转基因食品与安全 第二章 基因工程与食品产业

转基因操作的基本原理示意图
基因工程含义
通过体外DNA重组和转基因等技术将外源 基因导入受体细胞，有目的地改造生物，短时 内创造出更完善的新的生物类型。
广义上指产业化设计与应用，包括上、下 游技术两大部分，倾向于工程学范畴。
优点：打破了常规的物种间界限（原核与真核 生物之间、动植物之间、甚至人与其他生物之间）， 使遗传信息进行重组和转移。
★磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。
2.基因工程问世 1973年首次完成重组质粒DNA对大肠杆菌的转
化，证实真核基因可转移到原核生物细胞并表达。
3.基因工程的迅速发展阶段。
21世构纪建了初多是种基供因转工化程原应核生用物研和究动的、鼎植盛物细时胞期的，载医、 农体、，获牧得、了渔大的量等转产基品因菌都株会。使用基因工程技术。
食品基因工程：指利用基因工程的技术和 手段，在分子水平上定向重组遗传物质， 以改良食品的品质和形状，提高食品的 营养价值、贮藏加工性状以及感官性状 的技术。
2. 基因工程的主要内容：
分4步：
（1）在供体细胞中用限制性内切酶切割基因， 以分离出含特定的基因片段或人工合成目 的基因，并制备载体（质粒或噬菌体）。
例如： 1. EcoRⅠ是从大肠杆菌的R株中分离出来。 2. 从流感嗜血杆菌d株（Haemophilus influenzae d）
中先后分离到3种限制酶，则分别命名为HindⅠ、 HindⅡ和HindⅢ。
限制性核酸内切酶命名规则：
生物体属名的第一大写字母和种名前两个小写构成基本名称 基本名称 + 菌株名的字母 + 罗马字母（发现顺序）
（2）把获得的目的基因与制备好的载体用 DNA连接酶连接成重组体。
（3）把重组体导入宿主细胞。
（4）筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体 或个体。
3.基因工程理论依据
①基因有共同的物质基础： 有遗传功能的特定核酸序列：DNA片段或RNA。
②基因可切割： 存在间隔序列（重叠序列的基因也可切出）。
③基因可转移： 可在染色体DNA或不同染色体之间转移，基因组也
可重组。
④多肽与基因之间存在对应关系。 一种多肽对应一种基因。根据表达产物的性质可
检查基因的转移或重Baidu Nhomakorabea。
⑤遗传密码通用。 三联密码子（少数除外）与氨基酸相对应，所有
生物都相同，只要具备转录翻译条件均能转译出原 样的氨基酸。
⑥基因可复制传递遗传信息。 重组基因可传代，获得相对稳定的转基因生物。
三、 基因工程的基本技术路线
（一）限制性核酸内切酶
核酸酶可分为两类： ①核酸外切酶：是从核酸的一端开始，一个 接一个把核苷酸水解下来； ②核酸内切酶：则从核酸链中间水解3’，5’磷 酸二酯键，将核酸链切断。
一把特殊的剪刀
—限制性内切酶的发现
阿尔伯(Arber)、史密斯(Smith)和内森斯(Nathans)， 获1978年诺贝尔生理学和医学奖
DNA被限制酶切断后有两个反向互补的 “黏性末端”。被同一种限制切断的几个 DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进 行配对。
2. 限制性核酸内切酶的命名
按酶的来源的属、种名而定，取属名的第一个 字母与种名的头两个字母组成的三个字母作 略语表示；如有株名，再加上一个字母，其 后再按发现的先后写上罗马数字。
第二章 基因工程与食品产业
第一节 基因工程概述 第二节 工具酶和基因载体 第三节 基因工程的基本技术
第一节 基因工程概述
一、基因工程的概念
1. 基因工程：是用人工方法把不同生物的遗 传物质分离出来，在体外进行剪切、拼 接、重组，形成基因重组体，然后转入 宿主细胞或个体中高效表达，最终获得 所需要的基因产物。
二、基因工程研究发展史
1.准备阶段
1944年美国Avery等细菌转化证明DNA是基因载体。 1953年Watson和CrickDNA双螺旋模型。
1958～1971年先后确立中心法则,破译64种密码子， 揭示了遗传信息的流向和表达。
20世纪60年代末70年代初：发现限制性核酸内切酶 和DNA连接酶，实现DNA体外切割和连接。
Hind III Haemophilus infuenzae d株中的第三个酶
EcoR I 基因位于Escherichia coli 抗药性R质粒上
E
co
R
I
细菌属名 细菌种名种 菌株类型 有几种限制酶
3. 限制性核酸内切酶的分类
（1）Ⅰ型限制性核酸内切酶 兼具有修饰酶活性和依赖于ATP的限
制性内切酶活性，它能识别和结合于特定 的DNA序列位点，随机切断在识别位点以 外的DNA序列。这类酶的作用需要Mg2+， 腺苷甲硫氨酸及ATP。此酶是多聚体。
有EcoB和EcoK两种，具有催化限制性
切割和修饰核苷酸2种功能。
（2）Ⅱ类限制性核酸内切酶 能识别特异序列，在特异位点水解双
链DNA中每一条链上的磷酸二酯键。酶促 反应除Mg2+外，也需要ATP供给能量。
1980年：显微注射培育出第一个转基因动物—转 基因小鼠。
1983年：农杆菌介导培育出第一例转基因植物— 转基因烟草。
第二节 工具酶和基因载体
DNA重组技术中对核酸的“精雕细刻” 主要用酶作为工具。分子生物学研究过程 中发现的酶，许多都用作工具，限制性核 酸内切酶在重组DNA技术中有重要地位。
一、基因工程的工具酶
1972年首次构建出重组DNA分子。
What is the gene? Basic property Replication 复制 Expression 表达 Mutation 变异
DNA Double Helix model
1952 J .Watson and F. Crick
★ 磷酸与脱氧核糖彼此通 过3‘、5‘-磷酸二酯键相连 接，构成DNA分子的骨架。
1. 限制性内切酶的发现
1962年，因为细菌中含有特异的核酸内 切酶，能识别特定的核酸序列而将核酸切断； 同时又伴随有特定的核酸修饰酶，最常见的 是甲基化酶，能使自身核酸特定序列上的碱 基甲基化，从而避免受内切酶水解，外来核 酸没有这种特异的甲基化修饰，就会被细胞 的核酸酶所水解。这样细胞就构成了限制— —修饰体系，其功能就是保护自身的DNA， 分解外来的DNA。