第二章 重组DNA技术与基因工程的基本原理
dna重组技术的原理
DNA重组技术的基本原理DNA重组技术是一种通过人工手段改变DNA序列的方法，它在生物学、医学和农业领域有着广泛的应用。
DNA重组技术可以用于研究基因功能、制备重组蛋白、生产药物、改良农作物等。
其基本原理涉及到DNA分子的切割、连接和复制等过程。
1. DNA的切割DNA分子由两条互补链组成，每条链上都有一系列的核苷酸。
在DNA重组技术中，常常需要将某个特定的片段从一个DNA分子中切割出来，并插入到另一个DNA分子中。
为了实现这个目标，可以利用一种特殊的酶——限制性内切酶。
限制性内切酶能够识别并切割特定的DNA序列，产生具有粘性末端或平滑末端的断裂。
当两条互补链上都存在具有相同粘性末端或平滑末端的断裂时，它们可以通过碱基对互补配对重新连接。
这种重新连接称为“黏合”。
2. DNA片段插入在进行DNA重组时，需要将一个DNA片段插入到另一个DNA分子中。
为了实现这个目标，需要使用一种称为“载体”的DNA分子。
载体是一种能够自主复制的DNA分子，常用的载体包括质粒和噬菌体。
载体通常具有多个限制性内切酶切割位点，以便在特定位置插入目标DNA片段。
将目标DNA片段和载体同时用同一种限制性内切酶切割。
通过黏合作用将目标DNA 片段和载体连接在一起。
这样就得到了重组的DNA分子。
3. DNA的复制重组的DNA分子需要进行大量的复制，以便获得足够多的重组产物进行后续应用。
为了实现这个目标，可以利用一种特殊的酶——聚合酶。
聚合酶能够识别并复制DNA分子中的每一个核苷酸，并在其互补链上合成新的核苷酸。
通过PCR（聚合酶链式反应）技术或细菌转化等方法可以实现大规模复制重组的DNA分子。
4. DNA测序在进行DNA重组技术时，通常需要对重组产物进行测序，以确认所得到的DNA序列是否正确。
DNA测序是一种确定DNA序列的方法，常用的测序技术包括Sanger测序和高通量测序。
在Sanger测序中，通过利用聚合酶合成新的核苷酸链时，将一种特殊的二进制链终止剂添加到反应体系中。
简述重组 dna 技术的原理、操作方法及应用。
简述重组 dna 技术的原理、操作方法及应用。
重组DNA技术是一种基因工程技术，通过改变DNA序列来创建新的DNA序列或改变现有DNA序列。
它可以用于插入外源基因、删除或替换特定基因、改变基因的表达水平等。
重组DNA技术的基本原理是利用酶切和连接作用来剪切和连接DNA分子。
首先，通过特定的限制性内切酶将DNA分子切割成特定的片段。
然后，通过DNA连接酶将所需的DNA 片段连接起来，形成重组DNA。
最后，将重组DNA导入宿主细胞中，使其在宿主细胞中复制和表达。
操作方法包括以下几个步骤：1. 提取目标DNA：从源细胞或组织中提取目标DNA，可通过酸性条件、酶处理和离心等方法获得。
2. DNA片段的切割：使用限制性内切酶选择性地切割目标DNA和外源DNA，生成互补的黏性末端或平滑末端。
3. DNA片段的连接：通过DNA连接酶将切割的DNA片段连接起来，形成重组DNA。
4. 重组DNA的导入：将重组DNA导入宿主细胞，常用的方法有转化、病毒转染等。
5. 重组DNA的复制和表达：在宿主细胞中，重组DNA可以经过复制和转录/翻译过程，产生相应的蛋白质。
重组DNA技术的应用十分广泛，包括：1. 生产重组蛋白质：通过插入外源基因，改变宿主细胞的代谢途径，使其表达目标蛋白质，用于药物生产、工业生产等。
2. 基因治疗：将健康的基因插入患者的细胞中，用于治疗遗传性疾病等。
3. 基因敲除和敲入：通过重组DNA技术，在宿主细胞中删除或替换特定基因，研究基因功能和相关疾病的发生机制。
4. 基因工程作物：通过插入外源基因，改变植物的性状，使其具有抗虫、抗病、抗逆境等特性。
5. DNA检测和诊断：包括PCR扩增、基因测序、基因突变检测等，用于疾病诊断、亲子鉴定、犯罪学等领域。
总之，重组DNA技术的原理是通过酶切和连接作用来改变DNA序列，操作方法包括提取DNA、切割DNA片段、连接DNA片段、导入宿主细胞并实现复制和表达。
其应用领域广泛，包括蛋白质生产、基因治疗、基因工程作物等。
基因工程基本原理
基因工程基本原理
基因工程是通过改变生物体的基因组来实现对其性状的调控的技术。
其基本原理包括以下几个步骤：
1. 基因选择：从目标生物体中选择具有所需性状的基因。
2. 基因克隆：将目标基因从生物体中分离出来，通常通过
PCR等方法进行基因扩增。
3. 基因构建：将目标基因插入到载体DNA中，构建重组DNA。
载体可以是细菌、酵母或其他生物的染色体片段，一
般被称为质粒。
4. 基因转导：将重组DNA导入到宿主生物体中。
这通常使用
基因枪、电穿孔和细菌介导等技术来实现。
5. 检验与筛选：对转导后的宿主生物进行筛选，确认目标基因达到预期效果。
这可能需要对基因表达进行检测，例如通过PCR、基因表达测定等方法。
6. 基因表达：在宿主生物中，目标基因会被表达为蛋白质，进而影响其性状。
这可能需要使用特定的启动子、RBS和终止
子等元件来调控基因表达水平。
基因工程的基本原理就是通过这些步骤来实现对基因组的改造，从而达到人为调控生物性状的目的。
这项技术在农业、医学和
生物工程等领域有广泛应用，例如改良植物品种、生产特定药物和生物材料等。
DNA重组技术与基因工程
DNA重组技术与基因工程DNA重组技术和基因工程是现代生物学中的两个重要领域，它们的发展和应用对于人类的生活和健康有着重要的影响。
DNA重组技术是指通过人为干预改变DNA分子的组合和结构，以实现对基因的精确操控和改造。
而基因工程则是利用DNA重组技术对生物体的基因进行改造和调控，以实现特定的目的。
DNA重组技术的出现和发展，标志着人类对生命的探索和理解进入了一个新的阶段。
通过DNA重组技术，科学家们可以将来自不同物种的基因进行组合，创造出具有新功能和特性的生物体。
这种技术的应用范围非常广泛，从农业领域的作物改良，到医学领域的药物研发，都离不开DNA重组技术的支持和推动。
在农业领域，DNA重组技术和基因工程为作物的育种和改良提供了全新的手段。
通过将具有抗虫、抗病等特性的基因导入作物中，科学家们可以提高作物的产量和抗逆性，减少对农药的依赖，从而实现可持续农业的发展。
例如，转基因玉米、大豆等作物的广泛种植，大大提高了农作物的产量和品质，为解决全球粮食安全问题做出了重要贡献。
在医学领域，DNA重组技术和基因工程的应用也带来了革命性的变化。
通过将具有治疗性基因的载体导入人体细胞中，科学家们可以研发出基因治疗药物，用于治疗一些难以根治的遗传性疾病。
例如，基因工程药物“重组人胰岛素”可以有效治疗糖尿病，提高患者的生活质量。
此外，基因工程技术还被应用于疫苗的研发和生产，为人类防控传染病提供了新的手段。
然而，尽管DNA重组技术和基因工程在农业和医学领域的应用带来了巨大的好处，但也引发了一些争议和担忧。
一方面，人们担心基因工程可能对生态环境和人类健康造成潜在风险。
例如，转基因作物可能对生态系统产生不可预测的影响，而基因治疗药物可能导致不良反应和副作用。
另一方面，人们对基因工程的伦理和道德问题也有所担忧。
例如，基因编辑技术的出现引发了对人类基因改造的争议，人们担心这种技术可能导致人类基因的滥用和不可预测的后果。
面对这些争议和担忧，科学家和决策者需要进行深入的研究和评估，以确保基因工程的安全性和可持续性。
基因工程的基本原理和技术专家讲座
会产生相同黏性(平)末端, 然后让二者黏 性(平)末端黏合起来, 就似乎能够合成重组 DNA分子了。
基因工程的基本原理和技术专家讲座
第32页
生物A基因片段
生物B基因片段
……GAATTC…… ……GAATTC…………GAATTC…… ……CTTAAG…… ……CTTAAG…………CTTAAG……
同一个 EcoRⅠ 酶切
传密码, 基因工程的基本原理和技术专家讲座 1966年霍拉纳用试验加以证实。
第16页
基础理论和技术发展催生了基因工程
• DNA是遗传物质证实 • DNA双螺旋结构和中心法则确实立 • 遗传密码破译（遗传密码通用性） • 基因运载体发觉 • 工具酶创造 • DNA合成和测序技术创造 • DNA体外重组实现 • 重组DNA表示试验成功 • 第一例转基因动物问世 • PCR技术创造
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 “分子运输车”—— 基因进入受体细胞载体
基因工程的基本原理和技术专家讲座
第20页
DNA重组技术基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀” • DNA连接酶——“分子缝纫针” • 基因进入受体细胞载体——“分子运输
车”
基因工程的基本原理和技术专家讲座
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一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1、主要起源：
主要从微生物中分离 纯化
2、特点（：不一样识限别制双酶链能D识N别A分不子一某样种特特点定核核苷苷酸酸序序列列）,
而且以不一样方式在两个特殊碱基之间切断DNA 双链。
使每条链中特定部位两个核苷酸
3.作用： 基因工程的基本原理和技术专家讲座
之间磷酸二酯键断开 第22页
磷酸二酯键
H
5
第二章.基因工程主要技术原理-研究DNA-蛋白质互作的方法
2.6.2 DNasel足迹试验 尽管凝胶阻滞试验能够揭示出在体内发生的DNA蛋白质之间 相互作用的有关信息，然而它却无法确定两者结合的准确部 位 。 要 解 答 这 个 问 题 ， 则 需 要 应 用 DNasel 足 迹 试 验 （footprinting assay）。它是一类用于检测与特定蛋白质结合
切割产生的不同长度DNA片段组成的序列梯度条带。但是，如果有一 种蛋白质已经结合到DNA分子的某一特定区段上，那么它就将保护这 一区段的DNA免受DNasel的消化作用，因而也就不可能产生出相应长 度的切割条带。所以在电泳凝胶的放射自显影图片上，相应于蛋白质 结合的部位是没有放射标记条带的，出现了一个空白的区域，人们形 象地称之为“足迹” 。基Βιβλιοθήκη 工程第二章 基因工程技术原理
基因工程
第二章 基因工程技术原理
足迹试验的优点 可以形象地展示出一种特殊的蛋白质因子同特定DNA片段 之间的结合区域。如果使用较大的DNA片段，通过足迹试 验便可确定其中不同的核苷酸序列与不同蛋白质因子之间 的结合位点的分布状况。如同凝胶阻滞试验一样，也可以 加入非标记竞争DNA，来消除特定的足迹，据此确定其核 酸序列的特异性。
基因工程
第二章 基因工程技术原理
2.6.4 体内足迹试验
上面所讨论的这三种方法有一个共同的不足之处，即它们都是在体外进 行的试验。因此人们自然会问，这些结果能够确切地反映活细胞内发生 的DNA一蛋白质相互作用的真实情况吗？为了解答这个问题，科学工作 者又设计出了一种体内足迹试验体系。然而究其实质而言，这种技术无
使用竞争DNA，可间接阐明体内的DNA与蛋白质的相互作用。如，使用 一种具有与已知转录因子结合位点的竞争DNA，就可以判断检测到的蛋白 质是否属于此类转录因子，或是与之相关的其它转录因子；如果事先引入 突变，可以检测突变对其与转录因子结合作用的影响。
基因工程与重组DNA技术
基因工程与重组DNA技术随着科学技术的不断发展，基因工程与重组DNA技术在生物学领域中起到了至关重要的作用。
本文将就基因工程与重组DNA技术的基本概念、原理与应用进行探讨，并着重介绍其在医学、农业和环境领域的具体应用。
一、基因工程与重组DNA技术的基本概念及原理基因工程是指通过对生物体的基因进行重新组合、修饰和转移，改变其遗传性状的技术手段。
而重组DNA技术则是基因工程中最主要的技术手段，其主要原理是将不同生物种类中的DNA分子进行切割、拼接与复制，形成具有新功能的DNA分子。
重组DNA技术主要包括以下几个步骤：首先，利用限制性内切酶切割源DNA和载体DNA，得到切端具有互补碱基序列的DNA片段；然后，通过DNA连接酶将源DNA片段与载体DNA片段连接成重组DNA；最后，将重组DNA转入宿主细胞，使其进行表达。
二、基因工程与重组DNA技术在医学领域的应用1. 基因诊断与基因治疗基因工程与重组DNA技术为医学诊断提供了新的手段。
通过基因诊断技术，可以对遗传性疾病进行准确的检测，帮助医生确定疾病的遗传风险。
而基因治疗则利用重组DNA技术将正常的基因导入患者体内，修复或替代受损基因，从而治疗一些难以根治的遗传性疾病。
2. 药物研发与生产基因工程与重组DNA技术在药物研发与生产中发挥着重要作用。
通过重组DNA技术，可以大量生产具有特定功能的蛋白质，如胰岛素、生长激素等，用于药物的制备。
此外，基因工程还为新药的研发提供了新的途径，可以通过改变药物的基因结构，使其更加高效、安全。
三、基因工程与重组DNA技术在农业领域的应用1. 转基因植物的培育通过基因工程与重组DNA技术，可以向植物中导入具有特定功能的基因，使其具备抗虫、抗病、耐旱等性状，提高作物的产量和品质。
例如，转基因水稻具有抗虫性，可以减少农药的使用，降低环境污染。
2. 新品种的选育基因工程与重组DNA技术为农业科学家提供了选育新品种的利器。
通过转基因技术，可以将植物或动物中具有抗病、耐逆等性状的基因导入到目标物种中，从而提高其产量和品质，满足人们不断增长的食品需求。
基因工程的基本原理
基因工程的基本原理基因工程的基本原理是在分子水平上直接操作遗传物质，通过改变生物体的基因组成，以获得人们所需的新性状或新产品。
这一技术的核心是DNA重组技术，即将所需的目的基因从供体生物的基因组中分离出来，经过必要的加工和处理后，与载体DNA连接，形成重组DNA分子。
然后将重组DNA分子引入受体细胞，通过筛选和鉴定，获得稳定表达目的基因的重组体克隆。
最后，通过对目的基因的表达和产物的纯化，获得所需的新产品或新性状。
基因工程的基本原理可以概括为以下几个步骤：获得目的基因：这是基因工程的第一步，需要从供体生物的基因组中分离出所需的目的基因。
常用的方法包括化学合成法、PCR扩增法、基因文库筛选法等。
构建重组DNA分子：将目的基因与载体DNA连接，形成重组DNA分子。
载体通常是一种能够自主复制的DNA分子，如质粒、病毒等。
连接过程需要用到限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶。
引入受体细胞：将重组DNA分子引入受体细胞，常用的方法包括转化、转染、感染等。
受体细胞可以是原核生物、真核生物或细胞系等。
筛选与鉴定重组体克隆：通过选择性培养基或分子生物学方法，筛选出含有重组DNA 分子的细胞克隆，并进行鉴定。
鉴定方法包括PCR、测序、Southern杂交等。
目的基因的表达与产物纯化：在鉴定出正确的重组体克隆后，需要通过诱导表达或组成型表达等方式，使目的基因在受体细胞中表达。
然后通过对表达产物的分离纯化，获得所需的新产品或新性状。
总之，基因工程是一种在分子水平上直接改造遗传物质的技术，通过改变生物体的基因组成，实现对其性状和功能的定向改造和优化。
这一技术在医学、农业、工业等领域都有广泛的应用前景。
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生物技术专业核心课程
基因工程
华东理工大学张惠展
基因工程
523416789重组DNA 技术与基因工程的基本概念
重组DNA 技术与基因工程的基本原理
重组DNA 技术所需的基本条件
重组DNA 技术的操作过程
目的基因的克隆与基因文库的构建
外源基因在大肠杆菌中的表达
外源基因在酵母菌中的表达
外源基因在哺乳动物细胞中的表达
外源基因表达产物的分离纯化
D 基因工程的支撑技术
2重组DNA技术与基因工程的基本原理
C 基因工程的基本原理
B 基因的分子生物学
A 重组DNA技术的理论基础
A 重组DNA技术的理论基础
19世纪中孟德尔豌豆杂交试验遗传因子经典遗传学20世纪初摩尔根果蝇杂交实验基因基因学1944年艾弗瑞肺炎双球菌转化实验遗传物质DNA
分子遗传学1953年沃森-克瑞克DNA双螺旋结构分子生物学1973年伯格-杰克森-考恩-鲍耶DNA分子体外拼接
基因工程
B 基因的分子生物学
基因
蛋白质
机体构架功能效应生物催化
调控元件m R N A
转录
翻译
生物性状生物过程
C 基因工程的基本原理
提高外源基因的剂量——分子遗传学原理
筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、增强子、操作子、终止子、上游调控序列等
增强子、操作子、终止子、上游调控序列等列、非编码区、密码子等
列、mRNA 非编码区、密码子等——分子生物学原理
修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：SD 序基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产
——生化工程学原理
——分子生物学原理
D 基因工程的支撑技术
核酸凝胶电泳技术
核酸分子杂交技术
细菌转化转染技术
DNA序列分析技术
寡核苷酸合成技术
基因定点突变技术
聚合酶链反应（PCR）技术。