1 基因工程概论 PPT课件
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高中生物_基因工程_ppt_课件
迄今为止，有300多种 微生物中分离出4000 种限制酶
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。 限制酶
限制 酶
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
平末端
提问
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 要切两个切口，产生四个黏性末端。 • 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两者的 黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的 DNA分子了。
它们有什么作用？
条件
过程:
质粒
目的基因
同一种 限制酶处理
一个切口 两个黏性末端
两个切口 获得目的基因
表 DNA连接酶 达 载 体
3. 目的基因导入受体细胞 • 常用的受体细胞：
有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细A
反转录 cDNA (互补DNA） DNA聚合酶
mRNA 反转录酶
cDNA
基因重组
双链DNA
④利用PCR技术扩增目的基因
PCR——聚合酶链式反应
是一项生物体外复制特定DNA片 段的核酸合成技术。通过此技术，可 获取大量的目的基因。
使目的基因的片 段在短时间内成百 万倍地扩增。
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
D、目的基因的检测和表达
转化过程:
表 植 农 Ti质粒 构建 达 转入 插入 植物细胞 表达 新 导入 物 杆 性 染色 DNA 载 细 菌 状 目的基因 体 胞
（2）基因枪法
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。 限制酶
限制 酶
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
平末端
提问
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 要切两个切口，产生四个黏性末端。 • 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两者的 黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的 DNA分子了。
它们有什么作用？
条件
过程:
质粒
目的基因
同一种 限制酶处理
一个切口 两个黏性末端
两个切口 获得目的基因
表 DNA连接酶 达 载 体
3. 目的基因导入受体细胞 • 常用的受体细胞：
有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细A
反转录 cDNA (互补DNA） DNA聚合酶
mRNA 反转录酶
cDNA
基因重组
双链DNA
④利用PCR技术扩增目的基因
PCR——聚合酶链式反应
是一项生物体外复制特定DNA片 段的核酸合成技术。通过此技术，可 获取大量的目的基因。
使目的基因的片 段在短时间内成百 万倍地扩增。
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
D、目的基因的检测和表达
转化过程:
表 植 农 Ti质粒 构建 达 转入 插入 植物细胞 表达 新 导入 物 杆 性 染色 DNA 载 细 菌 状 目的基因 体 胞
（2）基因枪法
《基因工程》PPT教学 ppt课件
PPT课件
36
典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、 抗病毒的转基因小麦、甜椒
PPT课件
37
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
3.抗逆转基因植物
PPT课件
38
4.利用转基因改良植物的品质
PPT课件
39
富含赖氨酸的转基因玉米
基转 因入 的荧 发光 荧素 光酶 烟蛋 草白
PPT课件 不会引起过敏的转基因大4豆0
原 理： 基因重组
表达水平： DNA分子水平
过程：
意义： 1、定向改造某些性状
2、克服远缘杂交
PPT课件
3
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶结合位点
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起 始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。
将目的基因导入 农杆菌介导的遗传转化法
植物细胞
基因枪法
方法
将目的基因导入 动物细胞
——显微注射法
将目的基因导入——感受态细胞吸收DNA分子
微生物细胞
(氯化钙法)
PPT课件
24
(四)目的基因的检测与鉴定 ——检查是否成功 ①形态检测
检测— ②分子检测
PPT课件
25
非目的基因片段 GACATAGCTACA CTGTATCGATGT
PPT课件
1
我们主要讨论4个问题：
1. 什么是基因工程——基因工程的概念。
2. 为什么能进行基因工程——基因工程的原理和技术。 3. 怎样进行基因工程——4大步骤 4. 基因工程的应用和前景
PPT课件
2
1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
第四章-1基因工程-PPT课件
种类： 细菌和酵母是重要的表达重组药物的制药
生物。
1、生产药物
蛋白名称
1抗胰蛋白酶 促性腺皮质激素 B细胞生长因子 降钙素 集落刺激因子 绒毛膜促性腺激素 内啡肽和脑啡肽 上皮生长因子 红细胞生成素 凝血因子Ⅷ
用途
治疗肺气肿 治疗风湿 治疗免疫系统功能失调 治疗软骨病 治疗血液病 治疗不排卵症 镇痛剂 促进伤口愈合 治疗贫血 治疗血友病
• 根据酶的功能、大小和反应条件，及切割ＤＮ Ａ的特点，可以将限制性内切酶分为三类： Ⅰ
型酶、Ⅱ型酶、 Ⅲ型酶
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶的类型
主要特性
I型
II 型
III 型
限制修饰
多功能
单功能
双功能
蛋白结构
异源三聚体
同源二聚体
异源二聚体
辅助因子 ATP Mg2+ SAM
Mg2+
ATP Mg2+ SAM
蛋白名称
凝血因子Ⅸ 生长激素 生长激素释放因子 胰岛素 干扰素 白细胞介素 淋巴细胞毒素 巨噬细胞激活因子 神经生长因子 血小板衍生生长因子
表（续）
用途
治疗血友病 促进生长
促进生长 治疗糖尿病 抗病毒、抗肿瘤
治疗癌症 抗肿瘤
抗肿瘤 促进神经系统损伤的修复
治疗动脉粥样硬化
表（续）
蛋白名称
松弛素 血清白蛋白 生长调节素 组织型纤溶酶原激活剂 肿瘤坏死因子 尿抑胃素 尿激酶
质生物合成的翻译调控元件； 通过目的基因与载体分子重组，利用载体分子的扩增提
高目的基因在受体细胞中的剂量来提高表达水平； 工程菌的稳定增殖和目的基因的稳定表达； 基因表达产物的后处理等；
大规模生产生物活性物质
生物。
1、生产药物
蛋白名称
1抗胰蛋白酶 促性腺皮质激素 B细胞生长因子 降钙素 集落刺激因子 绒毛膜促性腺激素 内啡肽和脑啡肽 上皮生长因子 红细胞生成素 凝血因子Ⅷ
用途
治疗肺气肿 治疗风湿 治疗免疫系统功能失调 治疗软骨病 治疗血液病 治疗不排卵症 镇痛剂 促进伤口愈合 治疗贫血 治疗血友病
• 根据酶的功能、大小和反应条件，及切割ＤＮ Ａ的特点，可以将限制性内切酶分为三类： Ⅰ
型酶、Ⅱ型酶、 Ⅲ型酶
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶的类型
主要特性
I型
II 型
III 型
限制修饰
多功能
单功能
双功能
蛋白结构
异源三聚体
同源二聚体
异源二聚体
辅助因子 ATP Mg2+ SAM
Mg2+
ATP Mg2+ SAM
蛋白名称
凝血因子Ⅸ 生长激素 生长激素释放因子 胰岛素 干扰素 白细胞介素 淋巴细胞毒素 巨噬细胞激活因子 神经生长因子 血小板衍生生长因子
表（续）
用途
治疗血友病 促进生长
促进生长 治疗糖尿病 抗病毒、抗肿瘤
治疗癌症 抗肿瘤
抗肿瘤 促进神经系统损伤的修复
治疗动脉粥样硬化
表（续）
蛋白名称
松弛素 血清白蛋白 生长调节素 组织型纤溶酶原激活剂 肿瘤坏死因子 尿抑胃素 尿激酶
质生物合成的翻译调控元件； 通过目的基因与载体分子重组，利用载体分子的扩增提
高目的基因在受体细胞中的剂量来提高表达水平； 工程菌的稳定增殖和目的基因的稳定表达； 基因表达产物的后处理等；
大规模生产生物活性物质
第一章 基因工程概述
或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基
本元件。
基因工程的基本概念
B 基因工程的基本定义
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）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模
酶工程
基因工程的基本概念
D 基因工程的基本形式
第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程 第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程
第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 途径工程
第四代基因工程 基因组或染色体的转移
基因组工程
第二节 基因工程的诞生和发展
一、基因
泛基因阶段
孟德尔遗传因子阶段
（如胰岛素）、干扰素、乙肝疫苗等 研制新型疫苗（HIV、霍乱、单纯疱疹病毒等）
生产具有药用价值的生物制剂，如水蛭素等
3. 基因诊断
– 遗传性疾病的分子诊断
– 癌症的分子诊断 – DNA指纹
4. 基因治疗
是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异 常引起的疾病，以达到治疗目的。
3．断裂基因
1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不连续的间断基因被称为 断裂基因。
4．假基因
不能合成出功能蛋白质的失活基因 。
5．重叠基因
不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠的。
现代对基因的定义是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列， 是遗传物质的最小功能单位。
二、 基因工程的诞生
顺反子阶段
1957 年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌 体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结 构，提出了顺反子（cistron）概念。 顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定 1条多肽链。
《基因工程讲稿》PPT课件
ＣＣＴＴＣＡ
探针
１、核酸分子杂交的基本原理
① 基本原理： 碱基互补原则 ② DNA 的变性与复性
变性 导致 DNA 两条链之间的氢键 断裂，而核酸分子中的所有共 价键不受影响，称为DNA变性。
复性 去除DNA变性因素，两条DNA 链
重新结合成DNA双螺旋结构， 称
２、核酸分子杂交的基本方法
类型
待测核酸片段 探针
基因工程的优越性
1、可在亲缘关系极远的生物之间 进行，能大幅度地改变生物遗 传特性
2、能定向地改变生物遗传特性 3、能快速和稳定地获得新品种
二、基因工程的主要工作
（一）工具酶 （二）载体 （三）主要工作
（一）工具酶
类型
限制酶 修饰酶
1、限制酶
（restriction enzyme）
全称： 限制性内切核酸酶 功能： 识别双链 DNA 内部特异部位
杂交
X底片
Southern 杂交法
（二）核酸的体外扩增
（polymerase chain reaction , PCR）
聚合酶链反应技术
1、目的 在体外快速精确扩增基因组 DNA 2、原理 碱基互补原则， DNA复制 3、优点 ：
① 反应体系相对简单 ② 准确性高 ③ 时间短
4、基本过程
通过改变温度引起的重复进行 DNA 复制 的过程 ① 变性： 95ºC 左右 ② 退火： 引物 Tm 值 ③ 延伸： 70ºC 左右
裂解磷酸二酯键 来源： 原核生物细胞中分离
限制酶特点：
① 具有识别专一性和特异性（4—6个 bp ） 如：EcoRⅠ 5´-- G A A T T C -- 3´
BamHⅠ 5´-- G G A T C C -- 3´ HindⅢ 5´-- A A G C T T -- 3´ ② 具有特定的酶切位点 ③ 切交割错方切式割
基因工程-PPT课件
干扰素 1200 升人血 2－3 万美元 / 病人
1 升发酵液 200－300 美元 / 病人
国外生物医药的发展
➢1976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立。 ➢1982年第一个基因工程药物重组人胰岛素正式生产，推向市场。 ➢2019年全球生物技术公司总数已达4284家，美国占34％。 ➢2019年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400亿美元。 ➢2019年市场上的生物技术药物达到200种左右，而在研的药物为600种。 ➢全世界已有2.5亿人使用生物技术药物和疫苗。
• 曼哈顿计划 • 阿波罗计划
20世纪科学史上3个里程碑
HGP的意义
• 了解生命的起源与进化 – 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 – 五种“模式生物” 基因组的研究：大肠杆菌、酵母、 线虫、果蝇和小鼠
• 解码生命，认识自身 – 了解生命体生长发育的规律
• 认识疾病产生的机制，掌握生老病死规律 – 疾病的诊断和治疗
甜椒在栽培的过 程中，容易受病毒的 感染。我国科学工作 者，采用转基因技术， 培育出抗病毒的甜椒。
油菜是人们食用油的主要来源之一。一般油菜 籽的含油量约为40％左右。通过转基因技术，培育 出来的油菜籽，可以大大地提高它的出油率。而且 油的纯度质量更好。
玉米是主要粮食之一，又可以提炼油脂，也可以 用作食品和工业的原料以及作饲料，浑身是宝。人们称 它是含金的植物。如今培育出转基因玉米，品质更好， 产量更高。
淋巴细胞ADA酶恢复至正常水平的5%-10% 维持免疫系统功能,改善病人症状
遗传缺陷病人
腺病毒 adenovirus
修正基因
插入修正基因
感染病人細胞
取出病人細胞
修正基因转入到患者体内
注射修正基因
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。