《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第二十章 DNA重组及基因工程简介 4学时 学 掌握同源重组、特异位点重组、转座重组概念。 夕 基因工程概念：基因工程技术 的 熟悉同源重组：特异位点重组：转座重组：蛋白质工程 了解基因工程应用与展望。 求 DNA重组概念 教学 基因工程概念 重点 基因工程技术 教学 转座重组 难点 基因工程技术 教学 讲授结合多媒体课件 过程 P4531、3、4、8、13 作业 P6151、3、6、10、12、20、22
教学内容 导言 终于等到了基因工程出场。 基因重组妙工程，谋求粘结入选用，人造生物成力大，工农医科显神通。 “谋求粘结入选用”，就这么简单的7个字，构成了一项成力巨大的诱人工程。我们已经实 受着他的丰硕成果：胰岛素、脑啡胀、抗虫棉、转慕因大豆等等等等。但它会不会和炸药」 原子能一样有消的一西呢？简单的7个字就真得很简单吗？学完本章，你就会知道他简单 不简单，消极不消极。 第二十章DNA重组及基因工程 第一节DNA重组 DNA重组又叫基因承组、基因重排，遗传重组是指DA分子内（如转座）或分子间 (如交换)发生遗传信息的重新组合。可发生在绷胞内（如交换、转坐）.细似（结合 转导)，基全在不同物种之（转染）：可以是分子（结合）、片新（交换：五组后仍 然具有复制和表达的功能。五潮产物为体。是人为饰，是工 基面印尽所有物可能发生的基本的传现象。无论布高等坐物体内，还是在 菌、病毒中，都存在基因重组。不仪在减数分裂过程中会发生基因重组，在高等生物的体细胞 中也会发生基因重组。基因更组不仪可以发生在钢胞核内的基因之间，也可以发生在线粒体 和叶绿体的基因之间。可以说，只要有M,就可能发生雨组。 重组的意义在于：能迅速增加群体的遗传多样性：使有利突变与不利突变分开：通过 优化组合积累有意义的遗传信息：为DM损伤或复制障碍提供修复机制：调节某因表达 从广义上讲任何造成基因型变化的基因交流过程部叫做基因重组。而获义的基因西 组仪指涉收M分子内断裂一复合的基因交流。真核生物在减数分裂时，通过非同源染色体 的自山组合形成各种不同的配子感雄子结合产生基因型各不棚回的后代这种万组过程 然也导致基因型的变化，但是山于它不涉及M分子内的裂及复合，因此，不包括在义 的基因市的范图之内。 根据玉组的机制和对蛋白质因子的要求不同，可以将获义的基因币组分为二种类型，即 同源重组、特异位点重组和转坐重组。 同源重组的发生依赖于大范围的WA同源序列的联会，在重组过程中，两条染色体或 DA分子相互交换对等的部分。真核生物的非姊妹染色单体的交换、细菌以及某些低等真核 生物的转化、细菌的转导接合、 噬菌体的 重组等都属于这种类型。大肠杆菌的同源重组需 RecA蛋白，类似的蛋白质也存在于其他细菌中 特异位点重组发生在两个DNM分子的特异位点上。它的发生依濑于小范围的DNA同源 子列的联会，重组也只限于这个小范围.两个DA分子并不交换对等的部分，有时是一个DNM 分子整合到另一个DNA分子中。这种重组不需要RecA蛋白的参与. 转座重组发生在顺序不相同的A分子间，在形成重组分子时往往依赖于DNA的复制 而完成重组过程。例，在转座过程中，转座因子从染色体的一个区段转移到另一个区段， 或从一条染色体转移到另一条染色体。这种类型的重组也不需要RcA蛋白的参与
一、同源重组（理解） 同源重组：指山两条同源区的M分子通过挥对、旋的新裂和再接，从而产生片断交换 的过程。又叫一般性重组。简言之：发生在同源DNA序列之间的重组. 这种重组方式要求两段DNA序列类似，并在特定的重组蛋白或衔(RcA蛋白、RecBCD 酶)的作用下完成。 ReeA蛋白主要有两个功能：诱发SOS反应和促进DNA单链的同化（单链与同源双链分 子发生链的交换，从而使重组过程中的DNA配对、ol1iday中间体的形成、分支移动等步 骤得已产生)。参见p441 (一)Holliday模型 山Robin Holliday于1964年提出。 关键步骤有四： ①两同源染色体整齐排列 (条线代表一条M分子，两线无配对关系) ②每分子的一条链断裂、交换并连接（形成的连接分子称为Hol1idy中间体 在特定的亚组蛋白或防(RecA蛋白，RecBCD酶)的作用下完成. ③通过分支移动产生异源双链DNA,再弯曲、旋转 旋转 ④Ho11iday中间体切开并修复，形成两个双链币组体DNA 水平方向切开并连接 垂直方向切开并连接 右
称为片断重组 称为拼接重组 (二)同源重组的类型 1.接合作用：当细胞与细胞相互接触时，DA分子即从一个细胞向另一个细胞转移， 这种遗传物质的转移方式称为接合作用， 如大肠杆菌质粒转移 致因子(F因子)通过性毛转移 有F称F菌保 无F称菌保 F整合在核DM中称Hn菌株，F中合核基因称F 菌 2.转化：生物体吸收外源（转化因子）引起遗传性状改变的现象称为转化，也指 其过程。如大家已知的肺炎双球南转化试验。 病常常可感染细胞并将其注入细胞内，也可引起细胞遗传性状的改变。 通过感染方式将外来DNA引入宿主细胞，并导致宿主细胞遗传性状变的过程称为转 染。转染是转化的一种特殊形式。 3.转导：通过缺陷型噬南体将DM(转导基因)从供体细胞转入受体（宿主）细胞的过 程。 堂菌体组装时包裹了寄主片断，称缺陷型噬菌体（部分）或定全缺陷型噬菌体（全 部)。 转导基因是任意的，称普遍性转导：转导基因是特定的，称局限性转导（只能是温和噬 菌体)。 4.细胞融合：两个细胞合二为一（基因组也合而为一）。有壁的要去壁，故常称为原生 质体融合。 以上内洋微物学 (三)同源重组的意义 是最基本的重组方式，参与各种重要的生物学过程，如复制、修复、基因工、整合、 和转化等。 二、特异位点重组（理解） 特异位点重组：在整合的催化下，两段DNA序列在特异的位点处发生整合并共价连 接。 所谓特异位点，指能产生粘性木端的序列，一般长20一200p。特异的南可识别并在木 端处切断之，然后连接不同特异位点，这样的南叫整合梅。 1某特异位点为5‘CTAG 3GATC,切点是位点木端(1C), A位点在同分子同向 …CTAG12345CTAG 3…GATC54321GATC· 切切5·磷酸酯键(C外的，非C的)
↓3'5C3‘5”第一个5是C的，两个都可是C外的 5··-PH0-CTAG12345-P 1H0-CTAG,,,,. 3…GATC-OH P-54321 GATC-OH D.。.。. 接 左右片段连热，左中和中右连接为复 5’**CTAG,* 3…GATC… 结果一段被切除 B位点在同分子异向 5÷,.CTAG12345GATC... 3…GATC54321CTAG 切 5”。0 CTAG 12345 GATC 3…GATC 54321 CTAG··· ↓接 5......CTAG54321GATC...... GATC12345CTAG.。 结果一段被转向 C位点异分子 5”0g00。CTAG000a 50".CTAG▣g0 3··GATC·· 3···GATC··· ↓切 5… CTAG… 5 CTAG… 3’…GAT 3…GAT 5…CTAG: 5eee·CTAG 3”GATC。 3。。GATC·,。 结果两分子整合 没想：一个小分子两端， 一个大分子中间有同的位点，本整合游作用下，结果如何 ·小分于子就会被整合在大分子中。原病毒的形成概是。 基因工程的，理论基酬就存于此。（利用某整合牌，把目的基因和某病毒整合在一起，再 用该病寿感染寄主，即通过转导使目的基因在寄主细胞中表达。) 我们可以看到，同源重组一搬都在染色体内仍D4序列的原来排列次序。但是在特 异位点重组中，DN4节段的棚对位发发生了移动，从而得到不同的结果DNA序列发生 重撞。 特异位点五组不依獭于DNA顺序的同源性（丝然亦可有很短的同源序列），而依赖于 能与某些梅相结合的DNA序列的存在。这些特异的梅能催化DN4链的断裂和重新连接，它 们能发动特异位点五组作。而在同源声组中，DN1链的切全是随机的，特果暴出 些能与RcA这样的蛋白质相结合的顾序，从而发动交叉币组。 特异位点重组的意义基因表达调节（如抗体基因重样），某些病青、质粒的整合 等 三、转座重组（理解） 转座又称为转位(transposition),是指DNA的片段或基因从基因组的一个位置转移到