基因工程整理版

Chapter1 基因工程概述

第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程关系1, 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构;

2，遗传学的兴起与发展, 特别是发现DNA是生命遗传信

息的物质基础, 从而导致分

子生物学的诞生;

3，分子生物学: 从分子水平或核酸水平对生命现象和本质

进行阐述和研究的生物学学

科, 内容包括: DNA和RNA

的结构、复制、表示、调

控、遗传和变异等

4，基因操作: 是研究分子生物学的手段, 同时也用来改造

基因或者及其相关的大分子

或者生物体, 目的是为人类

的需求服务, 基因操作的内

容包括: 分离、分析、改造、

检测、表示、重组、转移

等

5，基因克隆和基因重组: 是基因操作中最重要的环节。

PCR技术为基因的体外扩增

提供了强大的工具。

6，基因工程: 在各种酶的作用下, 将目的基因的DNA分子

与载体DNA分子相连接, 形

成重组的DNA分子, 以一定

的方式导入原无该类分子的

宿主细胞, 并使宿主生物变

为自然界原来没有并能连续

传代的新生物。

基因工程具体的操作过程包括: 1目的基因的获得;

2目的基因连接到克隆载体或表示载体, 形成重组DNA分子;

3重组DNA分子转化受体细胞, 并与之增殖;

4筛选受体细胞克隆, 表示目的

基因。

二、基因工程的诞生与发展

1、60年代末－70年代初: DNA 连接酶, 限制性核酸内切酶;

2、1972年P.Berg (80年获得诺贝尔化学奖) 完成世界上第一个体外重组DNA:

对(SV40 +λphage) DNA→EcoRI

↓T4 ligase

SV40 λ重组分子

3、1973年S.Cohen 和N.Boyer 完成第一个细菌克隆, 用

R6-5(Kanr)+pSC101(Tetr) →EcoRI

↓T4 ligase

转化E.coli→Kanr, Kanr 转化子

↓

分离转化子, pSC101完整, R6-5部分

4、1974年异源真核生物基因在 E.coli中表示, S.Cohen, H.Boyer用非洲爪蟾的编码核糖体基因与pSC101重组导入E.coli, 分析转化子, 在E.coli细胞内有外源的mRNA转录产物。此后, 基因工程迅速发展: 1981年, 第一个转基因哺乳动物小鼠在美国问世; 1982年, 基因工程胰岛素商品在美国由Eli Lilly公司投向市场; 1982年, 转基因烟草获得成功; 1985年, 基因工程微生物杀虫剂经过美国环保署的审批; 1990年, 基因治疗开始进入临床试验; 1996年, 克隆羊多莉诞生;

主要应用于:

1遗传改良2生物反应器3基因治疗等

各种基因工程产品有:

抗病毒剂; 抗癌因子;新型抗生

素;重组疫苗

免疫辅助剂;心血管防护急救药;抗衰老药

生长因子; 基因治疗及诊断Kit 等

国家中长期科学和技术发展规划纲要( -2020年)

前沿技术

1 ．生物技术

( 1 ) 靶标发现技术

( 2 ) 动植物品种与药物分子设计技术

( 3 ) 基因操作和蛋白质工程技术

( 4 ) 基于干细胞的人体组织工程技术

( 5 ) 新一代工业生物技术

第二节

基因工程是生物科学发展的必

然产物

一、基因是基因重组的物质基础

1.遗传因子:

①19世纪中期, 孟德尔提出遗

传性状是由来自父母的一

种”因子”决定的

②19 , 美国科学家W.H.Sutton

基于实验猜测遗传因子就是

染色体。

③19 , 摩尔根提出一条染色体

决定一个性状。

④Willard Johnnsen第一次引出

基因的概念: 染色体上的基

因是遗传因子。

⑤后来发现这些基因是由

DNA组成的。

2.DNA与遗传的关系

①1928年Frederick Griffith 细

菌转化实验证明: 细菌的某

些性状能够经过与另一种细

菌的碎片混合而发生改变。

②Oswald Avery等证实碎片中

的转化物质就是DNA。

③1952年, Alfred Hershey和

Martha Chase设计了著名的

Hershey- Chase实验, 经过噬

菌体感染细菌表明DNA能

够独立指导子代噬菌体的复

制, 噬菌体DNA包含了合成

噬菌体蛋白和噬菌体DNA

的遗传信息, 从而直接证明

DNA是遗传物质。

二、DNA的结构和功能

1.DNA的结构

①DNA的组成部分: 脱氧核

糖、磷酸基团、四种含氮

碱基

②DNA的三维结构: DNA的双

螺旋结构, 脱氧核糖和磷酸

基团彼此交错连接在一起

形成链状结构, 碱基在双链

内部经过氢键相互配对排

列, 腺嘌呤-胸腺嘧啶( A-T) , 鸟嘌呤-胞嘧啶( G-C)

2.DNA的复制: 半保留复制

方式

3.传递遗传信息: 基因-蛋

白质

4.指导蛋白质合成: 中心法

则

三、基因操作技术的发展

促进基因工程的诞生和发

展

1.基因工程的工具

①基因操作的车间-大肠杆菌

和病毒

②获得基因片段的工具-限制性核酸内切酶

③连接基因片段的工具-连接酶

④基因操作的载体-质粒和病毒

2.重组DNA实验: 基因操作工

具的开发为基因重组打下了

坚实的基础。

四、基因工程的内容

1.基因操作基本原理

①目的基因的获得: PCR技术、

DNA纯化、电泳技术等

②目的基因连接到克隆载体或

表示载体, 产生重组DNA分

子: DNA分子的分离、纯化、检测、切割、连接等

③重组DNA分子转化受体细

胞, 并与之增殖: 转化和鉴定

技术等

④筛选受体细胞克隆, 表示目

的基因: 筛选和表示技术等2.基因工程应用: 包括植物基

因工程、细菌基因工程、动

物基因工程、病毒基因工程

等。

主要应用于: 1生物反应器: 生产蛋白质和酶2生物遗传改良: 培育抗虫抗病品种3基因治疗: