第一章 基因工程学概论[可修改版ppt]
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基因工程-1-前言PPT课件
36
基因治疗临床试验所涉及的疾病
2021/6/7
37
二、基因工程的应用
2.基因工程与工农业
2.1转基因植物
植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离 到的目的基因，通过各种方法转移到植物的基因 组中，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状， 如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。
➢植物抗虫基因工程 ➢抗病基因工程 ➢植物抗逆基因工程 ➢植物品质改良的基因工程 ➢植物生物反应器
基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序
2021/6/7
列，它是遗传物质的最小功能单位。 4
第一节 基本概念
2.基因工程
(gene engineering) 用人工方法,对
DNA(基因)分子在体 外(in vitro)进行切割、 连接、组成重组DNA 分子.再导入生物体内, 并使其在异种生物内 复制、表达,从而使受 体生物获得新的遗传 性状,这一全过程称为 基因工程.
3.
2021/6/7
实践上的三大实验
重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异
源表达实验
13
限制性内切酶的发现
1970年H· Smith 首次分离了Ⅱ型限制酶HindIII
1978年诺贝尔奖
2021/6/7
14
基因克隆质粒载体的应用
pSC101（plasmid Stanley Cohen)
➢ 复制单元 ➢ 抗生素抗性基因 ➢ 外源DNA克隆位点
2021/6/7
33
第一例基因治疗临床实验
腺苷脱氨酶基因
2021/6/7
34
基因治疗死亡病例
1999年 一位18岁青年盖幸格接受基因治 疗仅仅4天便不幸死亡。
2002年 法国两名接受免疫缺陷基因治疗 的儿童，又莫名其妙地患上了白血病
基因工程部分PowerPoint演示文稿课件 (一)
基因工程部分PowerPoint演示文稿课件 (一)基因工程是一门前沿、高科技的学科，目前已经成为了生物学、医学、农业等诸多领域的重要研究方向。
为了更好地展示基因工程的相关知识，许多学校和企业都会开设基因工程课程，并配备相应的课件。
本文将对基因工程部分PowerPoint演示文稿课件进行介绍。
一、课件总体结构该基因工程课件共分为五个部分，包括基因的概念、基因工程技术、基因编辑技术、转基因技术和基因疗法，每个部分都具有较强的独立性。
整个课件结构合理、条理清晰，便于学生和学者进行学习和掌握相关知识。
二、课件内容概述1.基因的概念：介绍了基因的定义、结构、作用和遗传学基本概念，为后续课件内容的学习提供了基础。
2.基因工程技术：详细介绍了基因工程技术的概念、分类以及广泛应用的方法，如PCR、DNA酶切、基因克隆等。
课件以具体实验操作为例，使学生更好地了解基因工程技术原理和实践。
3.基因编辑技术：主要介绍了CRISPR/Cas9、TALEN、ZFN等基因编辑技术的定义、特点、原理和应用。
对于基因编辑概念不熟悉的学生，可以通过这部分课件全面了解最新编辑技术。
4.转基因技术：该部分以转基因农作物为例，详细介绍了转基因技术的定义、原理、制备工艺和应用。
课件还讨论了转基因技术的影响和风险。
5.基因疗法：介绍了基因疗法的定义、原理和应用，对经典基因治疗、基因药物、基因细胞治疗等方面进行了详细解读，使学生全面了解该领域的最新进展。
三、课件教学特点1.图文并茂，简洁明了：该课件采用大量图片、流程图和图表等形式，让学生更好地理解和掌握相关概念。
2.细致入微的解读：该课件对于复杂概念通过细致的解读，形象生动的解释和丰富的案例，让学生感受到知识的魅力和深度。
3.前沿性与实用性并重：该课件不仅介绍了基本概念和原理，还强调课件内容与现实应用的紧密关系，既有前沿性，也具有实用性。
综上所述，该基因工程部分PowerPoint演示文稿课件以其全面的知识体系、简明的语言表达、多样化的展示形式以及先进的理念和技术，使学生深度了解基因工程，不仅提高了学术水平，也拓宽了职业视野。
基因工程[可修改版ppt]
![基因工程[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/2166df4b7375a417866f8fb2.png)
打破了常规育种难以突破的物种之间的界限
可以使原核生物与真核生物之间的遗传信息进行 相互重组和转移 可以使动物与植物之间的遗传信息进行相互重组 和转移 可以使人与其他生物间的遗传信息进行相互重组 和转移
2.2 DNA重组
2.2.1 DNA的一般性质 2.2.1.1 DNA的组成和结构
腺嘌呤脱氧核苷酸(A) 鸟嘌呤脱氧核苷酸(G) 胞嘧啶脱氧核苷酸(C) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸(T)
主要途径： 限制性内切核酸酶酶切法 PCR扩增法 化学合成法
2.2.2 获得DNA片段的主要途径
2.2.2.1 限制性内切核酸酶和DNA片段化 限制性内切核酸酶(restriction endonuclease) 功能：能识别双链DNA中特殊核苷酸序列, 并在合适的 反应条件下,使每条链的一个磷酸二酯键断开,产生具有 3´OH和5´P的DNA片段。 识别序列规律：旋转对称或左右互补对称。 切割位点:在识别序列上使磷酸二酯键断开的位置。
这些酶的普遍缺点： 热稳定性差，DNA热变性后即被灭活。
Taq酶
来自水生嗜热菌Thermus aquaticus YT-1，该菌是 1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得 到。生长在70～75℃极富矿物质的环境中。
Taq聚合酶的特点及浓度：
具有良好的热稳定性。在70～75℃时生物学活性最 高；92.5℃时半衰期为130 min。
人类DNA的长度相当于3200公里
2 nm
11 nm
30 nm
DNA双螺旋短区域 染色质节段
由紧密包装的核小体组 成的30nm的染色质纤维
染色体节段的一部分 中期染色体的凝缩节段
染色体
300 nm
700 nm
1400 nm
可以使原核生物与真核生物之间的遗传信息进行 相互重组和转移 可以使动物与植物之间的遗传信息进行相互重组 和转移 可以使人与其他生物间的遗传信息进行相互重组 和转移
2.2 DNA重组
2.2.1 DNA的一般性质 2.2.1.1 DNA的组成和结构
腺嘌呤脱氧核苷酸(A) 鸟嘌呤脱氧核苷酸(G) 胞嘧啶脱氧核苷酸(C) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸(T)
主要途径： 限制性内切核酸酶酶切法 PCR扩增法 化学合成法
2.2.2 获得DNA片段的主要途径
2.2.2.1 限制性内切核酸酶和DNA片段化 限制性内切核酸酶(restriction endonuclease) 功能：能识别双链DNA中特殊核苷酸序列, 并在合适的 反应条件下,使每条链的一个磷酸二酯键断开,产生具有 3´OH和5´P的DNA片段。 识别序列规律：旋转对称或左右互补对称。 切割位点:在识别序列上使磷酸二酯键断开的位置。
这些酶的普遍缺点： 热稳定性差，DNA热变性后即被灭活。
Taq酶
来自水生嗜热菌Thermus aquaticus YT-1，该菌是 1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得 到。生长在70～75℃极富矿物质的环境中。
Taq聚合酶的特点及浓度：
具有良好的热稳定性。在70～75℃时生物学活性最 高；92.5℃时半衰期为130 min。
人类DNA的长度相当于3200公里
2 nm
11 nm
30 nm
DNA双螺旋短区域 染色质节段
由紧密包装的核小体组 成的30nm的染色质纤维
染色体节段的一部分 中期染色体的凝缩节段
染色体
300 nm
700 nm
1400 nm
基因工程-1 ppt课件
供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元 件。
2020/8/5
2、基因工程
基因工程是指重组DNA技术的产业化设 计与应用，包括上游技术和下游技术两大组 成部分。
上游技术指的是基因重组、克隆和表达 的设计与构建（即重组DNA技术）；
下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大 规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
理论上的三大发现 技术上的三大发明 对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。
2020/8/5
(三) 基因工程产生背景 1. 发现DNA是遗传物质
2020/8/5
Oswald Theodore Avery 1877～1955
光滑型注入小鼠体内，小鼠死。
粗糙型注入小鼠体内，小鼠活。
光滑型加热杀死，再注入小鼠体 内，小鼠活。
2020/8/5
第一章 基因工程概述
2020/8/5
主要内容
• 重组DNA技术与基因工程的基本概念 • 基因工程的特点与基本步骤 • 研究背景 • 基因工程的研究与发展 • 基因工程的分子生物学原理 • 基因工程的支撑技术
2020/8/5
(一) 基本概念
1、重组DNA技术
重组DNA技术是指将一种生物体的基因（供体） 与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物 体（受体）内进行无性繁殖，使重组基因在受体细 胞内表达，产生出人类所需要的基因产物或新性状 的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
2020/8/5
基因工程的别名
DNA重组技术
操作环境
生物பைடு நூலகம்外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
结果
人类需要的基因产物
2020/8/5
2、基因工程
基因工程是指重组DNA技术的产业化设 计与应用，包括上游技术和下游技术两大组 成部分。
上游技术指的是基因重组、克隆和表达 的设计与构建（即重组DNA技术）；
下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大 规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
理论上的三大发现 技术上的三大发明 对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。
2020/8/5
(三) 基因工程产生背景 1. 发现DNA是遗传物质
2020/8/5
Oswald Theodore Avery 1877～1955
光滑型注入小鼠体内，小鼠死。
粗糙型注入小鼠体内，小鼠活。
光滑型加热杀死，再注入小鼠体 内，小鼠活。
2020/8/5
第一章 基因工程概述
2020/8/5
主要内容
• 重组DNA技术与基因工程的基本概念 • 基因工程的特点与基本步骤 • 研究背景 • 基因工程的研究与发展 • 基因工程的分子生物学原理 • 基因工程的支撑技术
2020/8/5
(一) 基本概念
1、重组DNA技术
重组DNA技术是指将一种生物体的基因（供体） 与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物 体（受体）内进行无性繁殖，使重组基因在受体细 胞内表达，产生出人类所需要的基因产物或新性状 的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
2020/8/5
基因工程的别名
DNA重组技术
操作环境
生物பைடு நூலகம்外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
结果
人类需要的基因产物
基因工程第1讲概论课件
为基因工程技术的诞生典定了理论基础。
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
42
实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
49
1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
23
一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
42
实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
49
1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
23
一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
《基因工程的原理》PPT课件
是
。
⑸由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是
否出现进药行用抗蛋原白—，抗在体分杂子交水如平果上出的现检杂测交方带法，及表结明果奶是牛什中出现了 么? 抗原蛋白；不出现杂交带，表明奶牛中未出现抗原蛋白
。 ⑹要确定目的让的害基虫因吞（食抗棉虫花基叶因，）观导察入害棉虫花是细否胞具后有，抗是虫否性能状
一、 目的基因的获得
1、目的基因：
在基因操作中使用的外源基因。它是编 码蛋白质的结构基因，如胰岛素基因、 干扰素基因。
2、获得目的基因的方法：
（1）直接分离法—— a.鸟枪法
（2）人工合成法 b.反转录法 c.化射击法）
①分离程序：用限制性内切酶将完 整的DNA分子切成适当长度的片段， 然后通过检测的方法挑选出所需要 的基因。
B、具有多个限制酶切点，以便于目的基 因的表达
C．具有某些标记基因，以便为目的基因 的表达提供条件
D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存， 以便于进行筛选
4、质粒是基因工程最常见的载体，它的 主要特点是( )
①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④是蛋白质 ⑤是环状RNA ⑥是环状DNA ⑦能“友好”地“借居”
想一想需要哪些工具呢？
普通棉花
抗虫棉
探究1：基因工程的基本工具是什么？
一、 基因手术刀：限制性内切酶 二、基因缝纫针：DNA连接酶 三、基因运输车：载体
一、 基因手术刀：限制性内切酶
1、来源： 主要从原核生物中分离纯化 2、功能：（1）识别特定的脱氧核苷酸序列（回文
序列）；（2）并在特异性位点把双链 DNA分子“切割”开。
第一节 基因工程的原理
乳汁中含有人生长激素的 转基因牛(阿根廷)
基因工程DNA的重组概技术念或基因拼接技术
基因工程-PowerPoint演示文稿
（利1进）行与是人因工为合根成瘤N菌H3所、需蓝的藻高体温内、含高有压特条定件的相酶比，生物，固这氮类的物顺
质的化学本质是 蛋白质
。
（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小 麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程 方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功 能。据上述材料分析：
（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种
的主缩要短优育点种时间 克服远缘杂交
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。22.8.822.8.8Monday, August 08, 2022
10、雨中黄叶树，灯下白头人。。08:27:2008:27:2008:278/8/2022 8:27:20 AM
（2）将目的基因连接到载体上，得杂化载体；（3）将杂化载体 （环状的DNA）引入宿主细胞（受体细胞），使目的基因及载体上 其它基因得以转录和翻译。
例题解析
1、 农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已 成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如 根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午8时27分20秒上午8时27分08:27:2022.8.8
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus.
感 谢 您 的 11、越是没有本领的就越加自命不凡。22.8.808:27:2008:27Aug-228-Aug-22
基因工程第一章植物基因工程原理与技术完整PPT
2、基因工程的应用和发展
农业应用
应用重组技术培育具有改良性状的粮食作物的工作 已初见成效。这方面工作按照发展水平可以分为三 个不同的阶段：
（1）主要集中于有重要农业经济意义的目的基因的分离与改造 （2）主要目标是培育出具有改良有重要经济性状的工程植株 （3)发展方向是培育出具有生物反应器功能的工程植株
展开竞争。 1998年12月 一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘
出多细胞动物的基因组图谱。
二、基因工程的发展历史
1999年9月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的 1%。中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国， 也是参与这一计划的惟一发展中国家。
4、基因克隆需要特殊的工具和技术
运输工具：
– 细菌质粒 – 病毒染色体
DNA操作技术
– 纯化DNA – 剪切DNA分子
分析DNA片段大小
– 连接DNA分子 – 将DNA转入受体细胞 – 重组子的鉴定
2、基因工程应用研究
基因工程已在医药业、农牧业、食品 工业、环境保护、能源开发等领域 重到了广泛的应用
验的转基因植物就有1467例， 又过4年，至1998年4 月已达4387项。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基因工程迅速发展阶段
如果说20世纪80-90年代是基因工程基础研 究趋向成熟，应用研究初露锋芒的阶段
那么，21世纪初将是基因工程应用研究的 鼎盛时期，农林牧渔医的很多产品都会 打上基因工程的标记
三、基因工程的研究内容
基础研究 应用研究
1953年 美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。 1969年 科学家成功分离出第一个基因。 1980年 科学家首次培育出世界第一个转基
基因工程1-基因工程导论PPT课件
基因工程
编辑版ppt
1
第一章 导 论
1.1 基因工程研究的内容及基本过程
基因（Gene）：是DNA分子的一个区段，是一个含有
特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传物质的最小功能单 位（多数情况下，它编码一种完整的多肽链）。
克隆（Clone）：作名词使用时，是指从一个祖先通过
无性繁殖方法产生的后代（无性系），或具有相同遗传性 状的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体。 作动词使用时，是指从同一个祖先生产这类同一的DNA分 子群或细胞群的过程。
用化学合成法生产，每克售价50000美元。 1977年，用大肠杆菌生产SMT获得了成功，价格 可降低到每克300美元。
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14
2）胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，可调节血糖平衡。从 动物胰脏提取胰岛素不能满足需求。
1978年，美国的Lilly 公司和Genentech公司合作， 将人胰岛素的二条肽链的基因引入大肠杆菌，产生A 链 和B链，经二硫健连接后形成人胰岛素。
（5）从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带目的 基因的细胞。
（6）将选出的细胞克隆的目的基因进行进一步研究分析（亚 克隆），并设法使之实现功能蛋白的表达。
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4
特点：
基因工程（分子水平） 诱变育种（群体水平） 原生质融合（细.2 基因工程的诞生
现在人们公认，基因工程诞生于1973年。现代分子
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7
第二：50年代弄清了DNA的双螺旋结构和半 保守复制机理。
Walson 和Crick在1953年提出了双螺旋模 型，认为基因是 DNA分子的一个区段，这 一发现标志着分子遗传学的真正开始。
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1
第一章 导 论
1.1 基因工程研究的内容及基本过程
基因（Gene）：是DNA分子的一个区段，是一个含有
特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传物质的最小功能单 位（多数情况下，它编码一种完整的多肽链）。
克隆（Clone）：作名词使用时，是指从一个祖先通过
无性繁殖方法产生的后代（无性系），或具有相同遗传性 状的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体。 作动词使用时，是指从同一个祖先生产这类同一的DNA分 子群或细胞群的过程。
用化学合成法生产，每克售价50000美元。 1977年，用大肠杆菌生产SMT获得了成功，价格 可降低到每克300美元。
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2）胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，可调节血糖平衡。从 动物胰脏提取胰岛素不能满足需求。
1978年，美国的Lilly 公司和Genentech公司合作， 将人胰岛素的二条肽链的基因引入大肠杆菌，产生A 链 和B链，经二硫健连接后形成人胰岛素。
（5）从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带目的 基因的细胞。
（6）将选出的细胞克隆的目的基因进行进一步研究分析（亚 克隆），并设法使之实现功能蛋白的表达。
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4
特点：
基因工程（分子水平） 诱变育种（群体水平） 原生质融合（细.2 基因工程的诞生
现在人们公认，基因工程诞生于1973年。现代分子
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7
第二：50年代弄清了DNA的双螺旋结构和半 保守复制机理。
Walson 和Crick在1953年提出了双螺旋模 型，认为基因是 DNA分子的一个区段，这 一发现标志着分子遗传学的真正开始。
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基因工程PPT课件 第一章 绪论
Figure 1
This figure is purely diagrammatic. The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the pairs of bases holding the chains together. The vertical line marks the fibre axis.
❖基因表达调控研究
基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育 过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节） ，并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。
原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同 一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。
真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转 录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以 发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传 导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
2021/7/23
18
注：文档资料素材和资料部分来
广义上，分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大 分子结构与功能的研究，以及从分子水平上阐明生 命现象和生物规律，但目前主要研究基因的结构与 功能、复制、转录、表达和调控，确切地应称为分 子遗传学。
2021/7/23
6
第一节 引 言
DNA
mRNA
16S rRNA
tRNA
生物 大分子
蜘蛛毒素 金属硫蛋白
第三节 分子生物学的研究内容 ❖分子生物学的研究内容：
DNA重组技术 基因表达调控研究 结构分子生物学 基因组、功能基因组与生物信息学研究
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– 超螺旋：共价闭环（CCC） – 开环：单链缺口（OC） – 线型：双链断裂（L）
真核生物基因组
• 真核基因组结构庞大 3×109bp、染色质、核膜 • 基因不连续性，大部分基因含有内含子(intron) • 非编码区域多于编码区域(9:1)，编码基因约2万个 • 单顺反子 • 含有大量重复序列
注：在每个细胞周期中，每个复制子发生一次复制， 且只发生一次。
不同生物复制子的数目
• 质粒一般是一个自主环状的DNA基因组， 构成一个独立复制子；
第一章 基因工程学 概论
第一章 概论
一、基因工程概述
基本概念 发展历史 相关理论的复习
二、基因工程的基本过程与策略 三、基因工程的发展与应用
一、基本概念
➢ 基因工程 ➢ 载体和复制子 ➢ DNA重组、转化
基因工程 (genetic engineering)：
在基因水平上，根据人们的需要以人工的方法取得 特定基因，在体外重组于载体DNA分子上，然后将重 组DNA转入受体细胞进行无性繁殖（称为“克隆” ） 和行使正常功能（称为“表达 ” ），从而制备人类 需要的基因、基因产物或创造出新的生物类型的分子 生物学技术。
（含P）——用32p标记
噬
菌
体
（含S）——用35S标记
赫尔希和蔡斯得噬菌体侵染细菌实验
离心
离心
DNA的空间结构
沃森和克里克根据对DNA的X光衍射结果，以及 对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析，提出了 DNA分子的双螺旋结构模型。
从图上可辨认出DNA是由两条 链交缠在一起的螺旋结构
沃森、克里克发现 生命的双螺旋而荣 获1962年诺贝尔医 学生理学奖。
✓ 1972年 Berg 首次实现基因重组 ✓ 1973年 Cohen 重组DNA转化
基因工程核心技术：DNA的重组技术
相关理论的复习
• 基因的概念和特性 • 基因组 • DNA的结构与性能 • DNA的复制 • DNA的转录与调控
基因的概念和分子生物学定义
• 遗传学概念：位于染色体上的基本遗传单位，携带遗 传信息，控制遗传性状
DNA双螺旋结构 mRNA
• 分子生物学定义：编码功能性蛋白质多肽链或RNA分 子所必需的全部核酸序列，负载特定的遗传信息并在 一定条件下表达遗传信息，指令e gene)： 决定蛋白质/多肽链或酶分子的结构
• 调控基因 (regulatory gene)： 调节控制结构基因表达功能
乳糖操纵子
基因的一般特性
• 半保留自我复制
• 决定生物表型或性状
• 基因突变
新的生物性状
基因组（genome）
• 概念：细胞或生物体的全套遗传物质的总和 • 常见基因组特点：
– 病毒基因组 – 原核生物基因组 – 真核生物基因组 – 人类基因组
1. 病毒基因组
• 基因组小，基因数少 • 带有重叠基因 • 大部分为编码蛋白质的结构基因
载体（Vector）：
能容忍外源DNA片段插入，可在细胞间转移 并在宿主细胞内自主复制的DNA分子。
复制子（Replicon）
具有独立复制能力的DNA分子，或DNA 分子中可从某一起点进行复制的部分称复制子。
DNA重组（DNA recombination)：
不同来源的DNA片段共价连接、通过重新组 合构成了具有两个DNA分子遗传信息的新重组 体DNA分子的过程。
成单链的过程 • DNA复性：变性因素去除后，恢复成双链的过程
DNA的复制与表达
• 半保留复制（semi-conservative replication） • 基因表达（gene expression）
复 DNA 转录
制
逆转录
RNA 翻译
蛋白质
DNA的复制
解旋 ：解旋酶催化
模板
同时进行
复制 ：以母链为模板进行碱基配对
HB V 基 因 组
2. 原核生物基因组
• 基因组很小，大多只有一条染色体（细菌染色体） 质粒（plasmid）： 细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。
• 可自主复制 • 编码生物学形状 • 基因工程常用载体
• 结构简单，没有核膜
• 存在转录单元多顺反子
细菌及质粒DNA的三种构型：
人类基因组
➢ 细胞核基因组（nuclear genome) ➢ 线粒体基因组 (mitochondrial genome)
DNA的结构
• 基本单位：核苷酸（A、T、C、G） • 双螺旋结构
DNA的性能
• 吸收光谱高峰为260nm • 在电场中的迁移率与分子量大小、构象有关 • DNA变性：在物理或化学因素作用下，氢键断裂
格里菲思肺炎双球菌的转化实验
S（Smooth）型菌： 有荚膜，有毒性
R（Rough）型菌： 无荚膜，无毒性
艾弗里及同事的实验
R型细菌 S型菌的DNA R型细菌 S型菌
R型细菌
S型菌的
只长R型菌
蛋白质或荚膜多糖
R型细菌
S型菌的
只长R型菌
DNA+DNA酶
蛋白质 的组成元素： C、H、O、N、（S） DNA 的组成元素： C、H、O、N 、P(99%)
转化 (transformation)：
以质粒为载体构建的重组DNA，在一定条件 下引入受体细胞的过程。
基因工程发展历史
• 基因工程三大理论基础 • 基因工程三大技术发现
基因工程理论基础
➢ 20世纪40年代：证明了遗传物质是DNA ➢ 20世纪50年代：DNA双螺旋结构 ➢ 20世纪60年代：确定了遗传信息的传递方式
面对DNA双螺旋模 型的美国生物学家 沃森(左)和英国生 物物理学家克里克 (右)。
遗传信息的传递方式
复 制
转录
DNA
逆转录
翻译
RNA
蛋白质
Non-coding RNA microRNA, lncRNA
基因工程学重大的技术发现
➢ 1970年 限制性核酸内切酶的分离和纯化（Hind III） ➢ 1970年 逆转录酶的发现 ➢ 1972年 载体与重组技术
（在DNA聚合酶的催化下，利用游 离的脱氧核苷酸进行）
母链（旧链） 复制后的DNA：组成
子链（新链）
复制子
DNA中发生一次复制的单位称为复制子(replicon) 。 复制子是根据它含有复制所需的控制元件来定义的， 在复制启动位点具起始点（origin)，在复制终止位点 具终点（terminus)。起始点仅作用于所在复制子。
真核生物基因组
• 真核基因组结构庞大 3×109bp、染色质、核膜 • 基因不连续性，大部分基因含有内含子(intron) • 非编码区域多于编码区域(9:1)，编码基因约2万个 • 单顺反子 • 含有大量重复序列
注：在每个细胞周期中，每个复制子发生一次复制， 且只发生一次。
不同生物复制子的数目
• 质粒一般是一个自主环状的DNA基因组， 构成一个独立复制子；
第一章 基因工程学 概论
第一章 概论
一、基因工程概述
基本概念 发展历史 相关理论的复习
二、基因工程的基本过程与策略 三、基因工程的发展与应用
一、基本概念
➢ 基因工程 ➢ 载体和复制子 ➢ DNA重组、转化
基因工程 (genetic engineering)：
在基因水平上，根据人们的需要以人工的方法取得 特定基因，在体外重组于载体DNA分子上，然后将重 组DNA转入受体细胞进行无性繁殖（称为“克隆” ） 和行使正常功能（称为“表达 ” ），从而制备人类 需要的基因、基因产物或创造出新的生物类型的分子 生物学技术。
（含P）——用32p标记
噬
菌
体
（含S）——用35S标记
赫尔希和蔡斯得噬菌体侵染细菌实验
离心
离心
DNA的空间结构
沃森和克里克根据对DNA的X光衍射结果，以及 对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析，提出了 DNA分子的双螺旋结构模型。
从图上可辨认出DNA是由两条 链交缠在一起的螺旋结构
沃森、克里克发现 生命的双螺旋而荣 获1962年诺贝尔医 学生理学奖。
✓ 1972年 Berg 首次实现基因重组 ✓ 1973年 Cohen 重组DNA转化
基因工程核心技术：DNA的重组技术
相关理论的复习
• 基因的概念和特性 • 基因组 • DNA的结构与性能 • DNA的复制 • DNA的转录与调控
基因的概念和分子生物学定义
• 遗传学概念：位于染色体上的基本遗传单位，携带遗 传信息，控制遗传性状
DNA双螺旋结构 mRNA
• 分子生物学定义：编码功能性蛋白质多肽链或RNA分 子所必需的全部核酸序列，负载特定的遗传信息并在 一定条件下表达遗传信息，指令e gene)： 决定蛋白质/多肽链或酶分子的结构
• 调控基因 (regulatory gene)： 调节控制结构基因表达功能
乳糖操纵子
基因的一般特性
• 半保留自我复制
• 决定生物表型或性状
• 基因突变
新的生物性状
基因组（genome）
• 概念：细胞或生物体的全套遗传物质的总和 • 常见基因组特点：
– 病毒基因组 – 原核生物基因组 – 真核生物基因组 – 人类基因组
1. 病毒基因组
• 基因组小，基因数少 • 带有重叠基因 • 大部分为编码蛋白质的结构基因
载体（Vector）：
能容忍外源DNA片段插入，可在细胞间转移 并在宿主细胞内自主复制的DNA分子。
复制子（Replicon）
具有独立复制能力的DNA分子，或DNA 分子中可从某一起点进行复制的部分称复制子。
DNA重组（DNA recombination)：
不同来源的DNA片段共价连接、通过重新组 合构成了具有两个DNA分子遗传信息的新重组 体DNA分子的过程。
成单链的过程 • DNA复性：变性因素去除后，恢复成双链的过程
DNA的复制与表达
• 半保留复制（semi-conservative replication） • 基因表达（gene expression）
复 DNA 转录
制
逆转录
RNA 翻译
蛋白质
DNA的复制
解旋 ：解旋酶催化
模板
同时进行
复制 ：以母链为模板进行碱基配对
HB V 基 因 组
2. 原核生物基因组
• 基因组很小，大多只有一条染色体（细菌染色体） 质粒（plasmid）： 细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。
• 可自主复制 • 编码生物学形状 • 基因工程常用载体
• 结构简单，没有核膜
• 存在转录单元多顺反子
细菌及质粒DNA的三种构型：
人类基因组
➢ 细胞核基因组（nuclear genome) ➢ 线粒体基因组 (mitochondrial genome)
DNA的结构
• 基本单位：核苷酸（A、T、C、G） • 双螺旋结构
DNA的性能
• 吸收光谱高峰为260nm • 在电场中的迁移率与分子量大小、构象有关 • DNA变性：在物理或化学因素作用下，氢键断裂
格里菲思肺炎双球菌的转化实验
S（Smooth）型菌： 有荚膜，有毒性
R（Rough）型菌： 无荚膜，无毒性
艾弗里及同事的实验
R型细菌 S型菌的DNA R型细菌 S型菌
R型细菌
S型菌的
只长R型菌
蛋白质或荚膜多糖
R型细菌
S型菌的
只长R型菌
DNA+DNA酶
蛋白质 的组成元素： C、H、O、N、（S） DNA 的组成元素： C、H、O、N 、P(99%)
转化 (transformation)：
以质粒为载体构建的重组DNA，在一定条件 下引入受体细胞的过程。
基因工程发展历史
• 基因工程三大理论基础 • 基因工程三大技术发现
基因工程理论基础
➢ 20世纪40年代：证明了遗传物质是DNA ➢ 20世纪50年代：DNA双螺旋结构 ➢ 20世纪60年代：确定了遗传信息的传递方式
面对DNA双螺旋模 型的美国生物学家 沃森(左)和英国生 物物理学家克里克 (右)。
遗传信息的传递方式
复 制
转录
DNA
逆转录
翻译
RNA
蛋白质
Non-coding RNA microRNA, lncRNA
基因工程学重大的技术发现
➢ 1970年 限制性核酸内切酶的分离和纯化（Hind III） ➢ 1970年 逆转录酶的发现 ➢ 1972年 载体与重组技术
（在DNA聚合酶的催化下，利用游 离的脱氧核苷酸进行）
母链（旧链） 复制后的DNA：组成
子链（新链）
复制子
DNA中发生一次复制的单位称为复制子(replicon) 。 复制子是根据它含有复制所需的控制元件来定义的， 在复制启动位点具起始点（origin)，在复制终止位点 具终点（terminus)。起始点仅作用于所在复制子。