基因工程序言课件.ppt

1、.1基因工程概论一、基因工程的定义：一、基因工程的定义：基因工程技术是指将重组对象的目的基基因工程技术是指将重组对象的目的基因插入因插入插入病毒插入病毒,质粒或其它载体系统质粒或其它载体系统中中，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌（或细胞），菌（或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基实现遗传物质的重新组合，并使目的基因再工程菌内进行复制和表达。因再工程菌内进行复制和表达。.2有关术语解释：有关术语解释：DNA嵌合体（嵌合体（DNA chimera）：内、内、外源外源DNA插入载体分子所形成的杂合插入载体分子所形成的杂合分子（嵌合分子（嵌合DNA）重组（

2、重组（recombination）：）：构建构建DNA嵌嵌合体分子的过程合体分子的过程.3克隆克隆(Clone)从一个共同祖先无性繁殖下来的一群从一个共同祖先无性繁殖下来的一群同一同一DNA分子分子,细胞或个体所组成的特细胞或个体所组成的特殊的生命群体殊的生命群体克隆克隆(Cloning)指上述的过程指上述的过程.4细菌的混合细菌的混合液中如何得液中如何得到某个细胞到某个细胞的克隆的克隆?DNA片段的混片段的混合液中如何得合液中如何得到某个到某个DNA片片段的克隆段的克隆?.5相关术语遗传工程（遗传工程（Genetic engineering）基因工程基因工程(Gene engineering

3、)基因操作基因操作(Gene manipulation)重组重组DNA技术技术(Recombinant DNA technology)基因克隆基因克隆(Gene cloning)分子克隆分子克隆(Molecular cloning).6基因工程的主要研究内容基因工程的主要研究内容:获得具有遗传信息的目的基因获得具有遗传信息的目的基因;选择基因载体获得重组选择基因载体获得重组DNA;将重组将重组DNA分子导入宿主细胞分子导入宿主细胞;鉴定带有目的基因的克隆鉴定带有目的基因的克隆;1.目的基因的扩增及获得目的产物目的基因的扩增及获得目的产物.7基因克隆的核心基因克隆的核心-DNA体外重组体外重组(

4、Recombination):人人工将一段目的工将一段目的DNA插入一个载体的过插入一个载体的过程。程。DNA 的扩增的扩增(Amplification).8 基因克隆示意图基因克隆示意图 载体DNA(限制性内切酶切开)目的基因宿主细胞重组体已转化的宿主细胞阳性克隆株繁殖表达.9.10基因工程大事记基因工程大事记 1973 Cohen第一例成功的克隆实验第一例成功的克隆实验 1978 Genentech公司公司 人胰岛素人胰岛素 世界上世界上第一种基因工程蛋白药物第一种基因工程蛋白药物 1982 第一个基因工程药物第一个基因工程药物-重组人胰岛重组人胰岛素在英、美获准使用素在英、美获准使用 1

5、985 第一批转基因家畜（兔、猪和羊），第一批转基因家畜（兔、猪和羊），中国中国 转基因鱼转基因鱼.11 1993 1993 基因工程西红柿在美国上市基因工程西红柿在美国上市 1997 英国罗斯林研究所英国罗斯林研究所 多莉羊多莉羊 1999.9 中国获准加入人类基因组计划中国获准加入人类基因组计划.负责测定人类基因组全部序列的负责测定人类基因组全部序列的1%2000.6.26 科学家公布人类基因组工作科学家公布人类基因组工作草图草图 2001.2.11 公布人类基因组基本信息公布人类基因组基本信息 生物技术工程：基因工程、蛋白质工程、生物技术工程：基因工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程酶工程

6、、细胞工程.12胰岛素胰岛素 人生长激素人生长激素 干扰素干扰素 白细胞介素白细胞介素2 粒细胞集落刺激因子粒细胞集落刺激因子 粒细胞巨噬细胞集落刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子 红细胞生成素红细胞生成素 EPO 组织纤溶酶原激活剂组织纤溶酶原激活剂 生长激素生长激素 促生长素促生长素 抗血友病因子抗血友病因子 脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶 葡糖脑苷脂酶葡糖脑苷脂酶 鼠单克隆抗体鼠单克隆抗体.13自然界的基因转移和重组自然界的基因转移和重组 基因重组基因重组(genetic recombination)整整段段DNA在细胞内或细胞间在细胞内或细胞间,甚至不同物种甚至不同物种间进行交换间进行交

7、换,并能在新的位置上复制并能在新的位置上复制,转录转录和翻译和翻译 自然界的基因转移和重组是无目的自然界的基因转移和重组是无目的 基因工程有目的基因工程有目的.14 接合作用接合作用 质粒质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至另一从一个细胞（细菌）转移至另一个细胞（细菌）个细胞（细菌）转化作用转化作用 transformation 通过自动获取或人为地供给外源通过自动获取或人为地供给外源DNA，使，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型的细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型的过程过程.15转导作用 transduction 病毒、噬菌体介导 溶菌途径；溶原菌途径裂解溶原.16二、基因的基本概念二、

8、基因的基本概念基因的分子定义基因的分子定义：DNA分子中含有特定遗传信息的分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质多肽链或功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列所必需的全部核酸序列（通常是（通常是DNA序列）。故一个基因应包含不仅是编序列）。故一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括为保证转的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、录所必需的调控序列、5非翻译序列、内含子以及非翻译序列、内含子以及3非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和非翻译序列等所有的核酸序列（

9、蛋白质基因和RNA基因）。基因）。基因组：基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。携带生物体全部遗传信息的核酸量。.17.18基因及其产物的共线性基因及其产物的共线性基因及其产物的基因及其产物的非非共线性共线性基因的重叠与可变性基因的重叠与可变性一个基因的核苷酸序列与其产物的氨基酸序一个基因的核苷酸序列与其产物的氨基酸序列一一对应列一一对应interrupted gene,intron.19 1 1、转录：在细胞核内，以、转录：在细胞核内，以DNADNA的一条链为模板，按照碱基的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成互补配对的原则合成RNARNA的过程。的过程。基因控制蛋白质的合成基因控制蛋

10、白质的合成.20TCATG A TT AAG T AC A A A T DNADNA的平面结构图的平面结构图.21AG T AC A A A T AGCUGACGGUUUDNADNA游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸以以DNADNA的一条链为模板合成的一条链为模板合成RNARNA.22AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU DNADNA与与RNARNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AUAU；GCGC；CGCG；TATARNA RNA 聚合酶聚合酶.23AG T AC A A A T AGCGACGGUUUU 组成组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起

11、来.24AG T AC A A A T AGCGACGGUUU U.25AG T AC A A A T GCGACGGUUU UA.26AG T AC A A A T GCGACGUUGU UA.27AG T AC A A A T GCGACGUGU UAU.28AG T AC A A A T GCGACGGU UAU U.29AG T AC A A A T GCGACGGU UAU UA.30AG T AC A A A T GCGCGGU UAU UA U.31AG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U C.32AG T AC A A A T GGCGGU UAU UA

12、U C形成的形成的 mRNA mRNA 链，链，DNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上RNARNADNADNA.33AG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成.34AG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质.35UCAUG A UUAmRNA 密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子密码子密码子 密码子：密码子：mRNAmRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱上

13、决定氨基酸的三个相邻的碱基基.36A A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰胺酰胺AUG 异亮氨酸异亮氨酸转运 RNA（tRNA)氨基酸氨基酸.37A A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门天门冬酰氨冬酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 tRNAtRNA的一端运载着氨基酸的一端运载着氨基酸.38A A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门天门冬氨酸冬氨酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 反密码子反密码子.39 翻翻 译译在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程.40UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质细胞质中的细胞质中的mRNAmRNA.41UCAUG A UUAA A U 亮

14、氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨 核糖体核糖体mRNA mRNA 与核糖体结合与核糖体结合.42UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨 tRNA tRNA 上的反密码子与上的反密码子与 mRNAmRNA上的密码子互补配对上的密码子互补配对.43UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 tRNA tRNA 将氨基酸转运到将氨基酸转运到 mRNAmRNA上的上的 相应位置相应位置.44UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 两个氨基

15、酸分子缩合两个氨基酸分子缩合缩合缩合.45UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 核糖体随着核糖体随着 mRNA滑动，另一个滑动，另一个 tRNA 上的碱基上的碱基与与mRNA上的上的 密码子配对。密码子配对。.46UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构一个个氨基酸分子缩合成链状结构.47UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 t tRNARNA离开，再去转运新的氨基酸离开，再去

16、转运新的氨基酸.48UCAUG A UUAA A UAC UAUG 亮氨酸亮氨酸 天门冬天门冬酰氨酰氨 异亮氨酸异亮氨酸以以mRNAmRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质.49蛋蛋白白质质合合成成过过程程示示意意图图.50基因工程过程示意图基因工程过程示意图 药物基因药物基因:人的胰岛素基因人的胰岛素基因胰岛素胰岛素.51四四、基因工程的主要内容基因工程的主要内容 获得目的基因获得目的基因(Gene Cloning)(Gene Cloning)构造重组构造重组 DNA DNA 分子分子 转化或转染转化或转染 表达表达 蛋白质产物的分离纯化蛋白质产物的分

17、离纯化.52基因工程技术及其应用基因工程技术及其应用供体细胞目的基因载体重组DNA分子转化细胞受体细胞多肽药物疫苗、抗体基因治疗基因诊断 转基因动物(畜牧业、渔业 生物反应器)转基因植物(农业、林业 生物反应器)冶金、环保轻工、食品.53胰岛素胰岛素1000 磅牛胰磅牛胰 10 克胰岛素克胰岛素200 升发酵液升发酵液 10 克胰岛素克胰岛素干扰素干扰素1200 升人血升人血 1 升发酵液升发酵液23 万美元万美元/病人病人 200300 美元美元/病人病人.54用于提高奶酪产量用于提高奶酪产量 生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺乳小牛的胃。现在可以通过基因工乳小牛的胃。

18、现在可以通过基因工程办法，用酵母生产凝乳酶，大量程办法，用酵母生产凝乳酶，大量用于奶酪制造。用于奶酪制造。.55哺乳小牛 凝乳酶基因 胃 转入啤酒酵母 凝乳酶 凝乳酶 制造奶酪.56转基因植物获得新的性状.57无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻.58转基因动转基因动物作为生物作为生物发生器物发生器.59把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。.60转基因动物和植物 转基因动物首先在小鼠获得成功。现在转基因动物技术已用于牛、羊，使得从 牛/羊 奶中可以生产蛋白质药物。称为“乳腺反应器”工程。转基因植物亦已在大田中广为播种。.61 工程菌在环境工程中应用 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。.62喷洒工程菌清除石油污染 .63基因本身也是一个产业基因本身也是一个产业 Rockfeller 大学将人肥胖基因出售大学将人肥胖基因出售0.2亿美亿美元（元（1995年年3月）月）Amgen公司将公司将FKBP神经免疫因子配体转神经免疫因子配体转让达让达3.29亿美元（亿美元（1997年）年）Millennium公司以公司以4.65亿美元向亿美元向Bayer公司公司转让转让225种基因的开发权（种基因的开发权（1998年年9月）月）个人观点供参考，欢迎讨论！