医学课件-基因工程及其医学应用
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基因工程及其在医学上的应用
基因工程及其在医学上的应用随着现代科技的不断发展，基因工程技术的应用在医学领域中显得愈加重要。
基因工程技术被广泛应用于生物医学研究、医学诊断、慢性病治疗、基因治疗等领域。
本文将围绕基因工程技术的概念，介绍其在医学上的应用以及未来展望。
一、基因工程技术的概念基因工程技术是一种通过改变生命体内的基因序列来实现目标的技术。
其核心技术是基因重组，也就是将不同的基因重组到一起形成新的生物体。
基因重组技术的出现，为科学家和医生提供了一种强有力的手段，可以通过人工方法创造、改变和重组基因序列以实现目标，用于治疗人类疾病、改善人类生存环境等。
二、基因工程技术在医学上的应用1.生物医学研究基因工程技术在生物医学研究领域中应用非常广泛，主要通过精准地研究基因的表达和功能，为疾病的防治提供重要的科学依据。
例如，利用基因工程技术也可制备、筛选特定的基因诊断工具，而在癌症、遗传病、免疫障碍等领域以及疫苗研制等方面都有广泛的应用。
2.医学诊断基因工程技术在医学诊断方面也展现了强大的能力。
利用基因工程技术可以开发出一些比传统方法更有效的诊断技术，这些新技术具有更快速、更准确和替代性强等特点。
例如，利用基因工程相关的技术，可以制备出可以检测出肿瘤特异性抗原（TSA）的检测工具，包括肿瘤标志物（tumor markers）、遗传偏差、遗传突变等工具，大大提高了肿瘤诊断的精确度和准确度。
3.慢性病治疗基因工程技术在对慢性病的研究和治疗方面也发挥了重要的作用。
例如，通过克隆和改变特定基因，可以生产出一系列的人工血液和人工神经等生物素，同时还可以用多克隆技术制备出特异性强的免疫药物和肿瘤免疫疫苗。
在糖尿病、白血病、艾滋病等疾病的治疗研究中，基因工程技术可以实现人工制造特定基因以及生产出识别病毒、细菌等病原体的针对性免疫药物。
4.基因治疗基因工程技术的另一个重要应用是基因治疗。
随着近年来对基因工程技术的深入研究和不断发展，基因治疗被视为一种新型治疗方法。
基因工程及其应用 课件PPT(18页)
❖
8通过了解穆罕默德的主要活动，学习 他不畏 困难的 坚强意 志和为 阿拉伯 民族统 一与幸 福而奋 斗的远 大抱负 。
❖
9.掌握隋唐科举制度的主要内容，联 系当今 考试的 实际培 养分析 问题的 能力； 学生对 唐朝人 衣食住 行的时 尚和博 大宏放 的精神 面貌的 了解， 感知科 举制度 的创新 对社会 进步的 促进作 用；想 象唐朝 人的生 活，培 养学生 丰富的 想象力 。
A、 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
条 2、具有多个限制酶切点（每种限制酶切 件： 点最好只有一个），以便与外源基因连接
3、具有标记基因，便于进行筛选
B、常用 质粒、噬菌体和动、 的运载体： 植物病毒等
标记基 因，便 于进行 检测。
C、它们的共同特点是：
都有侵染或进入 宿主细胞的能力
其中质粒存在于许多 细菌和酵母菌等生物 中,是细胞染色体外能 够自主复制的很小的 环状DNA分子.
❖
5.了解“三角贸易”的背景，知道“三角 贸易”路 线和内 容，能 概括出 殖民扩 张的大 致手段 。
6.说出玻利瓦尔在拉美独立运动中的主 要事迹 ，简要 了解拉 美其他 国家和 地区的 独立运 动。
7通过了解日本大化改新是学习和模仿 中国文 明的史 实，懂 得善于 学习和 模仿他 人是提 高自身 素质的 一种重 要途径 。
形成的黏性末端不同
2、限制酶的发现有什么意义？
基因工程创立的标志
2：基因工程的
“
” 指“DNA连接酶”
作用：
连接“梯子”断口的 “扶手”而非“梯子” 中间的“踏板”。
其作用与限制性内切酶 相反，作用点相同
连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末 端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。
基因工程及其应用【可编辑PPT】
E. coli B含有EcoB核酸酶和EcoB甲基化酶
当λ(k)噬菌体侵染E. coli B时，由于其DNA中 有EcoB核酸酶特异识别的碱基序列，被降解掉。 而E. coli B的DNA中虽然也存在这种特异序列， 但可在EcoB甲基化酶的作用下，催化S-腺苷甲硫 氨酸（SAM）将甲基转移给限制酶识别序列的特 定碱基，使之甲基化。 EcoB核酸酶不能识别已甲 基化的序列。
基因重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的基因 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，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或 新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
供体、受体和载体是重组DNA技术的三大基本元件。
基因工程的目的：
分离、扩增、鉴定、研究、整理生物信息资源 大规模生产生物活性物质 设计、构建生物的新性状甚至新物种
反应必须ＡＴＰ和Ｍｇ２＋，具有特异性识别部位 并切割。 如EcoR I、Hinf III III 型限制酶的基本特点：
可以识别特定碱基顺序，并在这一顺序的3’端2426bp处切开DNA，切割位点没有特异性。
2、限制性核酸内切酶的命名原则
第一个字母：大写，表示所来自的微生物的属名的第一 个字母。 第二、三字母：小写，表示所来自的微生物种名的第一、 二个字母。 其它字母：大写或小写，表示所来自的微生物的菌株号。 罗马数字：表示该菌株发现的限制酶的编号。
⑶核酸内切限制酶对生物基因组的消化作用
小分子量的片断-----少 （电泳-容易分离目的片 断）cheria coli RY13的第一个限制
酶。
3、限制性内切酶作用后的断裂方式
形成粘性末端； 形成平末端；
粘性未端：切开后的两段DNA各留下一个尾，这2 个尾的核苷酸顺序完全一样，方向相反。它们之 间是互补的，在适当条件下可以再连接一起。
第二节基因工程及其应用ppt课件
2）用同一种限制酶切断目的基因，使 其产生相同的黏性末端。
3）将切下的目的基因片段插入质粒的 切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了 一个重组DNA分子（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实 际上是不同来源的基因重组的过程。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤三：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
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤四：目的基因的检测和表达
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
（三）基因操作的基本步骤
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目3）有关基因工程的叙述中，错误的是（ A）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
参考资源：
展示你的搜索成
思维拓展
有人认为，转基因新产品也是一把双刃 剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来 灾难性的后果，你是否同意这一观点？举 例说明。
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色
转基因牵牛花改变了花色
A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花，
会发光的转基因鱼
最常用的质粒是大肠杆 菌的质粒，其中常含有抗药 基因，如四环素的标记基因。
质粒的存在与否对宿主细 胞生存没有决定性作用，但 复制只能在宿主细胞内成。
3）将切下的目的基因片段插入质粒的 切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了 一个重组DNA分子（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实 际上是不同来源的基因重组的过程。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤三：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
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（三）基因操作的基本步骤 • 步骤四：目的基因的检测和表达
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
（三）基因操作的基本步骤
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目3）有关基因工程的叙述中，错误的是（ A）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
参考资源：
展示你的搜索成
思维拓展
有人认为，转基因新产品也是一把双刃 剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来 灾难性的后果，你是否同意这一观点？举 例说明。
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色
转基因牵牛花改变了花色
A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花，
会发光的转基因鱼
最常用的质粒是大肠杆 菌的质粒，其中常含有抗药 基因，如四环素的标记基因。
质粒的存在与否对宿主细 胞生存没有决定性作用，但 复制只能在宿主细胞内成。
6.2-基因工程及其应用PPT课件
②将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中
③将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与质粒重组，导入细菌，
用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养
④将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与细菌质粒重组，注
射到棉的子房并进入受精卵中
Ａ．① ②
Ｂ． ② ③
Ｃ． ③ ④
. Ｄ． ① ④
15
下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，下图中箭头表示 相关限制酶的酶切位点。 ampR为青霉素抗性基因，请回答下列问题
6.2 基因工程及其应用
.
1
基因工程的概念
基因工程又叫做 基因拼接技术 或
DNA重组技术 。通俗的说，就是按照 人 胰岛素基因
人们的意愿，把一种生物的某种基因提取
大肠杆菌 出来加以修饰改造，然后放到另一种生物
的细胞里， 定向地 改造生物的性状。
.
2
看书102-103页思考以下几个问题 1、限制酶的作用特点是什么？ 2、DNA连接酶的作用特点是什么？ 3、运载体的作用？种类？ 4、质粒的定义？
（05广东高考）以下有关基因工程的
叙述，正确的是（ D )
A.基因工程是细胞水平上的生物工程
B.基因工程的产物对人类都是有益的
C.基因工程产生的变异属于人工诱变
D.基因工程育种的优点之一是目的性强
.
12
基因工程小结：
1、原理：基因重组 2、操作水平： DNA分子水平 3、3种工具： 限制酶、DNA连接酶、运载体
.
3
1、 限制性核酸内切酶（限制酶）
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，.
4
③④
①
GC
②
AT
AT
TA
基因工程及应用PPT课件
（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。
一个是有些甚至相当多疾病无法治疗 ，这就 是中西 医学结 合的缘 由。然 而，由 于二者 是两套 理论、 两股道 上跑的 车，（ 高血压 心脏病 糖尿病 ）风马 牛不相 及，从 理论上 讲就没 有结合 的可能 ，只是 形式上 的融合 罢了。 故出现 西医对 治疗不 了的疾 病只好 求助中 医，而 中医则 往往采 用西医 诊断中 医治疗 ，以及 中西治 疗法一 块用的 局面。 （肺血液血小板红血球白血球） 至于循证医学、比较医学、后现代医学 、行为 医学等 所谓“ 医学” ，都称 不上一 门独立 的医学 科学， 关于这 一点在 灵魂医 学有关 章节中 将有相 关点评 。（肿 瘤癌症 胃癌肠 癌肺癌 ）
弄不明白，治疗受到制约，在小小SARS、 禽流感 面前竟 束手无 策，在 糖尿病 、癌症 、心脑 血管疾 病、尿 毒症等 相当多 疾病面 前更是 不得不 求助或 借助中 医治疗 。一个 是疗效 不确实 ，一个 是有些 甚至相 当多疾 病无法 治疗， 这就是 中西医 学结合 的缘由 。然而 ，由于 二者是 两套理 论、两 股道上 跑的车 （肺血 液血小 板红血 球白血 球）， 风马牛 不相及 ，从理 论上讲 就没有 结合的 可能， 只是形 式上的 融合罢 了。（ 肺炎青 霉素肝 炎）
西医学是最近三四百年来建立在解剖 学、生 物学及 现代科 学技术 基础上 、（高 血压心 脏病糖 尿病） 发展起 来的一 门以“ 解剖人 、肉体 人”为 概念的 、新兴 的现代 医学科 学理论 体系。 主要采 用科学 实验方 法，（ 传染病 丙肝乙 肝甲肝 ）从宏 观到微 观，直 至目前 的分子 基因层 次水平 ，发展 极为迅 速，超 过其它 任何一 门医学 科学， 成为世 界医学 史上的 主流。 （肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）
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。
一个是有些甚至相当多疾病无法治疗 ，这就 是中西 医学结 合的缘 由。然 而，由 于二者 是两套 理论、 两股道 上跑的 车，（ 高血压 心脏病 糖尿病 ）风马 牛不相 及，从 理论上 讲就没 有结合 的可能 ，只是 形式上 的融合 罢了。 故出现 西医对 治疗不 了的疾 病只好 求助中 医，而 中医则 往往采 用西医 诊断中 医治疗 ，以及 中西治 疗法一 块用的 局面。 （肺血液血小板红血球白血球） 至于循证医学、比较医学、后现代医学 、行为 医学等 所谓“ 医学” ，都称 不上一 门独立 的医学 科学， 关于这 一点在 灵魂医 学有关 章节中 将有相 关点评 。（肿 瘤癌症 胃癌肠 癌肺癌 ）
弄不明白，治疗受到制约，在小小SARS、 禽流感 面前竟 束手无 策，在 糖尿病 、癌症 、心脑 血管疾 病、尿 毒症等 相当多 疾病面 前更是 不得不 求助或 借助中 医治疗 。一个 是疗效 不确实 ，一个 是有些 甚至相 当多疾 病无法 治疗， 这就是 中西医 学结合 的缘由 。然而 ，由于 二者是 两套理 论、两 股道上 跑的车 （肺血 液血小 板红血 球白血 球）， 风马牛 不相及 ，从理 论上讲 就没有 结合的 可能， 只是形 式上的 融合罢 了。（ 肺炎青 霉素肝 炎）
西医学是最近三四百年来建立在解剖 学、生 物学及 现代科 学技术 基础上 、（高 血压心 脏病糖 尿病） 发展起 来的一 门以“ 解剖人 、肉体 人”为 概念的 、新兴 的现代 医学科 学理论 体系。 主要采 用科学 实验方 法，（ 传染病 丙肝乙 肝甲肝 ）从宏 观到微 观，直 至目前 的分子 基因层 次水平 ，发展 极为迅 速，超 过其它 任何一 门医学 科学， 成为世 界医学 史上的 主流。 （肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）
基因工程的应用医学ppt课件
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5
1.抗虫转基因植物
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6
抗虫棉
普通棉
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7
2.抗病转基因植物
抗病基因： 病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因.
抗真菌基因： 几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.
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8
3.抗逆转基因植物
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
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9
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
是指把人或哺乳动物的某种基因导入到 哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里， 目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞 分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使 每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表 达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产 品。这样一种新的个体，称为转基因动物。
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20
3.用转基因的动物生产药物（重点）
1、抗虫转基因植物 2、抗病转基因植物 3、抗逆转基因植物 4、利用转基因改良植物的品质
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4
1.抗虫转基因植物
优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量
例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等 主要杀虫基因：
Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等
典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因
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16
1.用于提高动物生长速度
原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快
转基因鲤鱼
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17
基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？
繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率 和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。
该过程的重要步骤是通过感染或显微注射 技术将重组DNA转移到动物受精卵中。
基因工程及其应用公开课优秀课件
三、基因操作的基本步骤
⑵人工合成基因法
①反转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶 的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。 ②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因 DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直 接合成相应的基因。
DNA合成仪
三、基因操作的基本步骤
所以需要筛选。
作用：将外源基因送入受体细胞
三、基因操作的基本步骤
目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞： 大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和 动植物细胞等。
导入方式：
主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
三、基因操作的基本步骤
导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通 透性。 2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制， 由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内 就能获得大量的目的基因。
质粒可作为有何特点？
1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状 DNA分子；
2、质粒的存在对宿主细胞无影响； 3、质粒的复制只能在宿细胞中分离出DNA
提取目的基因
限制酶 DNA连接酶
从大肠杆菌中提 取质粒
目的基因与运载体结合
目的基因导入受体细胞
目的基因的表达与检测
三、基因操作的基本步骤
目的基因的检测和表达
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。 表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真 正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的 基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物 的进一步培养、研究。
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基因工程及其医学应用
Genetic Recombination and Genetic Engineering
基因重组：不同的DNA分子间发生共 不同的DNA分子间发生共
价连接形成重组DNA 价连接形成重组DNA 分子。
基因片段
质粒DNA 质粒DNA
重组DNA 重组DNA
重组DNA技术发展史 技术发展史 重组
载体的选择标准
能自主复制； 能自主复制； 具有两个以上的遗传标记物，便于重组体 具有两个以上的遗传标记物， 的筛选和鉴定； 的筛选和鉴定； 有克隆位点（外源DNA插入点），常具有 插入点）， 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； 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。 分子量小，以容纳较大的外源DNA。
克隆 来自同一始祖的相同拷贝的集合。
分子克隆 细胞克隆 动物克隆
DNA克隆 DNA克隆
应用酶学方法，在体外将某些遗传物质的 DNA与载体DNA结合，形成一种具有自我复制能 DNA与载体DNA结合，形成一种具有自我复制能 力的DNA分子，转化至宿主细胞中，进行扩增、 力的DNA分子，转化至宿主细胞中，进行扩增、 提取获得大量同一DNA分子。 提取获得大量同一DNA分子。
（三）转座重组
由插入序列和转座子介导的基因移位或 重排称为转座 重排称为转座(transposition)。 转座(transposition)。
第三节 基因工程的核心技术
一、重要的技术工具
限制性核酸内切酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅰ 逆转录酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶 碱性磷酸酶 末端转移酶 Taq DNA聚合酶 DNA聚合酶
二、常用技术的原理和用途
（一）核酸探针与分子杂交
核酸分子杂交 (nucleic acid hybridization ) 在 DNA 复性过程中 ， 如果把不同 DNA单链分 DNA复性过程中 如果把不同DNA 单链分 复性过程中， 子放在同一溶液中， 或把DNA 与 RNA放在一起 子放在同一溶液中 ， 或把 DNA与 RNA 放在一起 ， 放在一起， 只要在DNA 或 RNA的单链分子之间有一定的 只要在 DNA或 RNA 的单链分子之间有一定的 碱基 的单链分子之间有一定的碱基 配对关系 就可以在不同的分子之间形成杂化双链 配对关系，就可以在不同的分子之间形成杂化双链 关系， (heteroduplex) 。 heteroduplex)
重组DNA技术中常用的工具酶 重组DNA技术中常用的工具酶
工具酶 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅰ 功 识别特异序列，切割DNA 识别特异序列，切割DNA 催化DNA中相邻的 磷酸基和3 催化DNA中相邻的5磷酸基和3羟基末端之间形成磷酸 中相邻的5 二酯键， DNA切口封合或使两个 切口封合或使两个DNA分子或片段连接 二酯键，使DNA切口封合或使两个DNA分子或片段连接
Bam HⅠ GGATCC CCTAGG Bg lⅡ AGATCT TCTAGA
G + GATCC CCTAG G
A +GATCT A TCTAG
（二）基因载体
定义 为携带目的基因， 为携带目的基因，实现其无性繁殖或 表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 子。 常用载体 质粒DNA 质粒DNA 噬菌体DNA 噬菌体DNA 病毒DNA 病毒DNA
（二）位点特异重组
位点特异重组(site-specific recombination) 是 (site由整合酶催化， 由整合酶催化 ， 在两个 DNA序列的特异位点间发 生的整合。 生的整合。
例 λ噬菌体DNA的整合 噬菌体DNA的整合
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； 体的特异靶位点发生选择性整合 ； 反转录病 毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒 cDNA的长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)。
1. 质粒 (plasmid)
特点 能在宿主细胞内独立自主复制； 带有某 能在宿主细胞内独立自主复制 ； 些遗传信息, 会赋予宿主细胞一些遗传性状。 些遗传信息, 会赋予宿主细胞一些遗传性状。
目录
2. 噬菌体(phage) 噬菌体(phage)
λ噬菌体DNA改造系统 噬菌体DNA改造系统 λgt系列（插入型，适用cDNA克隆 λgt系列（插入型，适用cDNA克隆） 克隆） 系列 EMBL系列（置换型，适用基因组克隆） EMBL系列（置换型，适用基因组克隆） 系列 M13噬菌体 M13噬菌体DNA改造系统（含lacZ基因） 噬菌体DNA改造系统 改造系统（ lacZ基因 基因） M13mp系列 M13mp系列 pUC系列 pUC系列
①
能
合成双链cDNA分子或片段连接 合成双链cDNA分子或片段连接 ② 缺口平移制作高比活探针 DNA序列分析 ③ DNA序列分析 填补3 ④ 填补3末端
Klenow片段 Klenow片段
又名DNA聚合酶 大片段，具有完整DNA聚合酶 又名DNA聚合酶I大片段，具有完整DNA聚合酶I的5′→3′ 聚合酶I 聚合酶I ′→3 聚合、 ′→5 外切活性，而无5′→3 外切活性。 聚合、3′→5′外切活性，而无5′→3′外切活性。常用于 cDNA第二链合成 双链DNA 3′ cDNA第二链合成，双链DNA 3′末端标记等 第二链合成， 合成cDNA 合成cDNA 替代DNA聚合酶 进行填补，标记或DNA序列分析 聚合酶I ② 替代DNA聚合酶I进行填补，标记或DNA序列分析
Bam HⅠ Ⅰ GGATCC CCTAGG G +GATCC CCTAG G
BstⅠ Ⅰ GGATCC CCTAGG GATCC G + G CCTAG
同尾酶 有些限制性内切酶虽然识别序列不完全 相同，但切割DNA后，产生相同的粘性末端， 相同， 但切割 后 产生相同的粘性末端， 称为同尾酶 这两个相同的粘性末端称为配 同尾酶。 称为 同尾酶 。 这两个相同的粘性末端称为 配 伍未端(compatible end)。 。 伍未端
例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。 DNA片段被另一细菌摄取 溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。
三、转导作用
当病毒从被感染的（供体） 当病毒从被感染的（供体）细胞释 放出来、 再次感染另一（ 供体） 放出来 、 再次感染另一 （ 供体 ） 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 DNA转移及基因重组即为 转移及基因重组即为转导作用 (transduction)。 (transduction)。
pSC101
pR6-5
EcoRI
大肠杆菌
Boyer 和Cohen的实验 Cohen的实验
pSC101
pR6-5
抗四环素 EcoRI
抗卡那霉素
抗卡那霉 素基因 DNA连接酶 DNA连接酶
重组DNA分子 重组DNA分子
大肠杆菌
培养平皿
四环素\ 四环素\卡那霉素基因
四环素平板
卡那霉素基因
DNA克隆 （一）DNA克隆
命名
Hin dⅢ
属 系 株
Haemophilus influenzae d株 influenzae 流感嗜血杆菌d 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； 第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写； 第四个字母代表株； 第四个字母代表株； 用罗马数字表示发现的先后次序。 用罗马数字表示发现的先后次序。
①
反转录酶 多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
Байду номын сангаас
催化多聚核苷酸5 羟基末端磷酸化， 催化多聚核苷酸5羟基末端磷酸化，或标记探针 在3羟基末端进行同质多聚物加尾 切除末端磷酸基
限制性核酸内切酶
定义 限制性核酸内切酶(restriction 限制性核酸内切酶 (restriction 围切割双链DNA的一类内切酶 围切割双链DNA的一类内切酶。 的一类内切酶。
质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 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) 因子(F
二、转化作用
通过自动获取或人为地供给外源 DNA， 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)。 (transformation)。
克隆载体(cloning 克隆载体(cloning vector) 为使插入的外源DNA序列被扩增而特意 为使插入的外源 DNA序列被扩增而特意 设计的载体称为克隆载体 设计的载体称为克隆载体。 克隆载体。 表达载体(expression 表达载体(expression vector) 为使插入的外源DNA序列可转录翻译成 为使插入的外源 DNA序列可转录翻译成 表达载体。 多肽链而特意设计的载体称为表达载体 多肽链而特意设计的载体称为表达载体。
Bam HⅠ GGATCC CCTAGG G + GATCC CCTAG G
endonuclease,
RE)是识别DNA的特异序列 RE)是识别DNA的特异序列, 并在识别位点或其周 的特异序列,
分类
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 基因工程技术中常用Ⅱ （基因工程技术中常用Ⅱ型）
作用 与甲基化酶共同构成细菌的限制修 饰系统，限制外源DNA， 保护自身DNA。 饰系统，限制外源DNA， 保护自身DNA。
分
SS基因 SS基因 基因载体
切 接
重组体
转
筛
SS
表
按照人的愿望设计和建造非天然的基因表达体系。
Genetic Recombination and Genetic Engineering
基因重组：不同的DNA分子间发生共 不同的DNA分子间发生共
价连接形成重组DNA 价连接形成重组DNA 分子。
基因片段
质粒DNA 质粒DNA
重组DNA 重组DNA
重组DNA技术发展史 技术发展史 重组
载体的选择标准
能自主复制； 能自主复制； 具有两个以上的遗传标记物，便于重组体 具有两个以上的遗传标记物， 的筛选和鉴定； 的筛选和鉴定； 有克隆位点（外源DNA插入点），常具有 插入点）， 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； 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。 分子量小，以容纳较大的外源DNA。
克隆 来自同一始祖的相同拷贝的集合。
分子克隆 细胞克隆 动物克隆
DNA克隆 DNA克隆
应用酶学方法，在体外将某些遗传物质的 DNA与载体DNA结合，形成一种具有自我复制能 DNA与载体DNA结合，形成一种具有自我复制能 力的DNA分子，转化至宿主细胞中，进行扩增、 力的DNA分子，转化至宿主细胞中，进行扩增、 提取获得大量同一DNA分子。 提取获得大量同一DNA分子。
（三）转座重组
由插入序列和转座子介导的基因移位或 重排称为转座 重排称为转座(transposition)。 转座(transposition)。
第三节 基因工程的核心技术
一、重要的技术工具
限制性核酸内切酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅰ 逆转录酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶 碱性磷酸酶 末端转移酶 Taq DNA聚合酶 DNA聚合酶
二、常用技术的原理和用途
（一）核酸探针与分子杂交
核酸分子杂交 (nucleic acid hybridization ) 在 DNA 复性过程中 ， 如果把不同 DNA单链分 DNA复性过程中 如果把不同DNA 单链分 复性过程中， 子放在同一溶液中， 或把DNA 与 RNA放在一起 子放在同一溶液中 ， 或把 DNA与 RNA 放在一起 ， 放在一起， 只要在DNA 或 RNA的单链分子之间有一定的 只要在 DNA或 RNA 的单链分子之间有一定的 碱基 的单链分子之间有一定的碱基 配对关系 就可以在不同的分子之间形成杂化双链 配对关系，就可以在不同的分子之间形成杂化双链 关系， (heteroduplex) 。 heteroduplex)
重组DNA技术中常用的工具酶 重组DNA技术中常用的工具酶
工具酶 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅰ 功 识别特异序列，切割DNA 识别特异序列，切割DNA 催化DNA中相邻的 磷酸基和3 催化DNA中相邻的5磷酸基和3羟基末端之间形成磷酸 中相邻的5 二酯键， DNA切口封合或使两个 切口封合或使两个DNA分子或片段连接 二酯键，使DNA切口封合或使两个DNA分子或片段连接
Bam HⅠ GGATCC CCTAGG Bg lⅡ AGATCT TCTAGA
G + GATCC CCTAG G
A +GATCT A TCTAG
（二）基因载体
定义 为携带目的基因， 为携带目的基因，实现其无性繁殖或 表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 子。 常用载体 质粒DNA 质粒DNA 噬菌体DNA 噬菌体DNA 病毒DNA 病毒DNA
（二）位点特异重组
位点特异重组(site-specific recombination) 是 (site由整合酶催化， 由整合酶催化 ， 在两个 DNA序列的特异位点间发 生的整合。 生的整合。
例 λ噬菌体DNA的整合 噬菌体DNA的整合
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； 体的特异靶位点发生选择性整合 ； 反转录病 毒整合酶可特异地识别、整合反转录病毒 cDNA的长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)。
1. 质粒 (plasmid)
特点 能在宿主细胞内独立自主复制； 带有某 能在宿主细胞内独立自主复制 ； 些遗传信息, 会赋予宿主细胞一些遗传性状。 些遗传信息, 会赋予宿主细胞一些遗传性状。
目录
2. 噬菌体(phage) 噬菌体(phage)
λ噬菌体DNA改造系统 噬菌体DNA改造系统 λgt系列（插入型，适用cDNA克隆 λgt系列（插入型，适用cDNA克隆） 克隆） 系列 EMBL系列（置换型，适用基因组克隆） EMBL系列（置换型，适用基因组克隆） 系列 M13噬菌体 M13噬菌体DNA改造系统（含lacZ基因） 噬菌体DNA改造系统 改造系统（ lacZ基因 基因） M13mp系列 M13mp系列 pUC系列 pUC系列
①
能
合成双链cDNA分子或片段连接 合成双链cDNA分子或片段连接 ② 缺口平移制作高比活探针 DNA序列分析 ③ DNA序列分析 填补3 ④ 填补3末端
Klenow片段 Klenow片段
又名DNA聚合酶 大片段，具有完整DNA聚合酶 又名DNA聚合酶I大片段，具有完整DNA聚合酶I的5′→3′ 聚合酶I 聚合酶I ′→3 聚合、 ′→5 外切活性，而无5′→3 外切活性。 聚合、3′→5′外切活性，而无5′→3′外切活性。常用于 cDNA第二链合成 双链DNA 3′ cDNA第二链合成，双链DNA 3′末端标记等 第二链合成， 合成cDNA 合成cDNA 替代DNA聚合酶 进行填补，标记或DNA序列分析 聚合酶I ② 替代DNA聚合酶I进行填补，标记或DNA序列分析
Bam HⅠ Ⅰ GGATCC CCTAGG G +GATCC CCTAG G
BstⅠ Ⅰ GGATCC CCTAGG GATCC G + G CCTAG
同尾酶 有些限制性内切酶虽然识别序列不完全 相同，但切割DNA后，产生相同的粘性末端， 相同， 但切割 后 产生相同的粘性末端， 称为同尾酶 这两个相同的粘性末端称为配 同尾酶。 称为 同尾酶 。 这两个相同的粘性末端称为 配 伍未端(compatible end)。 。 伍未端
例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。 DNA片段被另一细菌摄取 溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。
三、转导作用
当病毒从被感染的（供体） 当病毒从被感染的（供体）细胞释 放出来、 再次感染另一（ 供体） 放出来 、 再次感染另一 （ 供体 ） 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 DNA转移及基因重组即为 转移及基因重组即为转导作用 (transduction)。 (transduction)。
pSC101
pR6-5
EcoRI
大肠杆菌
Boyer 和Cohen的实验 Cohen的实验
pSC101
pR6-5
抗四环素 EcoRI
抗卡那霉素
抗卡那霉 素基因 DNA连接酶 DNA连接酶
重组DNA分子 重组DNA分子
大肠杆菌
培养平皿
四环素\ 四环素\卡那霉素基因
四环素平板
卡那霉素基因
DNA克隆 （一）DNA克隆
命名
Hin dⅢ
属 系 株
Haemophilus influenzae d株 influenzae 流感嗜血杆菌d 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； 第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写； 第四个字母代表株； 第四个字母代表株； 用罗马数字表示发现的先后次序。 用罗马数字表示发现的先后次序。
①
反转录酶 多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
Байду номын сангаас
催化多聚核苷酸5 羟基末端磷酸化， 催化多聚核苷酸5羟基末端磷酸化，或标记探针 在3羟基末端进行同质多聚物加尾 切除末端磷酸基
限制性核酸内切酶
定义 限制性核酸内切酶(restriction 限制性核酸内切酶 (restriction 围切割双链DNA的一类内切酶 围切割双链DNA的一类内切酶。 的一类内切酶。
质粒 —— 细菌染色体外的小型环状双链DNA分子 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) 因子(F
二、转化作用
通过自动获取或人为地供给外源 DNA， 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)。 (transformation)。
克隆载体(cloning 克隆载体(cloning vector) 为使插入的外源DNA序列被扩增而特意 为使插入的外源 DNA序列被扩增而特意 设计的载体称为克隆载体 设计的载体称为克隆载体。 克隆载体。 表达载体(expression 表达载体(expression vector) 为使插入的外源DNA序列可转录翻译成 为使插入的外源 DNA序列可转录翻译成 表达载体。 多肽链而特意设计的载体称为表达载体 多肽链而特意设计的载体称为表达载体。
Bam HⅠ GGATCC CCTAGG G + GATCC CCTAG G
endonuclease,
RE)是识别DNA的特异序列 RE)是识别DNA的特异序列, 并在识别位点或其周 的特异序列,
分类
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 基因工程技术中常用Ⅱ （基因工程技术中常用Ⅱ型）
作用 与甲基化酶共同构成细菌的限制修 饰系统，限制外源DNA， 保护自身DNA。 饰系统，限制外源DNA， 保护自身DNA。
分
SS基因 SS基因 基因载体
切 接
重组体
转
筛
SS
表
按照人的愿望设计和建造非天然的基因表达体系。