第七版生物化学_第14章基因工程
生物化学14.基因工程
思考题
1. 目的基因获得的方法有哪些？
2. 基因工程包括哪些步骤？
已知某一基因的DNA单链 5—— ATGGGCTACTCG——3 (1)写出DNA复制时另一条单链的核苷酸序列。 (2)以该链为模板转录成RNA序列。 (3) 合成的多肽序列。
参考密码子： UAC 酪氨酸 CCG脯氨酸 CAU组氨酸 AUG蛋氨酸 GUA缬氨酸 GCC丙氨酸
（四）基因载体 vector 常见的载体有三种，质粒、噬菌体和 病毒，他们都有自我复制的特性。 克隆载体、表达载体 原核载体：质粒(pBR322,pUC…） 噬菌体（λ，M13） 真核载体：动物病毒载体pLXSN
质粒：存在于细菌染色体外的小型环状 双链DNA分子。 理想的质粒： 1.拷贝数多; 2.两三个抗药性基因筛选标志 3.合适的限制性内切酶酶切位点（单一）
• 基因克隆示意图
载体DNA (限制性内切酶切开) 目的基因
重组体
宿主细胞
已转化的宿主细胞
繁殖 阳性克隆株
表达
（二）工具酶 常用的工具酶
限制性核酸内切酶 DNA连接酶 DNA聚合酶Ⅰ 切割DNA 生成3′- 5′磷酸二酯键 探针标记、补平3′末端
反转录酶
多聚核苷酸激酶 末端转移酶
cDNA合成
5′磷酸化、探针标记 3′末端多聚尾
CGA精氨酸 AGC丝氨酸
• 5——ATGGGCTACTCG——3 • (1) 3——TACCCGATGAGC——5 • (2) 3——UACCCGAUGAGC——5 • (3) 5——CGA GUA GCC CAU——3 N — Arg—Val —Ala —His — C
DNA DNA mRNA 多肽链
P C R 基 本 原 理
(二)克隆载体的选择和构建
生化基因工程课件
限制性核酸内切酶的命名
Hin dⅢ
属 系 株
Haemophilus influenzae d株 流感嗜血杆菌d株的第三种酶 序
第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写 第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写 第四个字母代表株 用罗马数字表示在该菌中发现该酶的先后次序
二、基因工程相关的酶学
一、基本概念
（一）基本概念 基因工程：是将不同的生物基因（供体）在体外 人工剪切、组合并和载体（质粒、噬菌体、病毒） DNA连接，然后、引入原先没有这类基因的微生 物或细胞（受体）内进行扩增，使转入的基因在 细胞内高效表达，并合成该基因所编码蛋白质的 过程，又称为基因操作。
一、基本概念
（一）基本概念 蛋白质工程：在基因工程技术的基础上通过对基 因的定向突变改造，从而达到对原有蛋白质的结 构与功能进行修饰，并可以离体表达的过程。
Bam HⅠ GGATCC CCTAGG BstⅠ GGATCC CCTAGG
GATCC G + G CCTAG
二、基因工程相关的酶学
（一）限制性核酸内切酶 3. II型限制性核酸内切酶的基本特性 （4）同尾酶：指来源及识别序列均不同，切割方式 也不同，所产生的限制性片段却是相同的粘性末端 的限制性酶，互称为同尾酶。
一、基本概念
（二）基因过程的基本原理
基因过程的基本过程（基本步骤）
1. 分：分离目的基因和基因载体
2. 切：限制性核酸内切酶对目的基因与基因载体进 行切割
3. 接：拼接目的基因与基因载体形成重组体 4. 转：将重组体转入受体菌 5. 筛：筛选出符合重组要求的重组体
基因工程的基本过程
转 分 筛 切
接
主要内容
生物化学试题及答案(14
生物化学试题及答案(14第十四章基因重组与基因工程[测试题]一、名词说明：1. 基因工程〔genetic engineering〕。
2. 接合作用(conjugation )。
3. 转化作用(transforation )。
4. 转导作用(transduction )。
5. 转座(transposition )。
6. 转座子(transposons )。
7. 同源重组(homologous recombination )。
8. 差不多重组(general recombination )。
9. DNA克隆〔DNA cloning 〕。
10. 复制子( replicon )。
11. 限制性核酸内切酶(restriction endonuclease )。
12. 回文结构〔palindrome 〕。
13. 配伍末端〔compatible end 〕。
14. 目的DNA 〔target DNA〕。
15. 互补DNA (complementary DNA；cDNA )。
16. 克隆载体(cloning vector )。
17. 表达载体(expression vector )。
18. 质粒(plasmid )。
19. α—互补(alpha complementation )。
20. 基因组DNA文库( genomic DNA library )。
21. 标志补救(marker rescue )。
22. 转染〔transfection 〕。
23. 基因组DNA 〔genomic DNA〕。
24. 感受态细胞〔competent cell 〕。
25. 聚合酶链反应(polymerase chain reaction )。
26. cDNA文库(cDNA library )。
27. 保守性转座(conservative transposition )。
28. 复制性转座(duplicative transposition )。
生物化学第十四章-基因重组和基因工程
第十四章基因重组和基因工程一、自然界的基因转移和重组：基因重组(gene recombination)是指DNA片段在细胞内、细胞间，甚至在不同物种之间进行交换，交换后的片段仍然具有复制和表达的功能。
1．接合作用：当细胞与细胞相互接触时，DNA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（conjugation）。
2．转化和转染：由外来DNA引起生物体遗传性状改变的过程称为转化(transformation)。
噬菌体常常可感染细菌并将其DNA注入细菌体内，也可引起细菌遗传性状的改变。
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改变的过程称为转染(transfection)。
转染是转化的一种特殊形式。
3．整合和转导:外来DNA侵入宿主细胞，并与宿主细胞DNA进行重组，成为宿主细胞DNA的一部分，这一过程称为整合。
整合在宿主细胞染色体DNA中的外来DNA，可以被切离出来，同时也可带走一部分的宿主DNA，这一过程称为转导(transduction)。
来源于宿主DNA的基因称为转导基因。
4．转座：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另一个位置的现象。
这些能够在基因组中自由游动的DNA片段包括插入序列和转座子两种类型。
⑴插入序列：典型的插入序列（insertion sequence，IS）是长750-1500bp的DNA片段，由两个分离的反向重复序列和一个转座酶基因。
当转座酶基因表达时，即可引起该序列的转座。
其转座方式主要有保守性转座和复制性转座。
⑵转座子：转座子(transposons)是可从一个染色体位点转移到另一个位点的分散的重复序列，含两个反向重复序列、一个转座酶基因和其他基因（如抗生素抗性基因）。
免疫球蛋白重链基因由一组可变区基因（VH）和一组恒定区基因（CH）构成，通过这些基因的选择性转座和重组，就可以转录表达出各种各样的免疫球蛋白重链，以对付不同的抗原。
大学生物化学课件基因工程ppt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Bam HⅠ
GGATCC CCTAGG
GCCTAG+
GATCC G
切割DNA后产生含5’磷酸和3’羟基的末端
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
连接酶
重组体
转化 体外包装，转染
带重组体的宿主
筛选
表型筛选
酶切电泳鉴定
菌落原位杂交
以 质 粒 为 载 体 的
DNA 克 隆 过 程
扩增或表达
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
（六）克隆基因的表达
Ⅱ类酶识别序列特点—— 回文结构(palindrome)
GGATCC CCTAGG
切口 ：平端切口、粘端切口
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
平端切口
HindⅡ
GTCGAC CAGCTG
GTC CAG
蛋白质而特意设计的载体称为表达载体。
载体的选择标准：
能在宿主细胞中自主复制； 具有两个以上的遗传标记物，便于重组体
的筛选和鉴定； 有克隆位点（外源DNA插入点），常具有
多个单一酶切位点，称为多克隆位点； 分子量小，以容纳较大的外源DNA。 作为表达载体，具有与宿主细胞相适应的
调控元件：启动子，增强子等。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
生物化学教案：第十四章 基因重组与基因工程
转座子(transposon, Tn)
1950年麦克林托克(McClintock)在对玉米籽粒颜色遗传进行观察时所发现。转座子在移位过程中，导致DNA链的断裂/重接，或是某些基因启动/关闭。
（1）原核细胞转座子
其原型是E.coli的IS(insertion sequence,插入序列)，一个细菌细胞常带少于10个IS序列。IS两端存在着反向重复序列IR(inverted repeat)，IR长短不一。IS本身没有任何表型效应，只携带和它转座作用有关的基因，称转座酶基因。
1、同源重组的概念和机制。
最基本的DNA重组方式，同源重组是指发生在同源序列间的重组，它通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换，又称基因重组。
2、细菌的基因转移与重组
接合作用、转化作用、转化作用。
3、特异位点重组
λ噬菌体DNA的整合，细菌的特异位点重组，免疫球蛋白的基因重排。
B．人工接尾法：即同聚物加尾连接法。当载体和目的基因无法采用同一种限制酶进行切断，无法得到相同得粘性末端时，可采用此方法。此法首先使用单链核酸酶将粘性末端切平，再在末端核苷酸转移酶的催化下，将脱氧核糖核苷酸添加于载体或目的基因的3'-端，如载体上添加一段polyG，则可在目的基因上添加一段polyC，故二者即可通过碱基互补进行粘合，再由DNA连接酶连接。
授课章节
第三篇 基因信息传递·第十四章 基因重组与基因工程
授课对象
2007级本科
临床专业1、2、3班
学时
4
时间
2008.11.24/30
授课地点
5315、5506、2301教室
教材
《生物化学》·第六版·人民卫生出版社
生物化学中的基因工程和生物技术
生物化学中的基因工程和生物技术基因工程和生物技术，作为生物化学领域的重要分支，在当今科学研究和生产实践中扮演着至关重要的角色。
基因工程是指利用分子生物学和细胞生物学的原理和技术，对生物体的遗传信息进行操作和改造的一门学科；而生物技术则是应用基因工程技术，研发各种产品和服务的综合学科。
本文将就基因工程和生物技术的原理、应用及伦理问题进行探讨。
首先，基因工程技术的原理主要包括基因克隆、DNA重组、基因突变和基因表达等过程。
基因克隆是指将某种具有特定功能的DNA片段复制多份，形成多个完全相同的基因片段。
而DNA重组则是利用限制酶和DNA连接酶等酶类工具，将两个或多个不同DNA片段连接在一起，形成新的DNA组合。
基因突变则是通过诱发DNA序列发生变异，改变生物的遗传信息。
而基因表达是指基因转录和翻译的过程，使得基因的信息转化为特定蛋白质的生物过程。
其次，生物技术的应用领域广泛，包括医疗保健、农业、食品工业、环境保护等多个领域。
在医疗保健方面，基因工程技术已经被应用于基因治疗、药物研发和生产等方面，为许多疾病的治疗提供了新的希望。
在农业领域，生物技术可以用于育种改良，提高农作物的产量和抗病性，以满足不断增长的人口需求。
在食品工业中，转基因技术可以帮助提高食品的营养价值和品质，增加作物产量，解决粮食短缺问题。
在环境保护方面，基因工程技术可以处理废水、净化空气、治理污染等，为人类改善生活环境做出贡献。
然而，随着基因工程和生物技术的日益发展，也伴随着一些伦理问题的产生。
例如，转基因食品的安全性和风险性引发了广泛的争议；基因编辑技术的道德约束和风险管理也值得深思。
同时，遗传信息的隐私保护和滥用、生物资源的公平分配等问题也需要引起足够重视。
因此，科学家、政府和公众需共同努力，建立健全的生物伦理学框架，确保基因工程和生物技术的发展不违背伦理道德，维护人类和自然生态的和谐共处。
综上所述，基因工程和生物技术作为生物化学领域的重要研究方向，对人类社会和生态环境的发展有着重要的影响。
生物化学之基因工程
蛋白质工程
• 蛋白质工程，是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶 学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通 过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改 造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。 蛋白质工程的研究内容： 1 利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。 2 定量确定蛋白质结构-功能关系。这是目前蛋白质工程研究 的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建立，酶催化的性 质、蛋白质折叠和稳定性研究等. 3 从混杂变异体库中筛选具有特定结构-功能关系的蛋白质。 4 根据已知结构-功能关系的蛋白质，用人工方法合成它及其 变异体.
基因工程与蛋白质工程
• 一．基因工程的概念 • （一）基因（gene） • 基因 从化学上来说，指的是一段DNA或RNA顺序， 该顺序可以产生或影响某种表型（genotype， phenotype），可以由于突变生成等位基因变异体（体细 胞父源和母源；正常和突变基因）；从遗传学上来说， 基因代表一个遗传单位，一个功能单位，一个突变单位。 • （二）基因工程（genetic engineering） • 基因工程 在体外通过人工剪、接，将不同来源的 DNA分子组成一个杂合DNA分子(DNA分子重组体)，然后 导入宿主细胞去复制扩增或表达。因为通过人工设计,得 到一定的设计方案，故称为基因工程。由于整个操作在 分子水平上进行，所以也称分子克隆。 • 基因工程的基本特点是，分子水平操作，细胞水平表 达。
三．基因工程克隆技术――人类对自然的干预 （一）遗传和变异是生物学的一对重要概念。 1.遗传赋予生物种的稳定，保证生物种的延绵不断 2. 变异赋予生物种的进化，保证生物种对环境的适应。 3. 遗传和变异这一对矛盾在一个生物体内统一起来。 4.在生物演变的历史长河中，自然发生的变异是相当相 当缓慢的。 5.随着生物科学的发展，尤其是基因工程技术的诞生， 人类开始干预生物的变异（福耶祸耶？无法定论） 6.经典的遗传学千百万年才能积累出现的有利的变异， 通过基因工程手段几十年乃至几年就可以实现。而 时至今日，几乎一发不可收拾。
第七版生物化学名词解释
第七版生物化学名词解释第一章蛋白质的结构与功能(1)肽键：蛋白质中前一氨基酸的α-羧基与后一氨基酸的α-(2)(3)肽键平面：肽键中的C-N键具有部分双键的性质，不能旋转，因此，肽键中的C、O、N、H(4)蛋白质分子的一级结构：蛋白质分子的一级结构是指构成蛋白质分子的氨基酸在多肽链中的排列顺序和连接方式(5)(6)蛋白质的等电点：在某-pH溶液中，蛋白质分子可游离成正电荷和负电荷相等的兼性离子，即蛋白质分子的净电荷等于零，此时溶液的pH⑺蛋白质变性：在某些理化因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学活性的丧失的现象。
⑻协同效应:一个亚基与其配体结合后，能影响另一亚基与配体结合的能力。
(正、负)如血红素与氧结合后，铁原子就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。
⑼变构效应:蛋白质分子因与某种小分子物质（效应剂）相互作用而致构象发生改变，从而改变其活性的现象。
⑽分子伴侣：分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。
细胞至少有两种分子伴侣家族——热休克蛋白和伴侣素。
第二章核酸的化学结构与功能(1)核酸变性：在某些理化因素的作用下，核酸双链间氢键断裂，双螺旋解开，变成无规则的线团，此(2)DNA的复性作用：变性的DNA在适当的条件下，两条彼此分开的多核苷酸链又可重新通过氢键连接，形成原来的双螺旋结构，并恢复其原有的理化性质，此即DNA的复性。
(3)杂交：两条不同来源的单链DNA，或一条单链DNA，一条RNA，只要它们有大部分互补的碱基顺序(4)增色效应：DNA变性时，A260(5)解链温度：在DNA热变性时，通常将DNA变性50%时的温度叫解链温度用Tm表示。
(6)DNA的一级结构：DNA的一级结构是指DNA链中，脱氧核糖核苷酸的组成，排列顺序第三章酶学(1)辅酶：与酶蛋白结合的较松，用透析等方法易于与酶分开。
辅基：与酶蛋白结合的比较(2)酶的活性中心：必需基团在酶分子表面的一定区域形成一定的空间结构，直接参与了将作用物转变为产物的反应过程，这个区域叫酶的活性中心。
高中生物基因工程课件
斯坦利·科恩和赫伯特·伯洛克首次成功进行基因重组实验。
2
1983年
库里和米尔斯获得第一个成功的重组疫苗——乙肝疫苗。
3
1990年代
人类基因组计划的启动，标志着基因工程进入全基因组时代。
基因工程的应用
医学研究
基因工程在疾病诊断、药物 研发和治疗方面有着广泛的 应用，为医学领域带来革命 性变革。
农业改良
个体化疾病诊断 精准医学 基因药物研发
通过基因检测，实现对个体疾病易感性和风险的 准确评估。
利用基因工程技术，制定个性化治疗方案，提高 疗效和降低药物不良反应。
基因工程为创新药物的研发提供了新的方向，有 望开发更有效的药物来治疗疾病。
高中生物基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工程ppt课件
欢迎来到高中生物基因工程的PPT课件。让我们一起探索基因工程的定义、历 史、应用、基因组编辑技术、优势与风险、伦理问题以及医学领域的前景。
基因工程的定义
基因工程是一种利用人工手段对生物体的基因进行改造和调控的技术，以实 现特定目的的生物工艺过程。
基因工程的历史
1
1973年
TALEN技术
TALEN是另一种基因组编辑技术， 具有高度的精确性和特异性。
基因工程的优势与风险
1 优势
基因工程能够提供潜在的医学和农业解决方案，推动科技进步和经济发展。
2 风险
基因工程可能带来伦理问题、生态风险和技术滥用的风险，需要谨慎使用和监管。
基因工程的伦理问题
隐私保护
个人基因信息的收集和使用如 何保护隐私和数据安全是一个 重要的伦理问题。
公平分配
基因治疗等高技术手段的费用 和资源如何公平分配，涉及社 会正义和公共利益问题。
基因工程精选全文完整版
– 可直接表达不含任何原核序列的外源 蛋白（原核表达载体）
– 以融合蛋白的形式进行表达（原核基 因融合表达载体）
表达载体
真核表达载体含有：
– 原核基因序列 – 真核转录单位
真核表达载体：有两类
– 不带病毒复制子 – 带病毒复制子
质粒（plasmid）
存在于细菌等细胞质中 双链环状DNA分子 大约 1-200 Kb 具有自主复制和转录能力 不能独立存活 在子细胞中保持恒定的拷贝数 并表达其遗传信息
质粒（plasmid）
在细胞内的复制分两种类型
严密控制型
松弛控制型
(stringent control) (relaxed control)
基因工程操作流程
基因重组示意图
基因工程上游技术基本过程
选择载体 获得目的基因 目的基因与载体的重组 重组载体的转化 重组子的筛选与鉴定
载体（vector）
质粒（plasmid） 噬菌体（phage） 病毒（virus）
载体的条件
分子小（ 10 Kb） 有限制酶酶切位点 可自主复制 有足够的copy数 带筛选的标志
法将允许克隆人体器官
法国总理若斯潘（2000年9月28日） 表示：
– 法国政府将允许对人体器官克隆技术 进行用于医疗目的的研究
基因工程技术
上游技术（upstream）
– 重组子的构建 – 工程菌的构建及高效表达
下游技术（downstream）
– 工程菌大规模发酵最佳参数的确定 – 新型生物反应器的研制 – 高效分离介质及装置的开发 – 分离纯化的优化控制 – 生物反应器等一系列仪器、仪表的设计制造 – 超滤、反渗透技术的应用
分子生物学原理--基因工程ppt课件
分子生物学原理
整合
• 整合： 噬菌体感染大肠杆菌的第一步
噬菌体粘附于细胞壁上，将自身的 DNA注入菌体中。 此 DNA可与细菌染色 体重组，成为细菌染色体的一部分。
• 溶原菌：整合了噬菌体基因组的细菌。
• 裂解： 噬菌体感染大肠杆菌的第二步
DNA利用菌体的酶系统，复制自身及 外壳蛋白，组装成大量新 噬菌体，并将 细菌涨破。
第十四章 基因重组与基因工程
10/28/2024
分子生物学原理
基因重组：genomic recombination 重组DNA：recombinant DNA
10/28/2024
分子生物学原理
第一节、自然界的基因重组
• 转化：transformation • 整合：integration • 转导：transduction • 转位：transposition
10/28/2024
分子生物学原理
转位
• 转位：一个或一组基因从一处转到基因 组的另一个位置。
• 这些游动的基因称为转位子(transposon)。
10/28/2024
分子生物学原理
转 位
10/28/2024
分子生物学原理
第二节、基因工程
• 基因工程：是用分离纯化或人工合成的 DNA在体外与载体DNA结合，成为重组 DNA，用以转化宿主，筛选出能表达重 组DNA的活细胞，加以纯化、传代、扩 增，成为克隆。也叫基因克隆或重组 DNA技术。
切割后与原来载体比较。
• 利用核酸杂交和放射自显影进行鉴定：用目 的基因作探针监测宿主DNA是否重组体。
10/28/2024
分子生物学原理
DNA重组体的筛选与鉴定
•灭 活法筛 选重组 体。
基因工程名词解释生物化学
基因工程名词解释生物化学
嘿，咱今儿个就来讲讲基因工程这档子事儿！基因工程啊，简单来说，就好比是一个超级厉害的魔法棒，能对生物的基因进行各种神奇
操作。
比如说吧，就像你有个玩具，你可以按照自己的想法去改造它，让它变得更酷更厉害，基因工程就是对生物的基因做这样的事儿。
咱来具体瞅瞅，基因工程包括了好多方面呢。
像基因克隆，这不就
像是给基因找个一模一样的“双胞胎”嘛！还有基因编辑，哎呀呀，那
简直就是在基因的世界里当“雕刻大师”呀，想怎么雕琢就怎么雕琢。
你想想看啊，要是能通过基因工程让农作物长得更好、更抗病，那
农民伯伯们得多开心呀！这可不是开玩笑的，这是真有可能实现的呢！就好像给农作物穿上了一层超级铠甲，啥病虫害都不怕啦。
再比如说，在医学领域，基因工程可以用来制造救命的药物，这多
了不起呀！难道不是吗？这就像是给病人送来了一颗“救命仙丹”呀。
还有啊，基因工程还能帮助我们更好地了解各种生物的特性和秘密呢。
这就像你拿到了一把解开生物世界大门的钥匙，能进去一探究竟。
我觉得呀，基因工程就是未来的希望，它有着无限的可能性！它能
让我们的生活变得更加美好，更加充满惊喜！咱可得好好关注它，说
不定哪天它就给我们带来了超级大惊喜呢！。
基因工程的名词解释生化
基因工程的名词解释生化基因工程是一项在生物学领域中具有重要意义的科学技术，它涉及到对生物体的基因组进行精确的改造和修改，以实现对目标性状的调控。
基因工程的出现和发展为人们掌握生物学体系提供了一种全新的可能性，也为生物医学领域的研究和应用带来了巨大的潜力。
基因工程的核心是基因的操作和转移。
通过分离、克隆、合成特定基因，科学家可以将具有所需功能的基因导入到目标生物体中，从而实现目标特征的改变或增加。
基因的转移可以通过多种方式完成，如病毒载体介导的转化、细胞器介导的转移和生物物理手段（如基因枪）导入等。
基因工程的应用涵盖了多个领域。
在农业领域，基因工程技术已经被应用于改良植物和农作物的品质和产量。
例如，通过转移抗病虫基因，科学家成功培育出抗病虫害的转基因作物，广泛应用于农田中。
这些转基因作物具有更高的抗病能力和耐受逆境的能力，能够有效提高农作物的产量和质量，解决人口增长、粮食安全等问题。
在医学领域，基因工程技术为人类疾病的预防和治疗提供了新的途径。
通过基因工程技术，科学家可以定向修改人类基因，改变个体患病倾向和遗传疾病的传递。
例如，基因编辑技术CRISPR-Cas9的应用，可以精确地修复患者基因中的突变，治疗一些罕见遗传病。
此外，基因工程技术也为疫苗、抗体等药物的生产提供了新的途径，促进了生物药品的发展。
然而，基因工程技术也面临一些争议和道德困境。
一方面，人们担心基因工程可能导致环境的污染和生物多样性的丧失。
转基因作物的广泛种植可能导致入侵物种的产生，进而破坏原有的生态系统。
另一方面，基因工程涉及到对生物基因的人为修改，引发了对自然界秩序和道德伦理的思考。
人们争论着是否应该在人类身上进行基因改造，担心这种改造可能导致未知的后果和不可逆的风险。
为了规范和控制基因工程技术，各国纷纷出台了相应的法规和规范。
这些法规和规范要求科学家在进行基因工程操作时，必须遵守伦理原则和安全规程，以确保基因工程技术的安全性和可控性。
生物化学中的基因工程技术研究
生物化学中的基因工程技术研究生物化学是研究生命机制中的化学作用和分子结构的学科。
其中的基因工程技术，即分子生物学中的DNA重组技术，在生物医学、农业等领域具有广泛的应用。
本文将介绍基因工程技术的基本原理和各个领域的应用。
一、基因工程技术的原理基因是生命的基本单位，由长链DNA分子组成。
基因工程技术旨在通过改变DNA序列，产生具有特定性状的个体。
其基本原理是通过酶切、连接和转移三个步骤，将外源DNA序列（如人类基因、细菌、植物等）引入宿主细胞中，使其表达所需要的蛋白质。
首先，用限制性内切酶切开所需引入的外源DNA序列和宿主DNA。
然后选用连接酶将宿主DNA和外源DNA连接在一起，得到重组DNA分子。
最后利用转移载体（如细菌质粒、病毒等）将重组DNA分子传递到目标细胞中，取代或添加其自身DNA，使得目标细胞表达外源基因。
二、医学应用基因工程技术的医学应用主要体现在基因治疗、基因诊断和药物基因组学三个方面。
基因治疗是指通过向患者体内引入正常的外源基因，来修复或替代缺陷的基因，实现治疗的目的。
比如，通过基因工程技术制备的嗜铬细胞瘤病毒载体，可以将正常基因引入患者体内，治疗肺癌、白血病等恶性肿瘤。
基因诊断则利用分子生物学技术，检测DNA序列的突变情况，以实现良性、恶性疾病的准确诊断，如乳腺癌、胃癌、肺癌等疾病。
此外，药物基因组学研究了药物对基因的影响，能够预测和个体化治疗药物，从而提高药物工作效果和最小化副作用。
三、农业应用基因工程技术还被广泛地应用在农业领域，包括作物基因改良、家畜育种等。
作物基因改良主要是通过改变植物的遗传结构，使其具有抗病虫害、耐旱、耐寒等性质。
比如，将Bt基因转入玉米中，使其产生杀虫剂，从而提高产量。
家畜育种方面，利用基因工程技术可以提高肉牛、肉猪的生长速度和产量，改善乳牛的生产性能，培育出高产优质的家禽、水产等。
四、伦理和法律问题基因工程技术的广泛应用和发展，也面临着一系列伦理和法律问题。
大学生物化学课件 基因工程。
基因工程1.基因表达的空间特异性：在多细胞生物个体在某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同组织器官表达多少是不一样；在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，即基因表达的空间特异性。
2.反式作用因子：可以结合顺式作用元件的调节蛋白，影响基因表达，如转录因子、反式作用蛋白、顺式作用蛋白3.克隆：来自同一始祖的相同副本或拷贝（copy）的集合。
4.管家基因：一类在生物个体的几乎所有细胞中持续表达，其表达产物对生命全过程都是必需的或必不可少的基因。
5.操纵子：通常由2个以上的编码序列与启动序列（promoter）、操纵序列（operator）以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。
6.粘性末端：限制性内切酶切割DNA片段形成3’末端突出或5’末端突出。
7.限制性核酸内切酶:识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。
8.单顺反子：即一条编码基因转录生成一个mRNA，经翻译生成一条多肽链。
9.顺式作用元件：可以影响自身基因表达活性的序列，如：沉默子、增强子、启动子。
如何以基因工程的方法生产人胰岛素目的基因获取；获得人的胰岛素基因，使用内切酶将目的基因从原DNA中分离从DNA 中提取胰岛素基因，获得人的胰岛素基因基因载体选择、构建；使用细胞工程培养大肠杆菌，从大肠杆菌的细胞质中提取质粒目的基因与载体拼接；将目的基因导入质粒经行基因重组重组DNA分子导入受体细胞；将重组质粒导入到受体细胞中筛选重组体，重组的质粒也放入培养液中，大肠杆菌便会将重组质粒吸收。
目的基因的表达。
在大肠杆菌内，质粒通过表达转录与翻译后，通过大肠杆菌的大量繁衍，便可大量生产出胰岛素。
大肠杆菌在只有葡萄糖和只有乳糖的2种条件下，乳糖操纵子的表达情况如何，为什么？。
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5´ 3´
5´ 3´
3´
5´
5´
3´
DNA
连接酶 3´
5´
5´
拼 接
片 段
3´
重
重
组
组
5´ 3´
5´3´
体
体
3´ 5´
3´ 内切酶
5´
(ruvC)
3´ 5´
5´ 3´
3´
5´
5´
3´
DNA
5´
连接酶
3´ 5´
3´
3´
53´´
5´
E.coli同源重组分子机制：
需数十种酶参与，其中最关键的是：RecA蛋白、 RecBCD复合物及RuvC蛋白。 RecA蛋白是由rec基因编码的，可结合单链DNA， 形成RecA—ssDNA复合物。 RecA蛋白具有多个DNA 结合位点，因此线性RecA—ssDNA复合物可以通过插 入同源的DNA双螺旋的大沟，形成三链DNA中间物， 并通过旋转逐渐取代双螺旋DNA中的一条链，与互补 链配对，将同源链置换出来，产生新的双链DNA分子， 从而完成DNA重组。
通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细 胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型，称为转 化作用 (transformation)。
例如：当细菌破裂溶解（溶菌）时，其裂解 的DNA片断可被另一细菌作为外源DNA摄取，并 重组整合进自己的基因组，随细菌基因一起复制、 转录、翻译，使受体菌获得新的遗传表型。
目录
2.倒位重组及后果： 以hix为特异重组位点，在倒位酶作用下，两个hix 之间的H片段进行特异位点重组(倒位)。其结果是 H2和rH1基因不表达，因为没有了启动子。但远方 的H1基因因没有阻遏蛋白的抑制而得以表达。所以， 倒位重组的后果是表达H1鞭毛蛋白而不表达H2鞭毛 蛋白。因此，沙门氏菌的位相是由于它的两种鞭毛 蛋白质H1和H2的交迭表达。在某一时期，菌体表达 其中的一种，但从不表达两种。
3´
5´
内切酶
(recBCD)
3´ 5´ 5´
3´ 5´ 3´
DNA侵扰 (recA)
3´
5´
5´ 3´
5´
3´
DNA 5´
3´
3´
5´ 连接酶 3´
5´
3´
5´
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5´
3´
3´
5´
3´
Holiday中间体
目录
5´
3´
3´
5´
3´
5´
5´
3´
Holiday中间体
内切酶
(ruvC)
3´ 5´ 5´ 3´
CACAGTG(12/23)ACAAAAACC
GTGTCAC
TGTTTTTGG
基因片段
重组信号序列
其九核苷酸序列提供最初的识别位点，七核 苷酸序列为切割位点。催化此重排的重组酶基因 rag (recombination activating gene)共有两 个，分别产生蛋白质RAG1和RAG2。RAG1识别 信号序列，然后 RAG2加入形成复合物，共同促 进重排。抗体基因片段的连接过程如图。
RuvC蛋白
有内切酶活性，可切开同源重组的中间体
目录
E.Coli的同源重组过程:
首先由RecB、RecC、RecD的复合物使DNA产 生单链切口；RecA蛋白催化单链DNA对另一双链 DNA的侵入，并与其中的一条链交叉，交叉分支移 动，待相交的另一链在RecBCD内切酶催化下断裂 后，由DNA连接酶连接缺失的远末端，形成 Holliday中间体；此中间体再经内切酶RuvC切割、 DNA连接酶连接完成重组。
①λ噬菌体DNA的整合;②细菌的特异位点重组； ③免疫球蛋白基因的重排；④转座重组等。
目录
（一）λ噬菌体DNA的整合 （了解） 在λ噬菌体感染的早期即有大量整合酶产生，故几 乎所有被感染的细胞都发生整合作用。 λ噬菌体的整合酶识别噬菌体和宿主染色体的 特 异 靶位点发生选择性整合；
目录
2.特异位点：
目录
例 λ噬菌体的生活史
溶菌生长途径 (lysis pathway)
溶源菌生长途径 (lysogenic pathway)
目录
目录
三、位点特异重组
概念： 在整合酶催化下，在两个DNA序列的特异位
点 之 间 发 生 的 整 合 作 用 称 为 位 点 特 异 重 组 (sitespecific recombination) 种类：
并非所有质粒DNA都能转移，而是只有某些较 大的质粒（如F因子）才能通过接合作用发生转移。 因F因子含有细菌的性鞭毛蛋白编码基因。能表达 形成细菌的表面性鞭毛。
目录
质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 可接合质粒如 F 因子(F factor)
F+
酶切单链
性鞭毛连接 F-
目录
（二）转化作用
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(四).功能
1.在减数分裂过程中，同源染色体之间进行交 换，形成生物个（群）体的多样性。
2.是DNA损伤修复的重要机制之一。
目录
二、细菌的基因转移与重组
细菌（一）接合作用
当细胞与细胞、或细胞与细菌通过菌毛相互接 触时，质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至另一细 胞 （ 细 菌 ） ， 这 种 类 型 的 DNA 转 移 称 为 接 合 作 用 (conjugation)。
链连接，形成Holliday中间体。 ③通过分支移动产生异源双链DNA。 ④Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组
体DNA。 由于切开的方式不同，得到两种不同的产物：
片段重组体(patch recombinant)
拼接重组体(splice recombinant)
目录
片段重组体： （见模型图右边产物）： 切开的链与原来断裂的是同一条链，重组体含
DNA片段的交换和重新组合，形成新的DNA分子的过程。 重组类型：同源重组、特异位点重组、转座重组 二、同源重组(homologous recombination） （一）概念：发生在同源序列间的重组，通过链的断裂和 再连接,在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段
的 交换,称为同源重组又称基本重组。是最基本的DNA重组 方式.
目录
（二）同源重组特点： ① 不需要特异DNA序列，而是依赖两分子间序列的
相 同或相似性（同源性）； ② 并且同源双链DNA分子必须紧密接触，相对应方
能 交换； ③重组时，两个DNA片段必须有一个发生断裂或有一 段单链缺失。
目录
（三）机制：Holliday模型；同源重组有4个关键步骤
①两个同源染色体DNA排列整齐。 ②一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应
过程：噬菌体感染宿主菌后有两种生活方式： 溶菌性生长途径和溶源性生长途径。
目录
1.溶菌性生长途径：
噬菌体DNA在宿主菌内进行自我复制，迅 速增殖，并进行转录和翻译，组装成大量新的 噬菌体。连续增殖直到把细菌涨破，新的噬菌 体释放出来，又可再感染其他细菌。
目录
2.溶源菌生长途径：
是噬菌体DNA整合进宿主染色体，随宿主DNA 复制而被动复制，这种整合了噬菌体DNA的细菌称 为溶源菌。在溶源菌生长中，噬菌体与宿主菌可以共 存维持无数代，直到宿主遭遇特殊事件时，使原噬菌 体DNA从细菌染色体上被切下再进入溶菌途径。当 原噬菌体DNA从细菌染色体被切下时，如果有部分 宿主DNA被随着切下，这种带有宿主DNA的噬菌体 称为转导噬菌体。转导噬菌体再次感染细菌时就可将 前一宿主DNA转移至新的宿主细胞，发生转导作用。 如图
目录
例：细菌的特异位点重组
沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变
1
2
2
1
目录
（三）免疫球蛋白基因的重排
免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链(L链)和两条重链(H 链)组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编 码轻链(和)，一个编码重链。轻链的基因族上分别 有L、V、J、C四类基因片段。L-前导片段；V-可变片段； J-连接片段；C-恒定片段。重链的基因族上有L、V、D、 J、C五类基因片段， D-多样性片段。
P O P`
B O B`
目录
3.参与的整合的酶 （1）整合酶（integrase Int）：由λ噬菌体int基因 编码，指导λ噬菌体DNA插入到宿主的染色体中。 （2）整合宿主因子（integration host factor IHF） 由大肠杆菌产生，结合于attP，对整合起促进作用。 （3）切除酶（excisionase Xis ）由λ噬菌体xis基因 编码。指导λ噬菌体DNA从宿主的染色体中切出来。 4.过程：λ噬菌体编码整合酶。这个酶能指导λ噬菌体 DNA通过重组位点attP插入E.coli的重组位点attB处发 生交叉重组，将两个较小的环状DNA分子变成一个大环。
基因工程：
基因工程是指在试管内应用人工方法进行基因 重组，把重组的基因导入细胞或细菌内，进行复制、 转录和翻译。利用这一技术可以扩增DNA，生产蛋 白质，或者创造生物新品种。该技术又称为重组 DNA， DNA克隆或分子克隆。
目录
第一节 DNA的重组
DNA Recombination
目录
一、概念： 基因重组：不同来源的DNA链的断裂和连接而产生的
目录
例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。
目录
（三）转导作用
当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来， 再次感染另一（受体）细胞时，发生在供体细胞 与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导 作用(transduction)。
自然界常见的转导作用是由噬菌体感染宿主 菌（细胞）时，伴随发生DNA转移和基因重组。
λ噬菌体重组的特异位点称attP(attachment
site phage)，含P、O和P`三个序列组成。大肠杆菌