基因工程自制

基因工程自制第1页/共21页DNA分子的复制概念：亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。场所：细胞核时间：有丝分裂和减数分裂间期复制过程：边解旋边复制条件：酶（解旋酶和DNA聚合酶）、原料（四种脱氧核苷酸）、能量（ATP）、模板（DNA的2条链）原则：碱基互补配对特点：半保留复制结果：一个DNA变成2个DNA分子第2页/共21页基因指导蛋白质的合成1、转录

概念：以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。场所：细胞核条件：模板：DNA的一条链（有义链、模板链）原料：4种核糖核苷酸能量（ATP）酶（解旋酶、RNA聚合酶）原则：碱基互补配对产物：mRNA第3页/共21页2、翻译密码子：mRNA上3个相邻的碱基，将来决定1个氨基酸。61种密码子决定20种氨基酸，1个密码子决定一个氨基酸，一个氨基酸由多个密码子决定。起始密码子决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸。第4页/共21页第5页/共21页原核生物基因结构原核生物基因结构包括编码区和非编码区。编码区是连续的，全部都可以转录出mRNA,编码出蛋白质。非编码区虽然不能转录出mRNA，但是对基因的转录有调控作用，最重要的一个就是位于基因首端非编码区的启动子和尾端非编码区的终止子，分别起到驱动和终止转录的作用。

启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，是负责驱动基因转录出mRNA的。终止子：位于基因尾端，起终止转录的作用的一段DNA片断。第6页/共21页真核生物基因结构

真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两部分组成的。在非编码区上，同样有调控作用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因结构复杂。与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间隔的、不连续的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，能够编码蛋白质的序列叫做外显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子。第7页/共21页真核与原核生物基因表达有许多不同之处。如，真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经过加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。再有，原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的，即在转录未完成之前翻译便开始进行。如大肠杆菌乳糖分解代谢过程中，三个结构基因的转录和翻译就是同时在细胞质中进行的。真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开来，因此，转录是在细胞核中进行的，翻译则是在细胞质中进行的。可见。真核生物基因的转录和翻译具有时间和空间上的分隔。上述真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控，这种调控作用是原核生物所没有的。

真核生物基因表达过程

第8页/共21页专题1基因工程1、基因工程的主题：基因工程是按照人们的愿望，进行严格的设计，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，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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。第9页/共21页基因工程的特点：1）它是一种按照人们意愿，定向改造生物遗传特性的技术。2）在DNA分子水平上进行操作。3）是在体外进行的人为的基因重组。4）主要技术是体外DNA重组技术和转基因技术。5）一旦成功，便可遗传。第10页/共21页§1.1DNA重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶----“分子手术刀”2、DNA连接酶－－“分子缝合针”3、基因进入受体细胞的载体－“分子运输车”第11页/共21页DNA重组技术的基本工具：1.限制性核酸内切酶----“分子手术刀”：(1)来源：（2）特点：（3）切割后的形式：分别为：黏性末端和平末端注：限制酶是一大类酶，不是一种酶。限制酶大多可以专一性识别双链DNA分子上的某种特定核苷酸序列，限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称，重复排列的。主要从原核生物中分离纯化出来的专一性；断开磷酸二酯键；2种第12页/共21页1、下列关于限制酶的说法正确的是（）A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键B实例一第13页/共21页DNA连接酶－－“分子缝合针”1.作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键2.种类:3.实例2、见课本P5，图1-4，回答下列问题：（1）EcoRI是一种

酶，其识别序列是

，切割位点是

与

之间的

键。切割结果产生的DNA片段末端形式为

。（2）不同来源DNA片段结合，在这里需要的酶应是

连接酶，此酶的作用是在

与

之间形成

键而起“缝合”作用的。还有一种连接平末端的连接酶是

。GAATTCGA磷酸二酯黏性末端E·coliDNA限制酶GA磷酸二酯T4DNA连接酶（1）E·coliDNA连接酶（2）T4DNA连接酶第14页/共21页DNA连接酶和DNA聚合酶的异同：基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌中分离得到的E·coli连接酶、从T4噬菌体中分离得到的T4连接酶。这两种酶的催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口，而不能连接单链DNA。连接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯键。DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的3’末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成子链；而连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此连接酶不需要模板。两者都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。第15页/共21页基因进入受体细胞的载体－－“分子运输车”1.使用载体的目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内进行大量的复制。2.载体的种类：（1）质粒（2）λ噬菌体的衍生物（3）某些动植物病毒第16页/共21页质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核外，具有自我复制能力的双链环状DNA分子。第17页/共21页3.作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，才不至于因目的基因的插入而失活。2）载体DNA必须具备自我复制能力，或整合到受体染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制。3）载体DNA必须有标记基因，以便重组后进行筛选。4）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，以便提取和体外操作。第18页/共21页本节内容小结：1.知识梳理：DNA重组技术的基本工具：①限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并切割两核苷酸之间的磷酸二酯键；②DNA连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的磷酸二酯键；③基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用的是细菌质粒，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。第19页/共21页2.方法、技巧、规律总结：限制酶切割的是磷酸二酯键，而