核酸与蛋白质的研究方法精选PPT.ppt
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1、关于核酸与蛋白质的研究方法第1页,讲稿共60张,创作于星期二 从从20世纪中叶开始,分子生物学研究世纪中叶开始,分子生物学研究得到高速发展,除了基础理论的重大突破,得到高速发展,除了基础理论的重大突破,主要原因之一是研究方法,特别是主要原因之一是研究方法,特别是基因操基因操作作和和基因工程基因工程技术的进步。技术的进步。第2页,讲稿共60张,创作于星期二 基基因因操操作作主主要要包包括括DNA分分子子的的切切割割与与连连接接、核核酸酸分分子子杂杂交交、凝凝胶胶电电泳泳、细细胞胞转转染染、核核酸酸序序列列分分析析以以及及基基因因人人工工合合成成、定定点点突突变变和和PCR扩扩增增等等,是是分分子
2、子生生物物学学研研究究的核心与基本技术。的核心与基本技术。第3页,讲稿共60张,创作于星期二 基基因因工工程程是是指指在在体体外外将将核核酸酸分分子子插插入入病病毒毒、质质粒粒或或其其它它载载体体分分子子,构构成成遗遗传传物物质质的的新新组组合合,使使之之进进入入原原先先没没有有这这类类分分子子的的寄寄主主细细胞胞内内并并进进行行持持续续稳稳定定的的繁繁殖殖和和表达(细菌、细胞、动物、植物)。表达(细菌、细胞、动物、植物)。第4页,讲稿共60张,创作于星期二 基因工程基因工程技术是核酸操作技术的技术是核酸操作技术的一部分,只不过它强调了外源核酸分一部分,只不过它强调了外源核酸分子在另一种不同的
3、寄主细胞中的繁衍子在另一种不同的寄主细胞中的繁衍与性状表达。与性状表达。事实上,这种跨越物种屏障、把来事实上,这种跨越物种屏障、把来自其它生物的基因置于新的寄主生物细自其它生物的基因置于新的寄主生物细胞之中的能力,是基因工程技术区别于胞之中的能力,是基因工程技术区别于其它技术的根本特征。其它技术的根本特征。第5页,讲稿共60张,创作于星期二第6页,讲稿共60张,创作于星期二重组重组DNA技术回顾技术回顾三大成就:三大成就:第第一一,在在20世世纪纪40年年代代确确定定了了遗遗传传信信息息的的携携带带者者、即即基基因因的的分分子子载载体体是是DNA而而不不是是蛋蛋白白质质解解决决了遗传的物质基础
4、问题;了遗传的物质基础问题;第第二二,50年年代代提提出出了了DNA分分子子的的双双螺螺旋旋结结构构模模型型和和半半保保留留复复制制机机制制解解决决了了基基因因的的自自我我复复制制和世代交替问题;和世代交替问题;第7页,讲稿共60张,创作于星期二第第三三,5050年年代代末末至至6060年年代代,相相继继提提出出了了“中中心心法法则则”和和操操纵纵子子学学说说,成成功功地地破破译译了了遗遗传传密码密码阐明了遗传信息的流动与表达机制。阐明了遗传信息的流动与表达机制。第8页,讲稿共60张,创作于星期二重组重组DNA技术史上的主要事件技术史上的主要事件年年 份份事事 件件1869F Miescher
5、首次从莱茵河鲑鱼精子中分离首次从莱茵河鲑鱼精子中分离DNA。1957A.Kornberg从大肠杆菌中发现了从大肠杆菌中发现了DNA聚合酶聚合酶I。1959-1960Ochoa发发现现RNA聚聚合合酶酶和和信信使使RNA,并并证证明明mRNA决决定了蛋白质分子中的氨基酸序列。定了蛋白质分子中的氨基酸序列。1961Nirenberg破破译译了了第第一一个个遗遗传传密密码码;Jacob和和Monod提提出了调节基因表达的操纵子模型。出了调节基因表达的操纵子模型。1964Yanofsky和和Brenner等等人人证证明明,多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸序序列与该基因中的核苷酸序列存在着共线性关系。列
6、与该基因中的核苷酸序列存在着共线性关系。1965Holley完完成成了了酵酵母母丙丙氨氨酸酸tRNA的的全全序序列列测测定定;科科学学家证明细菌的抗药性通常由家证明细菌的抗药性通常由“质粒质粒”DNA所决定。所决定。第9页,讲稿共60张,创作于星期二1966Nirenberg,Ochoa,Khorana,Crick等人破译了全部遗传密码。等人破译了全部遗传密码。1967第一次发现第一次发现DNA连接酶连接酶1970Smith,Wilcox和和Kelley分分离离了了第第一一种种限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶,Temin和和Baltimore从从RNA肿瘤病毒中发现反转录酶。肿瘤病毒中发现反转
7、录酶。1972-1973Boyer,Berg等等人人发发展展了了DNA重重组组技技术术,于于72年年获获得得第第一一个个重重组组DNA分子,分子,73年完成第一例细菌基因克隆。年完成第一例细菌基因克隆。1975-1977Sanger与与Maxam和和Gilbert等等人人发发明明了了DNA序序列列测测定定技技术术,1977年年完成了全长完成了全长5387bp的噬菌体的噬菌体x174基因组测定。基因组测定。1978首次在大肠杆菌中生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素。首次在大肠杆菌中生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素。1980美国联邦最高法院裁定微生物基因工程可以被专利化。美国联邦
8、最高法院裁定微生物基因工程可以被专利化。1981Palmiter和和Brinster获获得得转转基基因因小小鼠鼠,Spradling和和Rubin得得到到转转基基因因果蝇。果蝇。1982美美、英英批批准准使使用用第第一一例例基基因因工工程程药药物物胰胰岛岛素素,Sanger等等人人完完成成了入噬菌体了入噬菌体48,502bp全序列测定。全序列测定。第10页,讲稿共60张,创作于星期二1983获得第一例转基因植物。获得第一例转基因植物。1984斯坦福大学获得关于重组斯坦福大学获得关于重组DNA的专利。的专利。1986GMO首次在环境中释放。首次在环境中释放。1988Watson出任出任“人类基因
9、组计划人类基因组计划”首席科学家。首席科学家。1989DuPont公司获得转肿瘤基因小鼠公司获得转肿瘤基因小鼠“Oncomouse”。1992欧欧共共体体35个个实实验验室室联联合合完完成成酵酵母母第第三三染染色色体体全全序序列列测测定定(315kb)。1994第一批基因工程西红柿在美国上市。第一批基因工程西红柿在美国上市。1996完成了酵母基因组完成了酵母基因组(1.25107bp)全序列测定。全序列测定。1997英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。2000完完 成成 第第 一一 个个 高高 等等 植植 物物 拟拟 南南 芥芥 的的 全全 序序 列列 测测 定
10、定((1.15108bp)。2001完成第一个人类基因组全序列测定完成第一个人类基因组全序列测定(2.7109bp)。第11页,讲稿共60张,创作于星期二GMO-Genetically Modified OrganismGMO,是“转基因生物(geneticallymodifiedorganism)”的缩写。“转基因”的意思是通过某种方式改变基因组,这种方式是自然、杂交或者重组无法达到的。杂交过程是一种基因重组的自然方法,把一个物种的花粉转移到另一个相关物种上,从而获得新的栽培变种。但是如果通过媒介帮助把基因转移给其他植物,就不是自然过程而叫做转基因。细胞融合也被称为转基因。相反,经过诱导突变
11、,如化学物质诱导的植物则不是“转基因体”。转基因植物包含一个或者更多由人工手段引入的基因。甚至不相关物种的基因也可以通过这样的方式被传递给其它物种。这样一来,某种期望的特性,如对除草剂的忍耐力或者对昆虫的抵抗力就可以被准确地赋予农作物。第12页,讲稿共60张,创作于星期二 限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶能能够够识识别别DNA上上的的特特定定碱碱基基序列并从这个位点切开序列并从这个位点切开DNA分子。分子。第第一一个个核核酸酸内内切切酶酶Eco RI是是Boyer实实验验室室在在1972年年发发现现的的,它它能能特特异异性性识识别别GAATTC序序列列,将将双双链链DNA分分子子在在这这个个位
12、位点点切切开开并并产产生生具具有有粘粘性性末端或平端的小片段。末端或平端的小片段。(1)限制性核酸内切酶)限制性核酸内切酶第13页,讲稿共60张,创作于星期二几种主要几种主要DNA内切酶所识别的序列及其酶切末端内切酶所识别的序列及其酶切末端第14页,讲稿共60张,创作于星期二DNA连连接接酶酶能能把把不不同同的的DNA片片段段连连接接成成一一个个整整体体。a.DNA的的粘粘性性末末端端;b.DNA的平末端的平末端;c.化学合成的具有化学合成的具有EcoRI粘性末端的粘性末端的DNA片段。片段。(2)DNA连接酶连接酶第15页,讲稿共60张,创作于星期二 仅仅仅仅能能在在体体外外利利用用限限制制
13、性性核核酸酸内内切切酶酶和和DNA连连接接酶酶进进行行DNA的的切切割割和和重重组组,还还不不能能满满足足基基因因工工程程的的要要求求,只只有有将将它它们们连连接接到到具具备备自自主主复复制制能能力力的的DNA分子上,才能在寄主细胞中进行繁殖。分子上,才能在寄主细胞中进行繁殖。具具备备自自主主复复制制能能力力的的DNA分分子子就就是是分分子子克克隆隆的的载载体体(vector)。病病毒毒、噬噬菌菌体体和和质质粒粒等等小小分分子子量量复复制制子都可以作为基因导入的载体。子都可以作为基因导入的载体。(3)分子克隆的载体)分子克隆的载体第16页,讲稿共60张,创作于星期二重组重组DNA操作过程示意图
14、操作过程示意图第17页,讲稿共60张,创作于星期二目的基因的表达目的基因的表达第18页,讲稿共60张,创作于星期二第19页,讲稿共60张,创作于星期二第20页,讲稿共60张,创作于星期二第21页,讲稿共60张,创作于星期二第22页,讲稿共60张,创作于星期二DNA基本操作技术基本操作技术核酸凝胶电泳技术核酸凝胶电泳技术 自自 从从 琼琼 脂脂 糖糖(agarose)和和 聚聚 丙丙 烯烯 酰酰 胺胺(polyacrylamide)凝凝胶胶被被引引入入核核酸酸研研究究以以来来,按按分分子子量量大大小小分分离离DNA的的凝凝胶胶电电泳泳技技术术,已已经经发发展展成成为为一一种种分分析析鉴鉴定定重重
15、组组DNA分分子子及及蛋蛋白白质质与核酸相互作用的重要实验手段。与核酸相互作用的重要实验手段。第23页,讲稿共60张,创作于星期二 一一种种分分子子被被放放置置到到电电场场中中,它它就就会会以以一一定定的的速速度度移移向向适适当当的的电电极极。我我们们把把这这种种电电泳泳分分子子在在电电场场作作用用下下的的迁迁移移速速度度,叫叫做做电电泳泳的的迁迁移移率率,它它与与电电场场强强度度和和电电泳泳分分子子本本身身所所携携带带的的净净电电荷荷数数成成正正比比,与片段大小成反比。与片段大小成反比。第24页,讲稿共60张,创作于星期二 生生理理条条件件下下,核核酸酸分分子子中中的的磷磷酸酸基基团团呈呈离
16、离子子化化状状态态,所所以以,DNA和和RNA又又被被称称为为多多聚聚阴阴离离子子(polyanions),在在电电场场中中向向正正电电极的方向迁移。极的方向迁移。由由于于糖糖-磷磷酸酸骨骨架架在在结结构构上上的的重重复复性性质质,相相同同数数量量的的双双链链DNA几几乎乎具具有有等等量量的的净净电电荷荷,因此它们能以同样的速度向正电极方向迁移。因此它们能以同样的速度向正电极方向迁移。第25页,讲稿共60张,创作于星期二琼脂糖凝胶分辨琼脂糖凝胶分辨DNA片段的范围为片段的范围为0.250kb之间。之间。聚丙烯酰胺凝胶的分辨范围为聚丙烯酰胺凝胶的分辨范围为1到到1000个碱基对之间。个碱基对之间
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