教学重点、难点、学时
一、概述
二、基因
三、酶
四、载体
五、基因重组
1,要点
基因工程的分子生物学基础、基因工程工具酶、基因
工程载体、目的基因的获得、目的基因导入受体细胞、重
组体的筛选,DNA序列分析、基因工程在环境污染治理中
的应用
2、重点
基因工程的分子生物学、目的基因的获得、基因工程
工具酶、基因工程载体、目的基因导入受体细胞、重组体
的筛选
3、学时
5学时














(一)基因组的相关名词
1,DNA,遗传物质脱氧核糖核酸的简称。每个 DNA分子
都包含螺旋结构的双股链。
2、基因,DNA上有遗传意义的片段叫基因,基因包含一
定数量的碱基。基因是基础的遗传单位,它们决定一个人
眼睛的颜色、耳朵的大小、脑容量等所有人的生理特征和
一些行为特征。更重要的是,基因与许多疾病有关。




3、测序:确定 DNA双股链上每个独立结构单元或碱基的
确切顺序的过程。测序经常被称为, 破译,,因为其结果
就像解码一样。解码结果包含数百页和成千上万行 4种字
母的序列,这些字母表示 4种不同的碱基,它们是腺嘌呤、
鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶,分别用它们的首字母 A,T、
C,G表示,其排列顺序中蕴藏着各种各样的遗传信息和生
命指令。
4、基因诊断,也叫 DNA诊断、分子诊断,是通过从患者
体内提取样本用基因检测方法来判断患者是否有基因异常
或携带病原微生物。目前,基因诊断检测的疾病主要有三
大类:感染性疾病的病原诊断、各种肿瘤的生物学特性的
判断、遗传病的基因异常分析。




5、DNA芯片,又称基因芯片(genechip),
实质上是一种高密度的寡聚核苷酸(DNA探针)阵列。
它采用在位组合合成化学和微电子芯片的光刻技术,或者
利用其他方法将大量特定系列的DNA片段(探针)有序
地固化在玻璃或磋衬底上,从而构成储存有大量生命信息
的DNA芯片。
6、所谓转基因技术就是把外源基因整合到动植物基因
组中去。下面分别对转基因动物和转基因植物来进行描述。




7、基因突变是指由于 DNA碱基对的置换、增添或缺失而
引起的基因结构的变化,亦称点突变。
8、人类基因组(HumanGenome):是建立
人体所需的化学密码或蓝图,而这幅蓝图的基本组成是D
NA。DNA是一条由磷酸盐和糖组成的分子链,呈双螺
旋形,即两条互相缠绕的螺旋形分子带,中间以称为碱基
的横条紧扣。除了孪生子女外,每个人的DNA都是独一
无二的。




9、染色体(Chromosome):人体每个细胞
内皆有23对染色体,它们位于细胞的核心,当中染色体
XY是决定性别的。一个人体内所有细胞的染色体的长度
加起来,足足有1600亿公里长。
10,克隆是英文 clone的音译,简单讲就是一种人工
诱导的无性繁殖方式。




(二)基因工程
1、定义:将外源基因体外重组后导入受体细胞内,
使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
2、理论和技术支撑
( 1)理论,40年代发现了生物的遗传物质是 DNA,50
年代弄清了 DNA的双螺旋结构,60年代确定了遗传信息的
传递方式。




( 2)技术:工具酶、载体、逆转录酶
2、基因工程实施至少四个必要条件:工具酶、基因、
载体、受体细胞
3、基因工程的内容
4、遗传工程、基因工程,DNA重组技术的区别
5、基因工程操作的基本技术








(一)结构与功能
(二) DNA的变性、复性与杂交
(三)中心法则
(一)结构与功能
1,DNA的组成
碱基、脱氧核糖、磷酸基




(一)结构与功能
2,DNA的 结构
核心是 碱基配对( A= T,G= C)
1) DNA双螺旋结构模型:
a.两链平行反向且右旋,也发现了三股 DNA和左旋 Z-
DNA
b.以碱基配对
c.每周含 10个碱基对,现发现碱基对也可变,A- DNA
d.磷酸-核糖主链在外侧,碱基以平面在内侧且与主链
垂直
e.超螺旋结构普遍存在




Nu
cl
eot
ide
Genes
2)理论意义
a.细胞减数分裂和有性生殖
b.个体发育
c.遗传与变异
d.性状控制




(一)结构与功能
3.DNA的复制
1)在复制起始点形成复制起始叉;
2)半保留复制;
3)具有高度忠实性;
4)需要多种酶
4,DNA作为遗传物质的 优点
1)信息量大,可以微缩;
2)表面互补,电荷互补;
3)在水溶液中稳定性好
4)可突变,能求进化
5)有 T无 U,基因组得以增大,不会带来潜在危险
注,RNA拟酶 ?RNA蛋白质 ?DNA世界




(一)结构与功能
DN
A
Re
pl
ica
tion
变性(熔解) - 在 加热 或某些 试剂 的作用下,
DNA配对碱基之间的氢键结构受到破坏,双链 DNA多
核苷酸链能完全分离,此分离过程称为变性。
复性 -变性 DNA在一定条件下能恢复其双是螺旋
结构的过程。




(二) DNA的变性、复性与杂交
1,变性
1)变性表象
a粘度降低 b沉速加快 c紫外吸收值增大
2) 影响因素
a DNA本身稳定性 b外部条件
3)变性研究
Tm




(二) DNA的变性、复性与杂交
2,复性
1) 影响因素
a DNA分子的大小和顺序复杂性
b样品的浓度
c溶液的离子强度
d温度
2)复性条件
a盐浓度要高 b温度要高得适当
3) 复性动力学
满足二级动力学
注,复杂度- DNA中最长的没有重复序列的核苷酸对的个数值。




(二) DNA的变性、复性与杂交
3,杂交
当复性的 DNA分子由不同的两单链
分子形成时,称为杂交。
复性是分子杂交的理论基础。




(二) DNA的变性、复性与杂交
转录 -利用 DNA为模板合成 RNA的过程。
翻译 -以 RNA为模板合成蛋白质的过程。
1,RNA的转录
1) RNA聚合酶结合于 DNA分子上的特定位置;
2)使 DNA双链解旋,起始 RNA合成;
3) RNA链的延伸;
4) RNA合成的终止和释放。




(三)中心法则
2、逆转录和逆转录酶
逆转录 -以 RNA为模板在逆转录酶催化下合成 DNA
的过程。
逆转录酶 -是一种依赖于 RNA的 DNA聚合酶。
意义,逆转录和逆转录酶的发现使我们可以用真核
m RNA为模板,通过逆转录而获得为特定蛋白质编码
的基因。
3,翻译 -蛋白质的生物合成




(三)中心法则
RN
A
Ri
bon
uc
lei
c A
cid
RN
A
Ri
bon
uc
lei
c A
cid
-A
M
or
e D
etai
led
D
esc
rip
tion
mR
NA
依照 DNA 上面的核甘酸序列,可 翻译 成蛋白 质 的 氨 基酸序列,
这 是如何做到的?
(1) DNA 的序列可以 A=U 及 C=G 的互 补关系, 转 成
messenger RNA。
(2) mRNA 与核糖体结合, 准备开始进行转译蛋白质 。
(3) mRNA 序列以三 个为一组, 称为, 遗传密码,, 每组密
码可对应一种氨基酸 。
(4) 由 RNA 译成胺基酸序列时,需要有, 翻译者,, 此 翻译
者即为 tRNA。
(5) 每个 tRNA可说是一种介面,一 边认得特定的 RNA密码,
一 边携带对应的氨基酸 。
(6) 当 tRNA 一边认出其特定密码,一边可把所携带的氨基酸
接上连 成蛋白 质 。



(一)限制性内切酶
(二)连接酶
(三)修饰酶




(一)定义、分类、要求
(二)载体因宿主而不同
1、原核
2、真核
3、植物
4、动物











1、定义
能承载外源 DNA片段(基因)并带入受体细胞的传递
者。
2、分类
克隆载体、穿梭载体、表达载体
3、要求
( 1)自主复制能力
( 2)可利用的限制酶切点






宿




1、原核
( 1) 质粒 载体:能装载 10kb左右的 DNA片段
质粒:是能自主复制的双链环状 DNA分子,它们在细
菌中以独立于染色体之外的方式存在,一个质粒就是一
个 DNA分子,1kb--200kb。
a,pBR322(p100)
b,pUC18/19(p101)
颜色反应:带有没有插入 DNA片段的 Puc18/19质柆
的菌落呈蓝色;插入有目的 DNA片段,那么就会破坏 lacZ’
的结构,导致细菌无法产生功能性的 lacZ蛋白,也就无
法形成杂合 β - 半乳糖苷酶,因而菌落是白色的。
( 2)噬菌体载体:能装载 24kb左右的外源 DNA( p102)
噬菌体内含双链环形、单链环形、双链线形、单链线
形等多种形式、大小不一的 DNA,且感染率高。






宿




( 3)人工载体:大多具有大肠杆菌质粒的抗药性和
噬菌体强感染力,同时满足携带真核生物的目的基因大
片段 DNA。
柯斯质粒:又称质粒载体,是将质粒与 λ 噬菌体
DNA包装有关的区段( cos序列)相结合构建而成的克隆
载体。能装载 35kb— 45kb的外源 DNA。( p103)






宿




2、真核
穿梭载体:既可在原核中复制扩增,也可在真核
中扩增、表达。具备 p104的五个条件。
( 1)酵母质粒
( 2)人工染色体载体:整合质粒( YIP),复制型载
体(穿梭载体) YRP,附加体型载体( YEP)
a,YAC b,BAC C,PACs d,MAC






宿




3、植物
( 1) Ti质粒
( 2)植物 DNA病毒(很少应用)
( 3)植物转座子(很有前景)
4,动物
( 1)取代型
( 2)病毒-质粒重组型






宿




In
ser
tin
g a
DN
A
Sam
ple
in
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lasm
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Ch
rom
osom
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AC
)






(一)目的基因的获得
1,基因的组成,结构基因、调节基因、操纵基因
2、目的基因的获得
( 1)原核,基因文库
( 2)真核,cDNA,DNA的化学合成,PCR
(二)目的基因导入受体细胞
1,受体细胞及分类
( 1)定义:也称宿主细胸或表达系统,主目的基因
的表达,名手为复制、转录、翻译、后加工、分泌等提
供条件。






( 2)受体细胞选择的原则( p118)
(3)分类:微生物表达系统、植物细胞表达系统、动
物细胞表达系统
( 4)注意区分几个概念
a 融合系统与融合蛋白
b 瞬时表达系统与稳定表达系统
c 导入方法:高等动植物---显微注射、电穿孔
原核细胞---转导、转化
转化:是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收来
自另一基因型细胞的 DNA而使它的基因型和表型发生相
应变化的现象。
转导:是由病毒介导的细胞间进行遗传交换的一种
方式,即一个细胞的 DNA或 RNA通过病毒载体的感染转移
到另一个细胞中。
2、导入过程
( 1)目的基因导入克隆载体:强启动子、便于连接、
因细胞不同选用合适的载体






( 2)重组 DNA分子导入受体细胞:共有 9种方法
转化、高压电穿孔法、多聚物介导法、磷酸钙或 DEAE
- 葡聚糖介导的转染法、原生质体融合法、脂质体介导
法、显微注射法、粒子轰击法、激光微束穿孔法
(三) 重组体的筛选
1、物理方法:如电泳
2、生物学方法
( 1)遗传学方法:利用抗生素抗性基因、营养缺陷互补

( 2) 免疫学方法 ( western,eastern)
( 3) 利用噬菌斑筛选
3,核酸杂交
基本原理,(探针- prob)
(1)原位杂交
( 2) southern
(3)northern
(四) DNA序列分析
1,Maxam- Gilbert化学降解法
2,Sanger双脱氧法
xon
-A
M
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e D
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led
D
esc
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