1、半保留复制A=TG=CDNA复制的过程复制的过程胸腺嘧啶二聚体CCCCCH3HNNROOHHOORNHNCH3CCCC核前病毒染色体整合逆转录病毒粒子细胞病毒蛋白质RNA芽生子代转录病毒粒子病毒的生活周期逆转录HHHOCH2OHHO12345碱基POO2 3二脱氧核苷酸,dATP+ddATPdGTP+ddGTPdCTP+ddCTPdTTPdTTP+ddTTPdCTPdGTPdATPdATPdCTPdTTPdTTPdGTPdATPdCTPdGTP1234-ATCGTddT-ATCGddT-AddT-ATddC-ATCGTTddG-ATCddG-ATCGTTGddA-ddA35TAGCAACT5模
2、板引物双脱氧法原理示意图管管管管引物延长和合成阻断电泳后的放射自显影直读图产物 按长短排列：AGTTGCTA35-ATCGTTGddA-ATCGTTddG-ATCGTddT-ATCGddT-ATCddG-ATddC-AddT-ddATGCAABCDEJFGHK PPi由RNA聚合酶催化的链延长反应的机制RH OHHHOH2C碱基HHOH OHHHOH2C碱基HHOH OHHH2C碱基HH-OPOOOR DNA板链模 DNA板链模O-OOOP-P OOOOPO-OH OHHHOH2C碱基HH PPP产物RNA5原核基因启动子DNA转录起始点启动子基因转录区53有义链模板链()+135-区-10
3、区TATAATTGTTGACAACUG GCUAUAAUUAA U.C G.CCUUAU.UCAG.CAUANUCUG ACG.UC GGGCCG C.TUUCAGUAGGACCUUpG GCCCGCUCCAAGAUGUGCUGAUCGGGCGGACCUG.CGACUA.AU.CA.GCUm7GGAG UGG GC ACC C.AUAUUGGUAGGC.C G.U A.C G.AADGDGD GC GG.U A.C G.TUACGACCCUCHtRNA 前体的核苷酸顺序虚线圈出的是成熟tRNA,箭头表示切割部位rRNAS23M23,16SrRNA代表M16,RNase代表E,RNase代表,前
4、体30成熟酶rRNAS代表P30成熟酶rRNAS5代表M5成熟酶代表大肠杆菌rRNA前体的加工过程P30m5m16m23tRNAP16M23M23M16M16tRNArRNASrRNAtRNASP552316ESM5rRNAtRNAP23E DNA转录起始点启动子基因转录区53区11040-区-25真核生物启动子模式图Hogness HNNNNO+碱基HHOHHOHHHHOOHOOOPO-OHOOPO-OPOOOHHHH碱基OOOPO-O-OPOOO甲基化真核生物mRNA分子5末端的帽子结构甲基化C H3C H3C H3C H2C H2C H2H2N 55333553352连接外显子内含子切开
5、切开外显子53左右形成套索结构两去分支而成线状分子A.B.C.内含子端切开套索结构内含子端切开外显子连接套索结构内含子hn RNA的拼接过程 POG四膜虫rRNA的拼接过程OPOGHPOOH 3PO5 POHPOOH 3G PG P5 POH5 POH 3G外显子外显子内含子A.B.C.第一次转移反应,G的攻击的5末端第二次转移反应,攻击第三次转移反应,3-OH3-OH攻击内含子的5末端外显子 的3-OH外显子内含子5末端附近的键 19661966年，年，NirenbergNirenberg和和Khorana Khorana 全部遗传密码字典全部遗传密码字典 6464个密码子个密码子 6161
6、个负责个负责2020种氨基酸翻译，种氨基酸翻译，3 3个终止密码子个终止密码子 Nirenberg Nirenberg 和和 KhoranaKhorana 19681968年年 诺贝尔奖诺贝尔奖氨基酸氨基酸+tRNA+ATP 氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+PPi 种不同的蛋白质70S核糖体亚基30S50S16S RNA23S RNA5S RNA2132种不同的蛋白质亚基核糖体（大肠杆菌）结构 3大肠杆菌70S核糖体5AA肽酰基位点氨酰基位点反密码子大亚基小亚基密码子结合位点mRNA（P位点）（A位点）OHNS)(fMettRNAOHCOC转甲酰酶S)(+fMettRNAOHC+fTHFTHF
7、OCCHMetfMettRNACH22H3NCH3CH3CH22 GAUUCCU AGGAGGU UUGACCU AUG CGA GCU UUU AGUUCCUCCA3 OH3516S核糖体RNA3端UACUAG起始区的富含嘌呤区段（实线框）和16SrRNA3端的 碱基配对AUG密码子（虚线框）决定多肽链的起始ArgfMetAlaPhe Ser多肽-信使RNA 肽酰转移酶肽 链 形 成部位A-tRNA肽酰无氨基酸tRNA载氨基酸tRNAfMetfMet-tRNAtRNAfOHNHCCOtRNAOHCCOHNHCOHR1R2HCCOtRNAOH2NR2HCNHCOHCOtRNAfOR1部位P部位
8、P部位A中心法则转录RNADNA翻译蛋白质逆转录转录前调控转录前调控转录水平调控转录水平调控转录后加工调控转录后加工调控翻译水平调控翻译水平调控翻译后加工调控翻译后加工调控mRNA降解调控降解调控乳糖操纵子的负调节乳糖操纵子的负调节CAP基因基因i 基因基因CPO LacZLacYLacA信息区信息区控 制 区控 制 区调节基因调节基因阻遏蛋白阻遏蛋白CAP无乳糖时无乳糖时RNApol转录抑制转录抑制无诱导物别乳糖无诱导物别乳糖乳糖操纵子的正调节乳糖操纵子的正调节CA P基因基因i 基因基因C PO LacZLacYLacA信息区信息区控 制 区控 制 区调节基因调节基因阻遏蛋白阻遏蛋白CA
9、P有乳糖时有乳糖时出现诱导物别乳糖出现诱导物别乳糖别乳糖别乳糖RNA pol葡萄糖耗竭葡萄糖耗竭cAMPcAMPcAMPmRNA可诱导的操纵可诱导的操纵子调控系统子调控系统二、真核生物基因表达调控二、真核生物基因表达调控特点特点:1.基因组庞大而复杂基因组庞大而复杂人类有大约人类有大约10万个基因万个基因,绝大多数为断裂绝大多数为断裂基因基因,DNA90%以上是非编码区以上是非编码区,情况十分复杂情况十分复杂;2.染色体结构复杂染色体结构复杂DNA与组蛋白组成核小体链与组蛋白组成核小体链,并多次超螺旋并多次超螺旋形成高度压缩的染色单体形成高度压缩的染色单体;3.不存在操纵子的组织模式不存在操纵
10、子的组织模式功能相关的基因通常分散在功能相关的基因通常分散在DNA的不同区域的不同区域;4.基因表达的时空性表现更为突出基因表达的时空性表现更为突出生长、发育、分化、内外环境的复杂变化都生长、发育、分化、内外环境的复杂变化都使基因调控比原核生物更为复杂使基因调控比原核生物更为复杂.激素的调节在激素的调节在高等生物占有重要地位高等生物占有重要地位.（一）、转录前的基因调控（一）、转录前的基因调控1.核小体解体核小体解体转录活跃区染色体松散转录活跃区染色体松散,核小体解体核小体解体,缺缺乏组蛋白乏组蛋白H1,核心颗粒组蛋白趋于降解核心颗粒组蛋白趋于降解2、反式作用因子（、反式作用因子（trans-
11、acting factor）包括调控转录的所有蛋白质因子，它们与包括调控转录的所有蛋白质因子，它们与DNA、RNA聚合酶或聚合酶或其他蛋白质因子相互作用而调节转录，也可称为其他蛋白质因子相互作用而调节转录，也可称为转录因子（转录因子（TF）RNA聚合酶聚合酶I（合成合成18S、28、5.8SrRNA）的转录因子为的转录因子为TF1RNA聚合酶聚合酶II（合成合成mRNA）的转录因子为的转录因子为TFIIRNA聚合酶聚合酶III（合成合成5SrRNA和和tRNA）的转录因子为的转录因子为TFIIIRNA聚合酶聚合酶II的转录因子有多种，主要有的转录因子有多种，主要有TFII-A、TFII-B、T
12、FII-D、TFII-E、TFII-F等等转录因子转录因子分子量（分子量（Kd）功功能能TFII-A 12，19，35 稳定稳定TFII-DTFII-B 33 促进促进RNApol与与DNA结合结合TFII-D 38 识别并与识别并与TATA盒结合盒结合TFII-E 34（），（），37（）（）使使ATPase活性成倍提高活性成倍提高TFII-F 30，74 解旋酶，协助募集解旋酶，协助募集RNApolTFII-H 89（最大片段）最大片段）解链酶，解链酶，ATPase活性活性3、转录因子与、转录因子与DNA 和其它蛋白质因子的相互作用和其它蛋白质因子的相互作用转录因子三个功能域（转录因子三个
13、功能域（domain）DNA识别结合域识别结合域（锌指、（锌指、HTH等）等）蛋白质结合域蛋白质结合域（亮氨酸拉链等）（亮氨酸拉链等）转录活性域转录活性域转录因子转录因子锌锌指指（zinc finger)Zn1213个个氨氨基基酸酸残残基基rg鸟鸟嘌嘌呤呤约约个个氨氨基基酸酸残残基基的的肽肽段段锌锌 指指ZnHisCys亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leucine zipper)35个氨基酸残基肽段个氨基酸残基肽段两性两性螺旋螺旋Leu側链位于側链位于螺旋的螺旋的疏水面疏水面,呈拉链状排列呈拉链状排列LysArg碱性肽段碱性肽段(与与DNA结合结合)疏水面疏水面亲水面亲水面蛋白质与蛋白质蛋白质与蛋白质
14、相互结合相互结合亮氨酸拉链亮氨酸拉链Leucine zipperDNAYeast GCN4蛋白蛋白具有生长激素具有生长激素的转基因鼠的转基因鼠转基因的方法和技术转基因的方法和技术 ：19821982年，年，美国食品卫生和医药管理局批准，用美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在基因工程在细菌中生产人的胰岛素细菌中生产人的胰岛素投放市场投放市场。19851985年，年，转基因植物转基因植物获得成功。获得成功。19941994年，年，延熟保鲜的延熟保鲜的转基因番茄转基因番茄商品生产。商品生产。19961996年，年，克隆羊克隆羊诞生。诞生。转基因动物转基因动物:与转基因植物相比，转基因动物的发展
15、要慢些。与转基因植物相比，转基因动物的发展要慢些。转基因动物：转基因动物：目的基因目的基因+载体载体重组重组DNADNA微量注射法微量注射法将重组将重组DNADNA导入受体合子细胞核中导入受体合子细胞核中遗传转化。遗传转化。如：如：利用转基因羊，大量表达人类的利用转基因羊，大量表达人类的抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶。(Wilmut(Wilmut等，等，Nature Nature 385,385,1997)1997)受精卵细胞注射法受精卵细胞注射法转基因牛：受精卵注射法转基因牛：受精卵注射法人类生长激素人类生长激素转基因猪转基因猪同胞鼠对照同胞鼠对照转移有人类生长激转移有人类生长激素转基因鼠素转基因鼠(
16、Wilmut(Wilmut等，等，Nature Nature 385,385,1997)1997)不同产地白花蛇舌草不同产地白花蛇舌草DNA指纹图谱指纹图谱Primer BA0162：GGAGGAGAGG1 福建宁化福建宁化 2 福建沙县福建沙县3 福建武平福建武平 4 福建省福建省5 广西邕宁广西邕宁 6 广西省广西省7 广东省广东省 8 广东龙门广东龙门9 广东省广东省 10 广东省广东省11 湖南省湖南省 12 云南昆明云南昆明13 湖北省湖北省(伪品伪品)14 广西省广西省(伪品伪品)1 2 3 4 5 6 7 M 8 9 10 11 12 13 14 M遗传疾病诊断遗传疾病诊断 利用
17、利用PCRPCR技术或者分子杂交技术进行遗传疾病诊技术或者分子杂交技术进行遗传疾病诊断，是直接从断，是直接从DNADNA即基因水平进行诊断，准确度高，即基因水平进行诊断，准确度高，速度快。速度快。六、基因治疗六、基因治疗方法：方法：利用利用减毒的病毒减毒的病毒DNADNA作载体作载体(retro virus DNA(retro virus DNA)构建重组构建重组DNADNA分子分子用病毒包装物包装后形成的减毒病毒用病毒包装物包装后形成的减毒病毒感染患者的细胞感染患者的细胞将正常基因整合到染色体上。将正常基因整合到染色体上。用用漠洛尼氏鼠漠洛尼氏鼠白血病病毒白血病病毒(MLV)(MLV)改造而
18、成的改造而成的retro retro virusvirus载体，已用于治疗严重载体，已用于治疗严重综合免疫缺陷综合免疫缺陷(SCID)(SCID)。SCID SCID是由于是由于腺苷脱氢酶基因腺苷脱氢酶基因(adenosine deaminase(adenosine deaminase，ADA)ADA)突变突变引起的，患者无任何免疫功能。引起的，患者无任何免疫功能。方法：方法：将将ADAADA基因导入到基因导入到MLV retrovirus MLV retrovirus 载体中载体中取代取代该病毒该病毒DNADNA中的中的三个基因结构三个基因结构(gag(gag、polpol、env)env)
19、将重组后的病毒将重组后的病毒去感染去感染T T细胞，使细胞，使ADAADA基因整合到基因整合到T T细胞的染色体中细胞的染色体中实现实现基因治疗的目的。基因治疗的目的。20002000年法国年法国FischerFischer用该方用该方法治愈患有法治愈患有SCIDSCID遗传病的两遗传病的两个婴儿个婴儿(8(8个月和个月和1111个月个月)。这一工作被认为是这一工作被认为是2020世纪人世纪人类基因治疗上的重大突破。类基因治疗上的重大突破。七、七、DNADNA芯片芯片(DNA chips)(DNA chips)核酸分子杂交的原理和方法核酸分子杂交的原理和方法+半导体技术结合半导体技术结合发展形
20、成的发展形成的一门新技术。这一技术可使许多分子杂交反应同时进行。一门新技术。这一技术可使许多分子杂交反应同时进行。DNADNA芯片技术：芯片技术：在面积不大在面积不大(如如2cm2cm)的基片表面分成不同小格的基片表面分成不同小格有序地有序地点阵排列于一定位置可寻址的核苷酸分子点阵排列于一定位置可寻址的核苷酸分子将将待分析核苷待分析核苷酸酸分子标记分子标记(如用荧光如用荧光)，变性成单链与芯片上序列相同的变性成单链与芯片上序列相同的核苷酸分子杂交核苷酸分子杂交与芯片上序列不同的核酸分子被洗掉与芯片上序列不同的核酸分子被洗掉利用高精度的激光扫描仪记录分子已杂交的荧光信号利用高精度的激光扫描仪记录
21、分子已杂交的荧光信号计计算机软件分析。算机软件分析。DNADNA芯片的芯片的基片：基片：玻璃、硅片或尼龙等。玻璃、硅片或尼龙等。应用领域：应用领域：基因多态性检测基因多态性检测（如单核苷酸多态性筛选（如单核苷酸多态性筛选single single nucleotidePolymorphisms nucleotidePolymorphisms，SNPs)SNPs)；基因表达分析基因表达分析（不同细胞和不同组织的（不同细胞和不同组织的RNARNA群体比较）；群体比较）；克隆选择及文库筛选克隆选择及文库筛选（如（如cDNAcDNA文库）；文库）；基因突变检测及遗传病和肿瘤的诊断等基因突变检测及遗传病和肿瘤的诊断等。
