生物化学与基因工程
第七版生物化学_第14章基因工程
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DNA
连接酶 3´
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拼 接
片 段
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重
重
组
组
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体
体
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3´ 内切酶
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(ruvC)
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DNA
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连接酶
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E.coli同源重组分子机制：
需数十种酶参与，其中最关键的是：RecA蛋白、 RecBCD复合物及RuvC蛋白。 RecA蛋白是由rec基因编码的，可结合单链DNA， 形成RecA—ssDNA复合物。 RecA蛋白具有多个DNA 结合位点，因此线性RecA—ssDNA复合物可以通过插 入同源的DNA双螺旋的大沟，形成三链DNA中间物， 并通过旋转逐渐取代双螺旋DNA中的一条链，与互补 链配对，将同源链置换出来，产生新的双链DNA分子， 从而完成DNA重组。
通过自动获取或人为地供给外源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)。
例如：当细菌破裂溶解（溶菌）时，其裂解 的DNA片断可被另一细菌作为外源DNA摄取，并 重组整合进自己的基因组，随细菌基因一起复制、 转录、翻译，使受体菌获得新的遗传表型。
目录
2.倒位重组及后果： 以hix为特异重组位点，在倒位酶作用下，两个hix 之间的H片段进行特异位点重组(倒位)。其结果是 H2和rH1基因不表达，因为没有了启动子。但远方 的H1基因因没有阻遏蛋白的抑制而得以表达。所以， 倒位重组的后果是表达H1鞭毛蛋白而不表达H2鞭毛 蛋白。因此，沙门氏菌的位相是由于它的两种鞭毛 蛋白质H1和H2的交迭表达。在某一时期，菌体表达 其中的一种，但从不表达两种。
生物基因工程知识点总结
生物基因工程知识点总结一、概述生物基因工程是指利用生物学、生物化学、分子生物学等多学科知识和技术手段对生物体的基因进行改造和调控的科学技术。
通过对基因的修饰、转移和表达，可以改变生物体的遗传特性，实现对生物体的功能和性状的改良。
生物基因工程在农业、医药、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
二、基因工程的主要技术1.重组DNA技术重组DNA技术是指利用DNA分子重组、剪接和合成等手段，将来自不同生物体的DNA片段进行组合，构建新的DNA分子。
重组DNA技术的核心是DNA的克隆，包括DNA片段的插入、DNA连接和DNA复制等步骤。
重组DNA技术为基因工程的实施提供了基础和工具。
2.基因克隆技术基因克隆技术是指通过重组DNA技术将目标基因从一个生物体中提取并扩增，然后将其插入到另一种生物体的染色体中，使目标基因在新的宿主中得到表达。
基因克隆技术可以用于基因的纯化、基因的表达以及基因功能的研究等方面。
3.基因转导技术基因转导技术是指将外源基因导入到目标细胞或生物体中的技术。
常用的基因转导技术包括病毒介导的基因转导、质粒介导的基因转导和基因枪介导的基因转导等。
基因转导技术可以用于将特定基因导入到细胞中，实现基因表达或基因敲除等目的。
4.基因编辑技术基因编辑技术是指通过直接修改生物体的基因组，实现对基因的精确编辑和修饰。
常用的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、TALEN 和ZFN等。
基因编辑技术可以实现基因的插入、删除、修改和替换等操作，用于研究基因功能和治疗基因相关疾病具有重要意义。
三、应用领域1.农业领域生物基因工程在农业领域的应用主要包括转基因作物的培育和农业生物技术的开发。
转基因作物通过引入抗虫、抗病、抗逆性等基因，提高作物的产量和品质，降低农药使用量，改善农业生产环境。
农业生物技术的开发包括农业生物育种、无性繁殖和抗病虫害等方面的技术创新。
2.医药领域生物基因工程在医药领域的应用主要包括基因药物的研发和基因诊断技术的应用。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
基因工程实验-biochemlab
实验二 基因组总ＤＮＡ提取
一、实验目的
掌握酚氯仿法提取ＤＮＡ的原理和操作。
生物的大部分或几乎全部ＤＮＡ都集中在细胞核或类核中。DNA在体内通常都与蛋白质结合，蛋白质对DNA制品的污染常影响到以后的DNA操作过程，因此需把蛋白质除去，一般采用酚氯仿抽提法。苯酚、氯仿对蛋白质有极强的变性作用，而对DNA无影响。经苯酚、氯仿抽提后，蛋白质变性而被离心沉降到酚相与水相的界面，DNA则留在水相，少量的或与DNA紧密结合的蛋白质可用蛋白酶予以去除。DNA制品中少量的RNA无影响，必要时可加入不含DNase的RNase去除RNA污染。
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五、思考题
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如果实验对照组本不该长菌落的平板上长出了一些菌落，你将如何解释这种想象？
01
实验目的
02
掌握重组质粒的转化方法
03
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实验六 重组质粒的转化
转化是将外源DNA 分子引入受体细胞，使之获得新的遗传性状的一种手段。
化学转化法 利用Cacl2处理感受态受体细胞，然后通过热休克处理，即置于42℃高温热激90s，热休克后，是受体菌在不含抗生素的培养液中生长至少半小时以上，使其表达足够蛋白质，以便能在含抗生素的平板上生长菌落。
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ＤＮＡ重组、转化 ＭＨＣ与pMD18-T连接 DH5a感受态细胞制备
转化、平板涂布、培养
筛选与鉴定 抗生素抗性筛选 挑单菌落培养 提取质粒 质粒酶切、电泳检测
2.微量移液器的使用
将微量移液器按钮轻轻压在第一挡 垂直握持微量移液器，使吸头浸入页面下几毫米，千万别将吸头直接插到液体底部 缓慢、平稳地松开控制按钮，吸上样品液。否则液体进入吸头太快，导致液体倒吸入移液枪内部，或吸入体积减少。 等1s后将吸头提高液面，并使吸头在容器壁擦过 平稳把按钮压到第一停点，在把按钮压到第二停点以排出剩余液体、 提起微量移液器，使吸头在容器壁擦过 然后按吸头弹射器除去吸头
生物化学与基因工程的联系
生物化学与基因工程的联系生物化学是研究生物分子结构和功能的一门学科，而基因工程则是利用人工手段对基因进行改造，从而改变生物的基因组和表型。
它们看似是两个截然不同的学科领域，但实际上，它们之间存在着密不可分的联系。
生物化学是基因工程的理论基础。
生物体内的基因是由DNA 分子构成的，而基因工程的核心技术就是将外源DNA片段引入到宿主细胞的基因组中，因此对DNA的结构和功能的深入了解，有利于我们更好地进行基因工程研究和实践操作。
举个例子，基于CRISPR-Cas9技术的基因编辑就是近年来快速发展起来的基因工程技术之一，它利用特定的酶切剪切DNA链，再引入相应的外源DNA，从而实现对目标基因进行编辑和修饰。
但是要实现这样的编辑，就需要对CRISPR-Cas9技术的原理和分子机制有深入的认识，这就需要生物化学的支撑。
另外，在基因工程中常用的载体也是由生物化学方法提供的，如质粒、病毒等。
质粒是一种很常见的载体，其中包含了可以表达目标基因的DNA区域和维持其稳定性的基因元件。
生物化学的技术可以使我们更好地设计和构建这样的载体，使其具有更好的表达效率和特定的表达时序，从而更好地实现基因工程的目标。
生物化学还可以为基因工程的研究提供重要的工具和试剂。
如PCR技术，可以在短时间内扩增某一特定序列的DNA，从而方便我们获得所需的DNA片段；蛋白质表达和纯化技术，可以大量生产纯净的重组蛋白，为研究和应用提供了充足的物质基础。
基因工程的应用主要涉及到医药、农业、生物技术等多个领域。
举个例子，利用基因编辑技术可以治疗一些遗传疾病，如囊性纤维化等；利用转基因技术可以改良农作物的生长性状和抗病能力。
生物化学正是为这些应用提供了理论和技术支撑。
总之，生物化学和基因工程之间紧密联系，互相促进和支撑。
我们要深入研究基因的分子机制和生物大分子的结构与功能，来推动生物技术和基因工程的快速发展。
生物化学现代科学研究领域的发展情况
生物化学现代科学研究领域的发展情况生物化学作为一门综合化学与生物学的交叉学科，以研究生物体内物质组成、结构以及生物体内各种生物化学反应为主要研究对象。
随着科学技术的不断进步，生物化学在现代科学研究领域中的发展也得以飞速推进。
下面将从三个方面介绍生物化学现代科学研究领域的发展情况。
一、分子生物学和基因工程的发展分子生物学是生物化学的重要分支，它研究DNA、RNA以及蛋白质等生物大分子的结构、功能和相互关系。
随着基因工程技术的发展，人们能够通过基因的改变实现对生物体的控制和操纵，进一步揭示了生物体内各种生物化学反应的机制。
基因工程技术在医学、农业、工业等领域都有广泛的应用，例如通过基因治疗可以治疗一些遗传性疾病，通过转基因作物可以提高农作物的产量和抗病性，通过工程菌株可以合成其中一种特定的化合物等。
二、蛋白质科学的突破蛋白质是生物体内最基本的功能分子，它们参与了生物体内几乎所有的生命过程。
近年来，蛋白质科学取得了许多突破性进展。
首先，高通量蛋白质组学技术的出现使得研究者能够快速高效地研究蛋白质的表达、定量和功能等方面的问题。
其次，结构生物学的快速发展也为研究蛋白质的结构和功能提供了强有力的手段，例如通过X射线晶体学和核磁共振技术可以解析蛋白质的三维结构，从而深入了解其功能和相互作用。
此外，蛋白质工程技术的发展也使得人们能够设计和构造具有特定功能的蛋白质，在制药和生物制造等领域具有广阔的应用前景。
三、代谢组学和系统生物学的兴起代谢组学是研究生物体内代谢产物的定量和结构变化的科学，而系统生物学则是以系统化的视角研究生物体内各种生化反应的有机整合。
代谢组学和系统生物学的兴起使得我们能够更全面地了解生物体内的代谢网络和调控机制。
通过大规模测定代谢物的含量和表达水平，可以揭示代谢物与生物过程之间的关联，从而深入研究特定疾病的发生机制以及药物的作用方式。
代谢组学和系统生物学的应用在医学、健康领域以及农业和环境保护等方面具有巨大潜力。
生物化学在生物工程中的应用
生物化学在生物工程中的应用引言：生物工程是一门综合性学科，包含了生物学、化学、工程学等多个学科的知识，旨在利用生物体的天然功能，通过对生物体的改造和优化，来解决生产、环境和医疗等领域的问题。
而作为其关键组成部分之一，生物化学在生物工程中的应用至关重要。
本文将重点探讨生物化学在生物工程中的应用领域及其相关技术。
一、基因工程中的生物化学应用基因工程是生物工程领域最重要的分支之一，它通过对生物体的基因进行修改和组合，来达到改变生物体性状的目的。
而在基因工程中，生物化学的应用可以用来解决以下问题：1. DNA重组技术：生物化学技术可以通过DNA重组技术，将不同生物体的基因片段进行组合，从而产生新的功能基因。
例如，通过将人源基因与细菌质粒组合，可以构建出能够大量表达人类蛋白的重组质粒。
2. 基因克隆：生物化学技术可以通过PCR扩增等方法，实现对特定基因的克隆。
通过基因克隆，科学家可以获得大量特定基因的样本，从而加深对基因功能的理解，并进一步进行基因工程操作。
3. 基因编辑：生物化学技术可以利用特定的酶或蛋白，对生物体的基因进行编辑。
例如，利用CRISPR-Cas9系统，科学家可以实现对基因的精确定位编辑，从而修复病变基因或改变生物体的性状。
二、蛋白工程中的生物化学应用蛋白工程是生物工程领域的另一个重要分支，旨在通过对蛋白质进行改造和优化，来创造具有新功能的蛋白质。
在蛋白工程中，生物化学的应用主要体现在以下几个方面：1. 蛋白质表达和纯化：生物化学技术可以通过基因工程手段实现对目标蛋白的大量表达，并通过蛋白质纯化技术，获得高纯度的目标蛋白。
这为蛋白质的结构和功能研究提供了必要的样本。
2. 蛋白质改造：通过生物化学手段，科学家可以对蛋白质的氨基酸序列进行改造，从而改变其结构和功能。
例如，通过点突变或插入剪切位点，可以改变酶的底物特异性或催化活性。
3. 蛋白质工程：生物化学技术可以通过模拟进化和分子设计等方法，创造具有新功能的蛋白质。
生物化学第十四章-基因重组和基因工程
第十四章基因重组和基因工程一、自然界的基因转移和重组：基因重组(gene recombination)是指DNA片段在细胞内、细胞间，甚至在不同物种之间进行交换，交换后的片段仍然具有复制和表达的功能。
1．接合作用：当细胞与细胞相互接触时，DNA分子即从一个细胞向另一个细胞转移，这种遗传物质的转移方式称为接合作用（conjugation）。
2．转化和转染：由外来DNA引起生物体遗传性状改变的过程称为转化(transformation)。
噬菌体常常可感染细菌并将其DNA注入细菌体内，也可引起细菌遗传性状的改变。
通过感染方式将外来DNA引入宿主细胞，并导致宿主细胞遗传性状改变的过程称为转染(transfection)。
转染是转化的一种特殊形式。
3．整合和转导:外来DNA侵入宿主细胞，并与宿主细胞DNA进行重组，成为宿主细胞DNA的一部分，这一过程称为整合。
整合在宿主细胞染色体DNA中的外来DNA，可以被切离出来，同时也可带走一部分的宿主DNA，这一过程称为转导(transduction)。
来源于宿主DNA的基因称为转导基因。
4．转座：转座又称为转位（transposition），是指DNA的片段或基因从基因组的一个位置转移到另一个位置的现象。
这些能够在基因组中自由游动的DNA片段包括插入序列和转座子两种类型。
⑴插入序列：典型的插入序列（insertion sequence，IS）是长750-1500bp的DNA片段，由两个分离的反向重复序列和一个转座酶基因。
当转座酶基因表达时，即可引起该序列的转座。
其转座方式主要有保守性转座和复制性转座。
⑵转座子：转座子(transposons)是可从一个染色体位点转移到另一个位点的分散的重复序列，含两个反向重复序列、一个转座酶基因和其他基因（如抗生素抗性基因）。
免疫球蛋白重链基因由一组可变区基因（VH）和一组恒定区基因（CH）构成，通过这些基因的选择性转座和重组，就可以转录表达出各种各样的免疫球蛋白重链，以对付不同的抗原。
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生物化学与基因工程
生物化学是理科，注重思维，学的是纯理论的东西，出来后可能研究一些生物原理。
生物化学工程是化学工程的一个前沿分支，它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。
它作为生物化学、微生物学及化学工程学之间的边缘学科，是生物技术中将近代生物学的成就转变成生产力所必不可少的重要组成部分。
沿革酿酒制醋、面团发酵是人类最早掌握的生产和生活知识之一。
考古工作者证明，在距今4000～4200年前的中国龙山文化遗址中就有盛酒用的陶樽等；在距今4600年前的古埃及金字塔中，也发现了类似面包的遗迹。
1857年法国科学家L.巴斯德首先证明酒精乙醇是由活的酵母引起发酵而得到的，其他不同发酵产物是由不同的微生物的作用引起的。
在这一启示下，从19世纪80年代起到20世纪30年代末为止，不少发酵产品，如乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮、正丁醇、柠檬酸等相继投入生产。
这些都是属于第一代的生物化工产品。
这一时期的特点是工业生产即实验室规模的简单放大，人们着重于工艺的研究，而尚未形成严格的工程学科。
第二代的生物化工产品是在40年代随着抗生素工业的兴起而出现的。
第二次世界大战爆发时，急需一种高效治疗剂以控制战伤及其继发感染。
由英、美两国联合加速对青霉素的研究和生产。
当时参加研究的除有生物、化学的科学家外，还有一批化学工程师。
1943年起，在具有通气搅拌装置的发酵罐中大量培养青霉素产生菌的方法出现了，代替了原来用上万个瓶子进行表面培养的生产方法。
随后，1944年发现的链霉素，1946年发现的氯霉素等都相继顺利地投产。
这一时期，化学工程师成功地解决了好气性微生物的大规模培养中的氧的供应、培养基和空气的灭菌以及产品提取中的关键技术和设备问题，并从中建立了发酵过程中的搅拌通气、培养基和空气灭菌等单元操作，实际上也为生物化学工程的建立奠定了初步的理论基础。
1947年7月美国麦克公司被授予“生物化学工程的专题研究”的麦格劳－希尔化学工程成就奖。
生物化学工程由此得名并沿用至今。
在这以后，生物化学工程在为其后出现的氨基酸、酶制剂生产、甾体的生物转化以及酶的工业应用等过程开发和对原有发酵过程的改造起了积极作用。
1974年以后，生物学出现了以重组DNA技术和细胞融合技术为代表的一系列新的成就,从而出现了第三代的生物化工产品，如用DNA重组体菌种生产的胰岛素、干扰素、疫苗以及用杂交瘤技术生产的单克隆抗体等。
这些产品及其生产过程的特点（如DNA重组菌体的易于退化,以及大量细胞需要培养等），进一步要求生物化学工程开拓新的生物反应器以及新的单元操作。
所以说，生物化学工程丰富了化学工程的内容。
对象和内容生物反应过程是利用生物催化剂，即游离或固定化的活细胞或酶以从事生物化工产品的生产过程。
当采用活细胞催化剂(主要是整体的微生物细胞)时，称为发酵过程。
而利用从细胞中提取得到的酶为催化剂时，则称为酶反应过程。
此外，也常把动植物细胞大量培养列入生物反应过程。
有关生物反应过程的特点和规律的研究是生物化学工程主要内容之一。
生物反应过程包括四个组成部分：
①原料预处理即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也
称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。
②生物催化剂的制备生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则是从细胞中提取出来的，只在经济合理时才被应用。
不同菌株和不同酶的催化专一性、活力及稳定性有很大差异，因此有关菌种分离、筛选、选育是不可缺少的。
人们已有可能用重组DNA技术及细胞融合技术来改造或组建新的生物催化剂。
固定化酶或固定化细胞的出现，使生物催化剂能较长时期地反复使用。
③生物反应的主体设备即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。
另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。
为了设计生物反应器并确定其操作方式和操作条件，在发酵动力学、酶动力学以及传递过程原理的基础上形成了生化反应工程。
④生物化工产品的分离和精制这一部分常称下游加工，是生化分离工程的主要内容。
学科特点生物反应过程与一般化学反应过程相比，具有以下特点：①由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应,且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作；②可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响；③生产设备较为简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用和微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积很大；④酶反应的专一性强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，产物中常含有杂质，给提取带来困难。
发展趋势生物化学工程重点研究的内容是：①新型生物反应器研究开发，特别是针对重组DNA技术、细胞融合技术所获得的新产品的投产，动植物细胞大量培养技术的兴起，高粘度、高密度发酵液的需要，而研制各种新型生物反应器及其有关的基本原理；②新型分离方法及设备的开发，一些适用于生物化学品的分离和精制方法虽较多，但大多只停留在实验室规模上，将这些方法用于生产是十分迫切的课题；③各种描述生物反应过程的数学模型的建立，将有利于过程的控制和优化以及计算机的运用；④生产过程控制手段的改造，重点要解决的是各种能反映反应过程变化特性参数的传感器的研制和计算机控制系统的完善。
基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
基因工程的基本定义
狭义上仅指基因工程。
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，表达出新产物或新性状。
重组DNA分子需在受体细胞中复制扩增，故还可将基因工程表征为分子克隆（Molecular Cloning）或基因克隆（Gene Cloning）。
广义上包括传统遗传操作中的杂交技术、现代遗传操作中的基因工程和细胞工程。
是指DNA重组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：基因重组、克隆和表达的设计与构建（即DNA重组技术）；
下游技术：基因工程菌（细胞）的大规模培养、外源基因表达产物的分离纯化过程。
广义的基因工程概念更倾向于工程学的范畴。
广义的基因工程是一个高度的统一体：
上游重组DNA的设计必须以简化下游操作工艺和装备为指导思想；
下游过程则是上游重组蓝图的体现与保证。
---基因工程产业化的基本原则。
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或基因工程生物体的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
基因工程是利用重组技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对各种生物的核酸（基因）进行改造和重新组合，然后导入微生物或真核细胞内，使重组基因在细胞内表达，产生出人类需要的基因产物，或者改造、创造新特性的生物类型。
从实质上讲，基因工程的定义强调了外源DNA分子的新组合被引入到一种新的寄主生物中进行繁殖。
这种DNA分子的新组合是按工程学的方法进行设计和操作的，这就赋予基因工程跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的生物种（species）间限制，扩大和带来了定向改造生物的可能性，这是基因工程的最大特点。
基因工程包括把来自不同生物的基因同有自主复制能力的载体DNA在体外人工连接，构成新的重组的DNA，然后送到受体生物中去表达，从而产生遗传物质的转移和重新组合。
基因工程要素：包括外源DNA，载体分子，工具酶和受体细胞等。
一个完整的、用于生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有：（1）外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。
这一部分的工作是整个基因工程的基础，因此又称为基因工程的上游部分。
（2）适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组。
（3）外源基因的导入。
（4）外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选。
（5）外源基因表达产物的生理功能的核实。
（6）转基因新品系的选育和建立，以及转基因新品系的效益分析。
（7）生态与进化安全保障机制的建立。
（8）消费安全评价。
特征
1）跨物种性
外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。
2）无性扩增
外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。
优点编辑播报
基因工程最突出的优点是打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。
人的基因可以转移到大肠杆菌中表达，细菌的基因可以转移到植物中表达。