《生物工程技术》PPT课件

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1、第二章生物工程技术分论第一节基因工程1.概论：基因工程的基础是基因结构的探明，什么是基因？它是DNA分子上的一个特定片段。不同基因的遗传信息，存在于各自片段上的碱基排列之中，基因的精确复制，保证了遗传信息的代代相传，基因通过转录出的信使RNA（mRNA)指导合成蛋白质。这个过程就是基因的表达所以基因是遗传之本，是控制生命活动的“蓝图”。如：家蚕吐丝是因为家蚕含有丝素蛋白的基因、豆科植物固N是因为与豆科植物的根部共生的微生物中含因N基因。对人类有用的抗生素、氨基酸、核酸和酶制剂能通过微生物生产，因为这类微生物中含有合成这些物质的基因，但微生物不能生产人的胰岛素和干扰素这些医学极其珍贵的药物。

2、因为这些微生物没有人的这些基因，禾本科的植物不能因N，是因为这些植物的体内没有因N基因。但多少世纪以来，人类通过人工选择、杂文育种等方法，培育出许多集父母本的优良性状于一身的新物种。但常规方法不能按照人的预定目的、定向地改变生物的遗传特征，特别是杂交育种在不同物种之间还存在不可愈越的鸿沟，人们一直渴望能有一种定向培育生物品种的新方法。如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物

3、的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。2.基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。DNA分子很小，其直径只有20埃，约相当于1/5,000,000cm，在它们身上进行“手术”是非常困难的，因此基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须

4、有特殊的工具。要把目的基因从供体DNA长链中准确地剪切下来，可不是一件容易的事。1968年，沃纳·阿尔伯博士、丹尼尔·内森斯博士和汉密尔·史密斯博士第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶，它能够在DNA上寻找特定的“切点”，认准后将DNA分子的双链交错地切断。人们把这种限制性内切酶称为“分子剪刀”。这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因。自70年代以来，人们已经分离提取了400多种“分子剪刀”。有了形形色色的“分子剪刀”，人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链的切割了。DNA的分子链被切开后，还得缝接起来以完成基因的拼接。1976年，科学们在5个实验室里几乎同时发现并提取出一种酶，这种酶可

5、以将两个DNA片段连接起来，修复好DNA链的断裂口。1984年以后，科学界正式肯定了这一发现，并把这种酶叫作DNA连接酶。从此，DNA连接酶就成了名符其实的“缝合”基因的“分子针线”。只要在用同一种“分子剪刀”剪切的两种DNA碎片中加上“分子针线”，就会把两种DNA片段重新连接起来。把“拼接”好的DNA分子运送到受体细胞中去，必须寻找一种分子小、能自由进出细胞，而且在装载了外来的DNA片段后仍能照样复制的运输工具，这就是载体。理想的载体是质粒，因为质粒能自由进出细菌细胞，当用“分子剪刀”把它切开，再给它安装上一段外来的DNA片段后，它依然如故地能自我复制。有了限制性内切酶、连接酶及运载体，

6、进行基因工程就可以如愿以偿了。载体将目的基因运到受体细胞是基因工程的最后一步，目的基因的导入过程是肉眼看不到的。因此，要知道导入是否成功，事先应找到特定的标志。例如我们用一种经过改造的抗四环素质粒PSC100作载体，将一种基因移入自身无抗性的大肠杆菌时，如果基因移入后大肠杆菌不能被四环素杀死，就说明转入获得成功了。常见的受体细胞有：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动、植物细胞等。因此，基因工程牵涉到五个方面：目的基因，限制性内切酶，DNA连接酶，载体，受体细胞。由于它们的繁殖力极强，生长速度极快，短期就可产生大量的后代，所以把目的基因转入这些细菌，就能在短时间里得到大量的基因拷贝，从而产生大量

7、的目的物。世界上1973年美国斯坦福大学科恩等第一次将两种不同的DNA分子进行体外重组，并且在大肠杆菌中表达，创立了定向改造生物的新科学—基因工程。1972年美国斯坦福大学的P.Berg首先实现了DNA的体外重组，构建了第一个重组DNA分子，这标志着基因重组技术的开始，他和DNA序列高效测定法的创建人W.吉尔伯特（美国，1977），F.桑格（英国）分享了1980年的诺贝尔化学奖。F.桑格1955年首先弄清了胰岛素的全部5