖 （构成（构成RNA） 1 2 3 4 5 OH O CH2OH OH

28、OH 核糖核糖(ribose) （构成（构成DNA） OH O CH2OH OH 脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose) 核苷：核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR 一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构 1. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成 碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖糖 苷键苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。 OH O CH2 OHOH N N NH2 O 1 1 P O O OH OH O CH2 OHOH N N NH2 O OH O CH2 OHOH N N N

29、H2 O 核苷酸：核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸：脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名 核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键 连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMP l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP l 环化核苷酸环化核苷酸: : cAMP，cGMP N O CH2O OHOH N

30、 N N NH2 P O OH OHN O CH2O OHOH N N N NH2 P O OH OP O OH OH N O CH2O OHOH N N N NH2 P O OH OP O OH OP O OH OH N O CH2O OHO N N N NH2 PO OH NADP+NAD+ 5 端端 3 端端 3. 3. 核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以 磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形 成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即 核酸。核酸。 C G A 二、核酸的一级结构二、核酸的一级结构 定义定义 核酸中核苷酸的排列核酸中核苷酸的排列 顺序。顺序。 由于核苷酸间的差异由于核

31、苷酸间的差异 主要是碱基不同，所以主要是碱基不同，所以 也称为碱基序列。也称为碱基序列。 55端端 3端端 C G A A G P5 P T P G P C P T P OH 3 书写方法书写方法 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 录录 G T A 4 Cards4 Cards GC 1010101010101001010110001001010101001 0101010101010100101010101001010011100 0011100000111000001100010101010101001 010101010101010010101

32、0101001010011100 0011100000111010011100001110 0101010010101010101010100101010101001 0100111000011100000111000001100010010 1010100101010101010101001010101010010 1001110000111000001110000011000101010 1010100101010101010101001010101010010 1001110000111000001110100111000011100 00011100000110001010101010

33、10010101010 1010101001010101010010100111000011100 0001110000011000100101010100101010101 0101010010101010100101001110000111000 0011100000110001010101010100101010101 0101010010101010100101001110000111000 0011100000110001010101010100101010101 0101010010101010100101001110000111000 0011100000110001010101

34、010100101010101 0101010010101010100101001110000111000 0011100001100010101100001110000011100 0001100010101010101001010101010101010 0010101010101001010101010100010101010 1010010101010101010100101010101001010 0111000011100000111000011000101011000 0111000001110000011000101010101010010 101010101010111001

35、0110010101010101010 1010101010001011101010000000000101110 0000010001000001010101001010100110010 1010100100101001001010010101001001010 0100001010100101010101010101010101001 0000001010100100101001010010100100101 001001010000010101010 DNA Sequence A bridge between life science and information science 生

36、命的奥秘蕴藏于 “四字天书”之 中 Secrets in the “4 Letter Book” of Life GCTTCTTCCTCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCA TCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCTTCTTCCTCATTTTCTCT CCACCATGCCGCCACCACGCCACCATGCTTCTTCCTCATCTC GCTTTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCGCTTCTTCCtTCTCT Institute of Molecular Genetics XJTU 人类科学史上的三大工程 人类基因组计划人类基因组计划 曼哈顿原子

37、弹计划曼哈顿原子弹计划 阿波罗登月计划阿波罗登月计划 Institute of Molecular Genetics 77 人类基因组计划人类基因组计划 六国联手：六国联手：美国美国、英国英国、法国法国、德国德国、日本日本 和和中国中国 工程总投资：近工程总投资：近30亿美元亿美元 XJTU Institute of Molecular Genetics XJTU 各国所承担工作比例约为各国所承担工作比例约为 美国美国 54 英国英国 33 日本日本 7 法国法国 2.8 德国德国 2.2 中国中国 1 （人类3号染色体短臂上一个约 30Mb区域的测序） Institute of Molecu

38、lar Genetics XJTU 2000年年6月月26日克林顿宣布人类基日克林顿宣布人类基 因组草图绘制完成因组草图绘制完成 Institute of Molecular Genetics XJTU 2001 年年 2 月人类基月人类基 因组计划公立阵营在因组计划公立阵营在 15 日出版的日出版的自然自然 杂志、塞莱拉公司在杂志、塞莱拉公司在 16 日出版的日出版的科学科学 杂志上公布各自的人类杂志上公布各自的人类 基因组测序草图基因组测序草图 Institute of Molecular Genetics XJTU 2003.5.282003.5.282003.6.2 2003.6.2

39、冷泉港冷泉港 人类基因组完成图发布会人类基因组完成图发布会 Institute of Molecular Genetics XJTU HGP细节研究成果 1 全部人类基因组约有全部人类基因组约有2.91Gbp，约有，约有39000 多个多个 基因；基因； 2 目前已经发现和定位了目前已经发现和定位了26000多个功能基因多个功能基因 。 3 基因数量少得惊人。基因数量少得惊人。 4 人与人之间人与人之间99.99的基因密码是相同的。的基因密码是相同的。 5 人类基因组中存在人类基因组中存在“热点热点”和大片和大片“荒漠荒漠” 。 Institute of Molecular Genetics

40、XJTU 6 男性的基因突变率是女性的两倍男性的基因突变率是女性的两倍 。 7 人类基因组中大约有人类基因组中大约有200多个基因是来自于插多个基因是来自于插 入人类祖入人类祖 先基因组的细菌基因。先基因组的细菌基因。 8 发现了大约一百四十万个单核苷酸多态性，并发现了大约一百四十万个单核苷酸多态性，并 进行了精确的定位，初步确定了进行了精确的定位，初步确定了30多种致病基多种致病基 因。因。 9 人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组） 比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂 HGP对人类的重要意义对人类的重要意义 u人类信息对人

41、类社会的潜在利益巨大。人类信息对人类社会的潜在利益巨大。 u在人类健康领域，将有助于对遗传疾病的诊断、治疗和在人类健康领域，将有助于对遗传疾病的诊断、治疗和 预防预防 u发现新的致病基因发现新的致病基因 u发展一些复杂疾病的早期基因诊断方法，如发展一些复杂疾病的早期基因诊断方法，如“肿瘤基因肿瘤基因 组解剖计划组解剖计划” u通过基因治疗解决传统方法无法解决的疑难杂症通过基因治疗解决传统方法无法解决的疑难杂症 u疾病易感基因的识别及对风险人群进行生活方式、环境疾病易感基因的识别及对风险人群进行生活方式、环境 因子的干预因子的干预 u人类基因组多样性与个体化医学人类基因组多样性与个体化医学 HG

42、P带来的负面作用 u侏罗纪公园不只是科幻故事侏罗纪公园不只是科幻故事 u种族选择性灭绝性生物武器种族选择性灭绝性生物武器 u基因专利战基因专利战 u基因资源的掠夺战基因资源的掠夺战 u基因与个人隐私基因与个人隐私 To know ourselves “YANHUANG” Initiatives Human Genome Project (“Beijing Region”) International HapMap Project (chr. 3, 8p, 21) Medical Sequencing Human Cancer Genome Initiative “炎黄计划炎黄计划” “神农计划神农计划” “SHENGNONG” Initiatives To know our friends (TCM) To know our enemies (Pathogen Genome Project) Drug screening with targeted genes “轩辕轩辕计划计划” “XUANYUAN Project” “ECO(ECOnomy/ECOlogy)-Genome Project”