食品生物技术导论基因工程优秀课件

工具酶
目的或靶基因 ( 源自供体 )
载体
指用酶学方法将异源基因与载体DNA进行体外重组， 将形成的重组DNA导入宿体细胞，使异源基因在宿 体细胞中复制表达，从而达到改造生物品种或性状， 大量生产出人类所需的生物品种和产物，也称分子 受 体
克隆或重组DNA技术。
基因工程的基本 内容和关键技术
最终目的
5端
5端
磷酸二酯键
3端
3端
碱基处于螺 旋的内侧
2、基因发展简史
1865 孟德尔的豌豆实验
发现了遗传规律： 同对因子分离 异对因子自由组合
首次提出了“遗传因子”（即基因）
现代遗传学之父，奥地利生 物学家格雷戈尔·孟德尔
1915年至1928年摩尔根的果蝇实验
美国遗传学家摩尔根
进一步证实了孟德尔因子和孟德 尔定律
2、基因操作 的基本步骤
剪切
拼接
导入
受体
表达
供体 目的 基因
工具酶
即基因工程是基因的一种操作平台与技术
基因工程五大基本操作单元： 切、接、转、增、检
DNA的体外 重组
重组DNA分子的 转化与扩增
转化子的筛 选与鉴定
可把来自任何生物的基 因转移到与其毫无关系 的任何其他受体细胞中
某一段DNA可在受体细胞 内进行复制，为制备大量 纯化的DNA片段提供可能
基因是基因工程 的操作对象
基因（gene）——生命的最大奥秘
物质层面：是染色体上一段脱氧核糖核酸 （DNA）序列。 功能层面：是遗传信息的载体，编码蛋白质和核糖核酸 （RNA）分子功能，调控基因表达。
染色体
DNA
基因1 基因2
DNA结构
磷酸
碱基
戊糖
单核苷酸
脱氧核糖和磷酸 基通过3′,5′磷酸 二酯键连接形成 螺旋链的骨架
从分子水平揭示了 种瓜得瓜，种豆得
豆的遗传机理
DNA半保留复制
DNA复制时每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA， 另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
二、基因工程涵义
1、基因工程诞生的基础
（1）理论上的三大发现
20世纪40年代确定的遗传信息的携带者是DNA而 不是蛋白质（肺炎双球菌转化实验）
（2）菌株名以非斜体符号加在前三个字母后面。如Ecok, EcoR （3） 同一菌株中有不同的限制性内切酶时，按分离顺序用罗马
字母表示，正体书写。如EcoR I，EcoR V。
例如：流感嗜血菌d株
（3）技术上的三大发明
60年代末－70年代：DNA分子的体外切割与连接技 术。
70年代：基因工程载体的使用。 70年代： DNA分子的序列分析、琼脂糖凝胶电泳、
杂交技术等。 ➢ 1973年Cohen等体外构建细菌质粒的成功标志着基
因工程诞生，这年定为基因工程诞生元年。
2、基因工程概念(Gene engineering)
基因工程四大要素
工具酶 目的基因（制备） 基因载体 基因受体
第二节 工具酶
基因工程技术中对核酸的精雕细刻主要用酶作为工具
一、限制性内切酶
（Restriction endonuclease） 1、概念
指一类以环形或线形双链DNA为底物，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 每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有3’OH和5’-P基团的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。
✓ 两大重要发现： ✓ 基因是在染色体上， 遗传的基因链锁和互换定律。
即建立了作为摩尔根理论主要 基础的基因学说。
1953年最伟大的模型 ——DNA双螺旋结构模型
提出的DNA右手双螺旋结构，在英 国《自然》杂志上发表了论文并 1962年获得诺贝尔奖。
提出了DNA的复制机制—即半保留 复制。
美国生物化学家沃森（左一） 英国生物物理学家克里克 ( 左Байду номын сангаас）
并筛选出已经得到扩增的目的基因。 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景
下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。
三、基因工程的一般步骤
生物材料
1
、
RNA
基
因
mRNA DNA
工
程
cDNA文库 基因组文库
人工合成
基
本
目的基因
克隆载体
技
术
受体细胞
路
重组DNA
线
克隆子
转基因生物
载体
50年代揭示的DNA分子的双螺旋结构模型和半保 留复制机制。
50年代末－60年代：中心法则＆操纵子学说及遗 传密码的破译。
中心法则描述的是遗传信息传递表达路径的原理。
（2）基因工程研究的理论依据
基因可以重组互换 基因可切割 基因可转移 遗传密码是通用的 多肽与基因之间存在对应关系 基因可通过复制把遗传信息传递给下一代
2、限制性内切酶种类
I型酶：在识别位点很远的地方任意切割DNA链，识别特 异性差，且需辅助因子，应用价值不大。
II型酶：在其识别位点之中或临近的确定位点特异地切开 DNA链，专一性强，识别与切割序列一致，且无需辅助因 子或只需Mg2+，适合基因工程。
III型酶：在识别位点之外切开DNA链，并且要求识别位 点是反向重复序列，无规律；很少能产生完全切割的片段， 因而不具备实用价值，也没有人将其商业化。
3、基因工程的主要内容
从生物有机体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段。 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择
记号的载体分子上，形成重组DNA分子。 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（亦称寄主细胞）并与之一
起增殖。 从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞，
3、限制性内切酶命名原则
1973年由H.O Smith和D. Nathans提议的命名系统 由三部分构成，即菌系编号、菌株名、分离顺序。
（1）用属名的第一个字母（大写）和种名的前两个字母（小写） 组成的3个字母的略语表示寄主菌的物种名，斜体书写。
✓ 大肠杆菌（Escherichia coli）用Eco表示； ✓ 流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）用Hin表示。
食品生物技术导论基因 工程
第一节 基因工程概述
一、基因及其发展简史 二、基因工程涵义 三、基因工程的一般步骤
1、基因概念
基因是DNA分子上具有遗传效应的 特定核苷酸序列。
指导人体内重要物质蛋白质等的合 成，维持着人体的正常生理功能。 如果一个基因不正常，甚至基因中 一个非常小的片断不正常，就可以 引起发育异常、疾病，甚至死亡。