遗传学第十一章 重组DNA

生物化学重点_第十一章D N A的生物合成work Information Technology Company.2020YEAR第十一章 DNA的生物合成一、中心法则：① DNA的自我复制将遗传信息由亲代传递给子代；② 转录：以DNA为模板合成RNA；③ 翻译：mRNA指导蛋白质的生物合成，从而决定生物的表现型。

DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。

但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。

因此，在这些生物体中遗传信息的流向是④ RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；⑤ 通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。

DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。

2．需要引物(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。

3．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。

以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为前导链(leading strand)。

而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随后链(lagging strand)。

DNA在复制时，由随后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。

三、DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

遗传学知识：基因重组基因重组是指在生物体中，基因分子的某些部分在DNA分子的空间位置发生交换，从而形成新的基因序列的过程。

这个过程是机体保持遗传稳定性同时保持多样性的重要机制。

基因重组不仅在自然界中广泛存在，也被广泛地应用于农业、医学、工业和科学研究中。

基因重组的机制基因重组的机制有两种:重组和修补DNA叉路。

首先，基因重组重点是通过两个具有相似或相同的DNA序列的区域进行的。

这些相同或相似的区域称为同源染色体(Figure1)。

在正常情况下，两个同源染色体是从生物体的母亲和父亲那里遗传而来的，并具有与原始DNA分子相同的基因序列。

Figure1在某些情况下，基因重组发生在同源染色体之间，通常是由于受到DNA的双链断裂(DSB, double-strand breaks)的影响。

这些DSB断口会触发细胞内的DNA修复过程，破碎的DNA分子将与同源染色体的DNA序列配对，然后通过一些特定的酶解剖和旋转影响，将断点加入同源染色体上，并形成一条新的DNA分子。

这个新的分子通常包含来自两个不同的同源染色体的DNA片段，并且可以具有不同顺序和部分重复的DNA序列。

这就形成了一条新的基因序列。

在重组的过程中，有时候还会发生交叉重组或非均衡基因重组这些复杂形式的基因重组。

基因重组的应用基因重组的应用非常广泛，可以用于许多不同领域，包括农业、医学、工业和科学研究。

农业谷物的比较基因组学研究表明，作物的不同品种具有丰富的基因组差异。

利用基因重组技术，可以在不同品种之间进行基因交换，这可以创建新的作物品种，具有更好的耐旱、抗虫和产量特性。

此外，在现代农业中，转基因作物广泛应用，转基因技术的本质是基因重组。

通过将一个不同物种内特定的基因序列加入到目标植物的DNA序列中，可以增强其生长速度和产量，改善其抗病能力和环境适应性等。

在医学方面，基因重组广泛应用于生产重要药物，如血液制品、生长激素、转化因子、婴儿奶粉等。

利用基因重组和赛事的DNA技术，可以人工合成重要的激素和蛋白质，这在人世经济发展和对许多疾病进行治疗上有着广泛的应用。

遗传学中的基因重组机制基因重组机制是一种通过DNA分子重组来产生新的基因组合的过程。

它在遗传学中起到至关重要的作用，导致了基因的多样性和进化。

基因重组可以分为两种类型：亲代重组和后代重组。

亲代重组是指在有性繁殖过程中发生的DNA重组。

它包括三个主要的机制：交叉互换、基因转座和不整合配子结合。

交叉互换是一种重组机制，发生在亲代细胞减数分裂的过程中。

在减数分裂中，亲代染色体通过交换DNA片段来重组基因组。

在交叉互换过程中，亲代染色体由于交叉互换点的不同而产生了不同数量的重组交换事件。

交叉互换在保持染色体稳定性的同时，增加了基因组的变异性。

基因转座是指DNA片段通过酶的作用从一个位置转移到另一个位置。

基因转座元件是能够跳跃到不同的染色体或基因组位置的DNA片段或基因。

这种转座事件导致了基因组的重新组合，从而影响基因的表达和功能。

不整合配子结合是另一种亲代重组的机制，发生在有性繁殖的过程中。

在不整合配子结合中，父本的染色体并不按原来的组合方式传递给子代。

这种不整合配子结合机制导致了基因组的重新组合，并且增加了基因组的多样性。

后代重组是指在细胞分裂和突变过程中发生的DNA重组。

后代重组包括三个主要的机制：突变、杂交和基因测序。

突变是一种发生在DNA复制过程中的错误，导致新的DNA序列的插入、删除或替换。

突变在基因重组中起到了关键的作用，因为它改变了染色体的DNA序列，从而导致了基因组的重组。

杂交是指不同个体之间的DNA重组。

当两个不同物种或品种的个体杂交时，他们的基因组会发生重组。

杂交产生了新的基因组组合，从而增加了基因组的多样性。

基因测序是一种通过DNA测序技术来确定基因组序列的方法。

通过测序技术，可以确定基因组的不同区域的DNA序列。

基因测序揭示了基因组的重组模式和基因组的多样性。

总而言之，基因重组是遗传学中的一个重要概念，可以产生新的基因组合，导致基因的多样性和进化。

亲代重组和后代重组是基因重组的两种机制，包括交叉互换、基因转座、不整合配子结合、突变、杂交和基因测序等过程。

DNA的重组（考研分子）知识点梳理1.D NA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合称为遗传重组（genetic recombination）或基因重排（genetic rearrangement），重组产物为重组体DNA，DNA的重组广泛存在于各位生物中，真核生物多发生在减数分裂同源染色体之间的交换2.D NA重组能够迅速增加群体的遗传多样性，使有利的变异与有害的变异分开，通过优化组合积累有意义的遗传信息；为DNA的损伤或复制障碍提供修复机制；调控某些基因的表达或生物的发育过程3.D NA重组（recombination）●概念：指发生在DNA分子内或DNA分子之间的核苷酸序列的交换、重排和转移的现象，是已有遗传物质的重新组合过程，包括同源重组、位点特异性重组和转座重组，是基因变异和物种进化的遗传基础●作用：生物体利用重组产生新的基因或等位基因组合、病毒利用重组将自身DNA整合到宿主细胞DNA中；基因工程技术利用重组进行基因敲除和遗传作图、生物体利用重组进行重组修复●分类●同源重组（homologous recombination）●概念：又称为一般性重组（general recombination），它是由两条具有同源区的DNA分子，通过配对、链的断裂和再连接而产生片段交换的过程，不依赖序列的特异性，只依赖序列的同源性，包括细菌的接合、转化和转导真核生物同源染色体之间的交换等●同源重组的类型●解释同源重组机制的模型●Holliday 模型●内容1)两个同源染色体DNA相互靠近，排列整齐2)两条链在对应的位置上各产生一个单链的断裂3)被切开的链相互入侵、交换、连接形成Holliday中间体4)通过分支迁移产生异源双链DNA5)Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组DNA，根据切开方向分为片段重组体（切开的链与原断裂的链为同一条，产生的重组体有一段异源双链区，异源双链区两侧来自同一亲本DNA链，左）和剪接重组体（切开的链不是原来断裂的链，重组体异源双链区两侧不是来自同一亲本DNA，右）●不足：Holliday模型能够较好地解释同源重组现象，但是两个DNA 分子对应链的相同位置发生断裂的可能性很小●单链断裂模型1)两个同源染色体中某一个DNA分子的一条链发生断裂产生3'末端，入侵另一个DNA分子的同源区的互补链并与之配对，●双链断裂模型1)在一个DNA分子中产生一个双链断裂，DNA外切酶在断裂处进行修剪，产生3'末端，3'末端入侵另一条DNA分子并与之配对，对应的链则被置换出来以原来断裂的链配对，经过修复合成和链的再连接形成两个交叉●细菌的基因转移与重组的机制●接合（conjugation）1)细菌的细胞相互接触时遗传信息从一个细胞转移到另一个细胞的过程2)供体细胞被定义为雄性，受体细胞被定义为雌性，转移DNA的过程由接合质粒完成，能促使染色体DNA基因转移的接合质粒称为F因子，F因子中与基因转移有关的转移区约占整个染色体的三分之一，其中的tra基因编码的蛋白质是构成F性菌毛的亚基，F性菌毛接触受体细胞表面后接合过程被活化，tra S和traT基因编码表面排斥蛋白（防止与F⁺细菌接合），F⁺细菌与受体细胞靠近后，TraD蛋白（一种内膜蛋白）作为DNA的转移通道，Tra I在Tra Y的协助下结合到接合质粒的转移起点切开一条链并与5'端共价结合，Tra I也有解旋酶活性，5'端进入受体细胞内便开始合成互补链，因此受体细胞变为F⁺细胞，而供体中的单链也合成互补链3)F因子也能整合在大肠杆菌染色体DNA上，当F因子启动接合时，质粒基因中转移起点被切开，其前导链引导染色体DNA单链转移，至于转移DNA链长短取决于转移过程的时间，转移到受体中的DNA单链先互补配对成双链，然后与受体DNA发生重组，外源基因的插入需要在两端分别形成交叉连接，即发生两个位点的重组4)整合在染色体DNA中的F因子也可能被切下来，不精确切割使切下来的F因子常带有宿主的染色体基因，称为F'因子，F'细胞与F⁻细胞杂交，供体部分的染色体基因随F'因子进入受体细胞，无需整合就能表达（因为接合质粒上有转录起始点），实际上形成部分二聚体，此时受体细胞变为F'，该过程叫性导（sexduction）●遗传转化（genetic transformation）1)是指细菌品系由于吸收了外源DNA（转化因子）而发生遗传性状改变的现象，具有摄取周围环境中游离DNA分子能力的细菌细胞称为感受态细胞（competence cell），感受态是暂时的，与特定的生理状态有关2)感受态因子可以诱导与感受态有关的蛋白的表达，如自溶素能使细胞表面的DNA结合蛋白和核酸酶暴露，当游离的DNA与DNA结合蛋白结合后，核酸酶使其一条链降解，另一条链被吸收进入细胞，并与感受态特异蛋白结合整合到染色体DNA中发生重组3)也有少数细菌可以吸收双链DNA4)用高浓度Ca²⁺处理大肠杆菌可以使其转化为感受态●转导（transduction）1)是通过噬菌体将细菌基因从供体转移到受体细胞的过程，包括普遍性转导和局限性转导2)普遍性转导：宿主细胞基因组任意一段DNA组装到成熟噬菌体颗粒内而被代入受体菌3)局限性转导：某些温和的噬菌体在装配病毒颗粒时将宿主的染色体整合部分的DNA切割下来取代病毒DNA●细胞融合（cell fusion）1)由于细菌细胞质膜融合导致基因转移和重组，实验室内可以通过使用溶菌酶将去除细菌细胞壁的肽聚糖使之成为原生质体进而完成融合●与重组有关的酶1)RecA蛋白●此蛋白可以诱发SOS反应和促进DNA单链的同化（单链与同源DNA分子双链发生链的交换）从而使重组过程中DNA配对、形成Holliday中间体和分支移动等过程能够实现●机理：数千个RecA蛋白单体与DNA单链结合形成螺旋状纤丝，此复合物与双链DNA作用使其部分解旋，然后迅速扫描单链DNA的互补序列，一旦找到，互补区双链进一步解旋与单链DNA沿5'——→3'方向互补配对，直到交换终止（ATP提供能量）●该基因突变会导致双链断裂积累，无法形成正常的联会复合体●真核生物中RecA的类似物：酵母中的Rad51和Dmc1蛋白；人体中的BCRA1和BCRA2蛋白，若编码这俩蛋白的基因突变会导致乳腺癌2)RecBCD蛋白●多功能酶：依赖于ATP的核酸外切酶活性、可被ATP增强的核酸内切酶活性（内外切都有）、ATP依赖的解旋酶活性●DNA分子发生双链断裂后，RecBCD结合在游离端，使DNA双链解旋并降解，当其移动到χ 位点（5'-GCTGGTGG-3'），在其3'端4—6个核苷酸处切开，产生有3'端的DNA单链，之后结合有RecA和SSB的DNA单链入侵双链DNA形成D环结构，RecA协助寻找同源区，互补配对后RecA和SSB被释放3)Ruv A、Ruv B和Ruv C蛋白●Ruv A蛋白能够识别Holliday 连结体的交叉点并结合，使其变成四方平面构象，并帮助Ruv B蛋白六聚体在交叉点上游结合在DNA双链上，通过水解ATP使双链解旋，并使异源链螺旋化，最后Ruv C蛋白切开联结体（分支迁移就是为了找到ATTG序列，才能切开）●减数分裂时的同源重组●启动重组的机制不同：双链断裂模型，但重组仅出现在断裂的一侧，杂合DNA只出现在同一条染色单体上●特异位点重组（site-specific recombination）●只发生在DNA的特异位点之间，依赖于序列的特异性，对序列的同源性要求低●λ噬菌体与大肠杆菌的位点特异性重组●特征：基本步骤同同源重组（链的交换、形成Holliday中间体、分支迁移、拆分），但是不需要RecA参与，分支迁移距离较短，依赖于特定的蛋白质识别重组位点，催化重组反应。

遗传重组知识点总结归纳遗传重组是指在生物体中由于基因结构的改变而引起基因组的重新组合，产生新的遗传特征。

这种基因组的改变可以是自然发生的，也可以是通过人工干预的手段来实现。

遗传重组在生物学领域中具有重要的意义，不仅对于生物进化、种群遗传结构和生物技术的应用具有重要意义，同时也为人类疾病的治疗提供了基因治疗的途径。

遗传重组的方式有很多种，不同的生物体中，遗传重组的方式也有所不同。

接下来，我们将从遗传重组的基本概念、遗传重组的类型、遗传重组的机制、遗传重组在生物技术中的应用等方面进行综合介绍。

一、遗传重组的基本概念1.1. 遗传重组的定义遗传重组是指两个不同来源的基因或DNA片段之间发生了重新组合，从而导致新的基因组合的现象。

这种现象在自然界中普遍存在，人类通过人工干预也可以实现遗传重组。

1.2. 遗传重组的基本原理遗传重组是由于DNA分子发生突变、交换和重组等现象导致的。

通过这些过程，不同的DNA片段可以重新组合形成新的基因组合，从而产生新的遗传特征。

1.3. 遗传重组在生物体中的意义遗传重组通过产生新的基因组合，可以为生物体提供更多的遗传多样性，从而增加了生物体对环境的适应能力。

另外，遗传重组也是生物进化的重要机制之一。

二、遗传重组的类型2.1. 重组组合类型根据发生重组的方式，遗传重组可以分为三种类型：- 同源重组：发生在同源染色体上的重组，是由于同源染色体上的同源亲本产生了杂交。

- 异源重组：发生在不同源染色体上的重组，是由于两个不同来源的基因或DNA片段之间发生了重组。

- 多体细胞重组：发生在多个细胞之间的重组。

2.2. 重组效应类型根据重组的效应，遗传重组可以分为两种类型：- cDNA重组：以DNA为信息分子的重组- RNA重组：以RNA为信息分子的重组2.3. 重组的遗传特点遗传重组不仅可以产生新的遗传特征，还可以导致遗传多样性的产生。

这种遗传多样性有利于生物体对环境的适应，并且对生物进化起到了重大的影响。