药学分子生物学

刘汝川特制，版权所有，拒绝盗版 第一章第一章 基因与基因组基因与基因组 基因基因 (gene)(gene) ：：是指合成有功能的蛋白质、多肽或RNA 所需的全部 DNA 序列（除部分病毒 RNA） ，是基因组的一个功能单位。 基因组（基因组（genomegenome）） ：：是指生物体一套完整的单倍体遗传信息的总和，包括所有基因和基因间 的区域。 基因组的主要功能是贮存和表达遗传信息， 是物种及其个体之间区别和联系的最本质生物 学特征。 基因组学（基因组学（genomicsgenomics）） ：：是研究生物基因组的结构、功能及表达调控的一门科学。 调控序列（顺式作用元件）调控序列（顺式作用元件） ：：一个基因的调控区和其结构基因位于同一个 DNA 分子的相邻 部位，这种调节方式称为顺式调节，相应的DNA 序列成为顺式作用元件。 （1）启动子：启动子：RNA 聚合酶特异性识别和结合的DNA 序列。 （2）增强子：能强化转录起 始的一段 DNA 序列。 （3）沉默子（4）终止子。 反式作用因子：反式作用因子：通过识别或结合顺式作用元件上的核心序列从而参与调控基因转录的蛋白 质。也称转录因子。 原核生物基因组结构特点原核生物基因组结构特点: : 1. 具有类核结构 2. 以操纵子为功能单位/多顺反子 mRNA 3. 结构基因大多为单拷贝，编码序列一般不重叠 4. 结构基因大多没有内含子 5. 非编码序列比例约为一半 6. 含可移动 DNA 序列 操纵子（操纵子（operonoperon）） 操纵子是原核生物的一段DNA 序列，由几个串联排列的功能相关的结构基因，加 上调节序列组成的一个完整的连续的功能单位。 操纵子结构通常与启动子区域有部分重叠， 可通过代谢物与调节蛋白相互作用而激 活或抑制基因转录，这是原核生物最常见的转录调节方式。 真核生物基因组结构特点真核生物基因组结构特点 1. 基因组庞大，为线状双链DNA 2. 断裂基因 3. 非编码区与单顺反子 4. 大量重复序列 5. 基因家族与假基因 断裂基因（断裂基因（splitsplit genegene））: :真核生物结构基因由外显子与内含子间隔排列，内含子在转录后被 剪切掉。 基因家族（基因家族（multi gene familymulti gene family）） ：：是来源相同，结构相似，功能相关的一组基因，由某一共同 祖先基因经重复和突变产生。 假基因（假基因（pseudogenepseudogene）） ：：与具正常功能基因序列相似，但无转录功能或其转录产物无功能的 基因。 人类基因组计划（人类基因组计划（HGPHGP）） HGP 的主要目标: •遗传图谱：基因或 DNA 标记在染色体的相对位置与遗传距离。 •物理图谱：一级结构上两个DNA 片段之间的实际距离。 •序列图谱：基因组 DNA 的全部核苷酸序列。 •转录图谱：正常或受控条件全基因表达的时空图。 1刘汝川特制，版权所有，拒绝盗版 刘汝川特制，版权所有，拒绝盗版 HGP 的意义: •鉴定人类全部基因，推动生物技术发展。 •理解疾病与基因的关系。 •推动模式生物研究。 •促进多学科发展与交叉融合。 不同生物基因组结构特点： 病毒 基因组较小，只含一种核 酸 （DNA 或 RNA） 含有重叠基因 存在转录单元 原核生物真核生物 具有类核结构、通常一条环基因组庞大，为多条线状双链 状双链 DNA 分子（基因组、 DNA（细胞核、细胞器 DNA） 质粒 DNA） 以操纵子为功能单位（多顺 反子 mRNA） 结构基因大多为单拷贝，编 码序列一般不重叠 断裂基因 非编码区远多于编码区 单顺反子 噬菌体基因连续，感染真结构基因大多没有内含子、存在大量重复序列 核细胞的病毒基因不连续是连续的 编码序列占绝大部分 主要为单拷贝序列 （反转 录病毒含有两个拷贝） 非编码序列比例约为一半 含可移动 DNA 序列 （转座 子） 基因家族与假基因 DNA 末端具有端粒结构 蛋白质组（蛋白质组（proteomeproteome）） ：：一个细胞、一个组织或者一个有机体的基因组表达的所有蛋白质。 蛋白质组学（蛋白质组学（proteomicsproteomics）） ：：阐明生物体各种生物基因组在细胞中表达的全部蛋白质的表达 模式及功能模式的学科。 第二章第二章PCRPCR、核酸杂交、基因芯片、核酸杂交、基因芯片 PCRPCR 基本原理：基本原理：以待扩增的 DNA 为模板，以一对分别与模板互补的寡核苷酸片段为引物， 在 DNA 聚合酶作用下，以 dNTP 为底物，按照半保留复制的原理，通过变性、退火、延伸 三个步骤完成新的 DNA 合成，并反复重复这一过程。 PCRPCR 反应步骤：反应步骤： 高温变性：94℃ 获单链模板 低温退火：55℃ 引物结合单链模板 适温延伸：72℃ DNA 新链合成 PCRPCR 反应体系：反应体系：DNA 模板、引物（决定PCR 反应特异性） 、耐热DNA 聚合酶、dNTP、缓 冲体系 一、二价阳离子 PCRPCR 与与 DNADNA 复制的比较：复制的比较： 相同点：相同点： DNA 合成反应 DNA 聚合酶参与 需要引物 4 种 dNTP 为原料 不同点：不同点： 体外反应 仅合成特定 DNA 片段（由 1 对引物限定） 变温条件下进行 2刘汝川特制，版权所有，拒绝盗版 刘汝川特制，版权所有，拒绝盗版 仅一种耐热的 DNA 聚合酶参与 DNA 引物 循环多次 PCRPCR 反应体系的优化：反应体系的优化：特异性、有效性、忠实性 1、DNA 聚合酶：耐高温、保真性、激活剂 2、模板 DNA：种类、用量 、质量 3、dNTP: 浓度一致、稳定 4、DNA 引物：决定 PCR 扩增产物的特异性和长度。 引物设计一般遵循的原则：引物设计一般遵循的原则：长度；碱基随机分布； 避免引物间、引物自身互补；引物的3’ 端不能修饰、不应错配；两条引物之间退火温度不大于5 oC。 PCRPCR 技术的应用技术的应用 1) 基因克隆 2) 基因检测 (1) PCR(1) PCR 产物的限制性片段长度多态性分析产物的限制性片段长度多态性分析（（PCR-RFLP)PCR-RFLP) 基因突变会导致基因序列中产生新的限制性核酸内切酶位点或使原有限制性核酸内切酶位 点消失。 因此， 突变基因经相应的限制性核酸内切酶水解后， 其电泳条带的数量和大小就会发生 改变，根据这些改变可以判断突变是否存在，即限制性片段长度多态性技术。 (2)(2)PCRPCR 产物的单链构象多态性分析产物的单链构象多态性分析(PCR-SSCP)(PCR-SSCP) 基于单链 DNA 构象差别来检测点突变的方法。 相同长度的单链 DNA 由于碱基组成 或排列顺序不同，形成不同的构象。 利用 PCR 扩增目的基因片段，通过变性成为单链，然后进行非变性聚丙烯酰胺凝胶 电泳，单个核苷酸的改变会造成单链 DNA 片段构象的改变，其迁移率随之改变， 从而检测基因的突变。 (3) PCR(3) PCR 产物的等位基因特异性寡核苷酸探针杂交产物的等位基因特异性寡核苷酸探针杂交(PCR-ASO)(PCR-A