1、基因的结构,基因的定义基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。,基因的分类将编码蛋白质的基因根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类。 具有转录和翻译功能； 只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因； 不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。,原核细胞的基因结构,IMN,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与RNA聚合酶结合位点,启动子,终止子,编码区,非编码区,编码蛋白质 ,连续不间断,不编码蛋白质，但有调控作用,真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,外显子：能编码蛋白质的序列 内含
2、子：不能编码蛋白质的序列,不编码蛋白质，有调控作用,编码区,非编码区,非编码区,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,外显子,内含子,与RNA聚合酶 结合位点,IMN,非编码序列,非编码序列指不编码蛋白质的序列。,真核生物的基因结构,mRNA前体,成熟的信使RNA,将内含子转录的mRNA切割掉,原核细胞与真核细胞的基因结构比较,思考,编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？,连续,不连续,编码区,非编码,启动子 .VS. 起始密码 /终止子 .VS. /终止密码,存在分子：,作用：,DNA(基因),启动/终止转录,mRNA,起始/终止翻译,mRNA中存在启动子/终止子
3、的序列吗？,？,指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。,基因工程：,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫DNA重组技术或基因拼接技术。,基因工程的概念,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,基因工程的概念,基因工程
4、的诞生的基础理论：,1、DNA是遗传物质的证明 2、DNA双螺旋结构和中心法则的确立 3、遗传密码的破译,1.1 DNA重组技术的基本工具,（一）“分子手术刀”限制性核酸内切酶,1、来源：,主要来自原核生物,2、特点：,具有专一性（特异性）,表现在两方面：,(1)识别双链DNA中特定核苷酸序列,(2)切割特定序列中的特定位点,3、作用：,特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键断开,4、结果：,产生黏性末端或平末端,重播,黏性末端：,中轴线,重播,平末端：,中轴线,（二）“分子缝合针”DNA连接酶,1、来源：,大肠杆菌、T4噬菌体,3、种类：,2、作用：,恢复被限制酶切开的两个核苷 酸之间的磷酸
5、二酯键,分类,E.Coli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,4、注意：连接酶有专一性，但没有识别特定核苷酸序列的特性！,（三）.基因进入受体细胞的载体,常用的运载体：,质粒（最常用）、 噬菌体的衍生物或动、植物病毒等。,质粒：,质粒是基因工程最常用的运载体。 质粒是独立于细菌拟核之外的有自我复制能力的双链环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。,注意：作为载体的质粒都是在天然质粒的基础上经过人工改造的！,质粒作为“分子运输车”的条件是 能够自我复制 有一个或多个限制酶切位点 有标记基因,作为运载体必须具备的条件？,1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2）载体DNA必须
6、有一个或多个限制酶切点，以便目的基因插入到载体上去。 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。 载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去; 5) 载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行操作,太大就不便操作.,基因工程的基本操作程序,目的基因的获取,基因表达载体的构建,将目的基因导入受体细胞,操作过程,目的基因的检测与鉴定,一 目的基因的获取,IMN,(一)目的基因：,编码蛋白质的结构基因；,(二)获取目的基因的常用方法,从自然界已有的物种中分离,用人工的方法合成,目前常用的获得目的基因的方法,1）从
7、基因文库中获取目的基因,2）利用PCR技术扩增目的基因 3）(用化学方法直接)人工合成,若基因_，核苷酸序列_ 。,较小,已知,获得目的基因的方法,1）从基因文库中获取目的基因,1. 基因文库？,种类：,基因组文库：,如:cDNA文库：,含有一种生物的全部基因,含有一种生物的部分基因,根据基因的有关信息： 如基因的核苷酸序列、基因的功能、 基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA,部分基因文库：,3.怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？,2.如何构建基因文库？,基因文库的构建方法,直接分离法,供体细胞中的DNA,许多DNA片段,运载体,限制酶,受体细胞,产生特定性状,导入,外源DNA扩
8、增,目的基因,分离,(鸟枪法),一、目的基因的获取,（一）从基因文库中直接获取,多用于原核生物,cDNA文库的构建-反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,目的基因的mRNA,单链DNA,反转录酶,DNA聚合酶,双链DNA (目的基因),利用PCR技术扩增目的基因,PCR技术多聚酶链式反应,原理：前提：条件：,PCR扩增仪,DNA双链复制的基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,一对引物,热稳定DNA聚合酶(Taq酶）,DNA的两条链为模板,温度控制,PCR的过程：,利用PCR技术扩增目的基因
9、,变性(90-95),复性(55-60),延伸(70-75),二、基因表达载体的构建基因工程的核心,1、目的：,使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。,2、基因表达载体的组成：,复制原点+目的基因+启动子+终止子+标记基因,三、将目的基因导入受体细胞, 转化,农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法,受体细胞,植物cell,动物cell,微生物cell,Ca2+处理（改变细胞壁的通透性）,显微注射技术（受精卵）,感受态法,（适用于单子叶植物）,（双子叶植物 和裸子植物）,（双子叶植物）,转化 目的基因在受体细胞内 稳定和表达的过程称为转化。,四、目的基
10、因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,鉴定,检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因,检测目的基因是否转录出了mRNA,检测目的基因是否翻译成蛋白质,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,方法,方法,方法,DNA分子杂交,分子杂交,抗原-抗体杂交,即个体生物学水平的鉴定,检测目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键,1.3基因工程的应用,植物基因工程 动物基因工程 基因工程药物 基因治疗,植物基因工程：用于提高农作物的抗逆能力及改良农作物的品质和利用植物生产药物等。,1）抗虫转基因植物,2）抗病转基因植物,3）其他抗逆转基因植物,4）利用转基因改良植物的品质,植物基因工程硕果累累,1、抗虫转基
11、因植物,已问世的转基因抗虫植物：,棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花、和白花三叶草等。,用于杀虫的基因主要有：,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝聚素基因,植物基因工程硕果累累,2、抗病转基因植物,已问世的转基因抗病植物：,小麦、甜椒、番茄。,用于抗病的基因主要有：,病毒外壳蛋白质基因、病毒复制酶基因（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性 ） 几丁质酶基因、抗毒素合成基因,抗CMV甜椒,植物基因工程硕果累累,3、（其它）抗逆转基因植物,例如，将鱼的抗冻蛋白基因导人烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒能力均有提高。
12、此外，将抗除草剂基因导人大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。,植物基因工程硕果累累,4、利用转基因改良植物的品质,提高植物的光合作用效率改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，能 提高植物对CO2的固定效率；还可以通过增强植物 对光能吸收与转化的功能来提高光合作用效率，提 高作物的产量。,动物基因工程前景广阔,1、用于提高动物的生长速度,转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）,2）用于改善畜产品的品质,3）用转基因的动物生产药物,4)用转基因动物作器官移植的供体,基因工程药品 胰岛素,基因工程药品 干扰素,基因工程药品 乙肝病毒疫苗,基因治疗曙光初照,体外途径的步骤？ 体内途径的步骤？,基因工程与环境监测（一）,基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,蛋白质工程的流程,基因 DNA,氨基酸序列 多肽链,蛋白质 三维结构,预期功能,生物功能,mRNA,转录,翻译,折叠,DNA合成,分子设计,蛋白质工程原理,天然蛋白质的合成途径：,蛋白质工程的途径：,蛋白质工程的概念,基础:,蛋白质工程的实质：,途径:,目标:,蛋白质的结构规律和功能,基因修饰或基因合成,改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要,是对编码蛋白质的基因进行改造,
