第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿課件

第三章-基因工程部分-PowerPoint演示文稿2022/12/19第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿第三章-基因工程部分-PowerPoint演示文稿2022/1

基因工程是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的遺傳學(xué)的一個分支學(xué)科第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿2基因工程是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的遺傳學(xué)的一個分支學(xué)科第基因克隆操作第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿3基因克隆操作第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿3基因工程的應(yīng)用第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿4基因工程的應(yīng)用第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿5第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿5◆基因工程的對象是基因，所以如果是獲得商品的話，就是基因的產(chǎn)品，或是改變了遺傳性的細(xì)胞和個體。如果要獲得效益的話，除了經(jīng)濟(jì)效益之外，還有巨大的社會效益?！艋蚬こ痰膶ο笫腔颍蛞簿硬拍軜窐I(yè)，也就是說基因需要在宿主細(xì)胞中工作，這樣，基因工程同一般的土建工程的根本差別在于，它需要在體外操作，然后送到細(xì)胞中去進(jìn)行表現(xiàn)。3.1基因工程的特點第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿6◆基因工程的對象是基因，所以如果是獲得商品的話，就是基因的產(chǎn)

3.1.1基因工程與遺傳工程遺傳工程(geneticengineering)一詞產(chǎn)生于19世紀(jì)20年代，是遺傳學(xué)和工程學(xué)相結(jié)合的一門技術(shù)科學(xué)。借用工程技術(shù)上的設(shè)計思想,在離體條件下,對生物細(xì)胞、細(xì)胞器、染色體或DNA分子進(jìn)行按圖施工的遺傳操作,以求定向地改造生物的遺傳性。遺傳工程的概念有廣義和狹義之分。廣義的遺傳工程包括傳統(tǒng)遺傳操作中的雜交技術(shù)和現(xiàn)代遺傳操作中的基因工程和細(xì)胞工程,狹義的遺傳工程僅指基因工程。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿73.1.1基因工程與遺傳工程遺傳工程(genetic

3.1.2生物技術(shù)生物技術(shù)(biotechnology)又稱生物工藝學(xué),生物工程學(xué)。是根據(jù)生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)的原理進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的經(jīng)營和開發(fā)微生物、動植物細(xì)胞及其亞細(xì)胞組分,進(jìn)而利用生物體所具有的功能元件(如基因、蛋白質(zhì))等來提供商品或社會服務(wù)的一門綜合性科學(xué)技術(shù)?；蚬こ?、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等是生物技術(shù)的主要內(nèi)容。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿83.1.2生物技術(shù)生物技術(shù)(biotechnolo

基因工程(geneengineering)又稱基因操作(genemanipulation),重組DNA(recombinantDNA)?；蚬こ淌且苑肿舆z傳學(xué)為理論基礎(chǔ),以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段,將不同來源的基因(DNA分子),按預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子,然后導(dǎo)入活細(xì)胞,以改變生物原有的遺傳特性,獲得新品種,生產(chǎn)新產(chǎn)品,或是研究基因的結(jié)構(gòu)和功能。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿9基因工程(geneengineering)第三章基因工體外操作與細(xì)胞內(nèi)表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿10體外操作與細(xì)胞內(nèi)表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演細(xì)胞工程(cellengineering)◆應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)的原理和方法,結(jié)合工程學(xué)的技術(shù)手段,按照人們預(yù)先的設(shè)計,有計劃地改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳性的技術(shù),以及在體外大量培養(yǎng)和繁殖細(xì)胞,或獲得細(xì)胞產(chǎn)品,或利用細(xì)胞體本身的技術(shù)領(lǐng)域?！糁饕獌?nèi)容包括細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、染色體轉(zhuǎn)移、基因轉(zhuǎn)移、細(xì)胞或組織培養(yǎng)等。由于所用細(xì)胞的來源不同，細(xì)胞工程又分為微生物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿11細(xì)胞工程(cellengineering)第三章基因工程植物細(xì)胞工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿12植物細(xì)胞工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿1

細(xì)胞分泌工程

根據(jù)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和運輸理論而發(fā)展起來的一項新的細(xì)胞工程技術(shù)，主要是通過對基因改造，如基因缺失、多效分泌突變、周質(zhì)泄漏突變或加接信號肽等措施，促進(jìn)基因產(chǎn)物分泌的技術(shù)。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿13細(xì)胞分泌工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文酶工程(enzymeengineering)◆又稱酶技術(shù)。它是圍繞著酶所特有的生化催化特性,結(jié)合現(xiàn)代的技術(shù)手段,在體外模擬或在常溫常壓下生成酶反應(yīng)的產(chǎn)品以及利用重組DNA技術(shù)定向改變酶,進(jìn)行酶的修飾,或酶的全人工合成?！羝渲饕獌?nèi)容包括酶的化學(xué)修飾、酶的固定化、酶反應(yīng)器等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿14酶工程(enzymeengineering)第三章基因工蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)◆是更廣義上的包括酶工程在內(nèi)的蛋白質(zhì)修飾操作,通過對蛋白質(zhì)及酶的化學(xué)修飾及基因改造獲得具有特殊功能的非天然蛋白質(zhì)的技術(shù)?！糁饕歉鶕?jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能間的相互關(guān)系,利用基因工程技術(shù),或用化學(xué)方法,合成基因,改造基因,以便合成新的蛋白質(zhì),或改變蛋白質(zhì)的活性、功能以及溶解性等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿15蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)第三章發(fā)酵工程(fermentationengineering)◆又稱微生物工程,微生物發(fā)酵工程?！衾蒙?主要是微生物的某種特定功能,通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段,生產(chǎn)有用物質(zhì),或把微生物直接用于某種工業(yè)化生產(chǎn)的一種技術(shù)體系。◆主要內(nèi)容包括菌種選育,發(fā)酵生產(chǎn)微生物,或植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物,生產(chǎn)微生物菌體,最佳培養(yǎng)條件的優(yōu)化組合等。

第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿16發(fā)酵工程(fermentationengineering3.2基因工程技術(shù)的誕生

3.2.1基因工程的技術(shù)準(zhǔn)備

基因工程技術(shù)的誕生不僅依賴于基因分子生物學(xué)理論的發(fā)展，同時也有賴于一些重要的分子生物學(xué)研究方法的建立。最重要的技術(shù)準(zhǔn)備是限制性酶的分離純化、DNA連接酶的分離、大腸桿菌轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破。到1970年，這三大技術(shù)都已經(jīng)建立，“萬事齊備，只欠東風(fēng)”了。到了1972～1973年，兩位科學(xué)助產(chǎn)士Berg和Cohen將基因工程接到了人間。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿173.2基因工程技術(shù)的誕生3.2.1基因工程的技術(shù)準(zhǔn)備3.2.2基因工程技術(shù)的誕生第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿183.2.2基因工程技術(shù)的誕生第三章基因工程部分PowerP

第一個重組體的構(gòu)建

1972年，美國斯坦福大學(xué)P.Berg等在PNAS上發(fā)表了題為∶“BiochemicalmethodeforinsertingnewgeneticinformationintoDNAofSimianVirus40:circularSV40DNAmoleculescotaininglamdaphagegenesandthegalactoseoperonofEscherichiacoli.Proc.Natl.Acad.Sci.USA69:2904-2909,1972”，標(biāo)志著基因工程技術(shù)的誕生。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿19第一個重組體的構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoin第一個重組體構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿20第一個重組體構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoint演示文

SV40病毒是猿猴病毒，是一種直徑為450?的球形病毒，分子量為28×106道爾頓。SV40的DNA是環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，全長5243個堿基對。SV40DNA上有一個限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ的切點。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿21SV40病毒是猿猴病毒，是一種直徑為450?的球SV40病毒第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿22SV40病毒第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿2◆當(dāng)獲得二聚體SV40DNA后，Berg等就證明了環(huán)狀DNA被內(nèi)切酶切成線性DNA后能夠重新環(huán)化，并且能夠同另外的分子重組?！粲谑撬麄冞M(jìn)行第二步的實驗就是從λdvgalDNA中制備含有E.coli的半乳糖操縱子DNA，用上述同樣的方法進(jìn)行重組連接，并獲得成功。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿23◆當(dāng)獲得二聚體SV40DNA后，Berg等就證明了環(huán)狀DNA

第一個有功能重組體的構(gòu)建◆雖然Berg的工作具有劃時代的意義，但是他們并沒有證明體外重組的DNA分子具有生物學(xué)功能?！?973年，S.N.Cohen等在美國PNAS上發(fā)表了題為“ConstructionofBiologicallyFunctionalBacterialPlasmidInVitro”（S.N.Cohen,A.C.Y.Chang,H.W.Borer,andR.B.Helling,Proc.Natl.Acad.Sci.USA70:3240-3244,1973）

的論文，宣布體外構(gòu)建的細(xì)菌質(zhì)粒能夠在細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá),從而完善了Berg開創(chuàng)的基因重組技術(shù)。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿24

第一個有功能重組體的構(gòu)建第三章基因工程部分PowBoyerandCohen第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿25BoyerandCohen第三章基因工程部分PowerP◆質(zhì)粒

pSC101的獲得●In1972,CohenconstructedanewplasmidbeginningwithDNAisolatedfromE.coli.CohennamedtheplasmidpSC101(“SC"forStanleyCohen).Thenewplasmidhadthreeimportantfeatures:ithadonlyasinglerecognitionsitewhereEcoRIwouldcutthemolecule,thusidentifyingthespotwheretheplasmidwouldopen;

(2)ithadasequenceofnucleotidescalledanoriginofreplication,whichisneededtoinitiateDNAreplication;suchasequencestimulatesplasmidstomultiplyinahostorganism;(3)itcontainedageneforresistancetotheantibiotictetracycline;thus,bacteriahavingtheplasmidcouldresisttheeffectsoftetracycline,whereasbacterialackingtheplasmidwouldbekilledbythetetracycline.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿26◆質(zhì)粒pSC101的獲得Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢pSC101質(zhì)粒DNA第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿27pSC101質(zhì)粒DNA第三章基因工程部分PowerPoint◆質(zhì)粒

pSC101對大腸桿菌的轉(zhuǎn)化技術(shù)突破●AnotherkeycharacteristicofCohen'splasmidwastheeaseofinsertingittoahostcell.Cohenfoundthathecouldinsertplasmidstofreshbacteriabysuspendingthelatterincoldcalciumchloride,thenrapidlyheatingthebacteriato42oC.Sotreated,thebacterialwallandplasmamembraneopentopermittheplasmidstopassthroughandintothecytoplasm.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿28◆質(zhì)粒pSC101對大腸桿菌的轉(zhuǎn)化技術(shù)突破Cohen在重組◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子●Tosomehistorians,thedisciplineofDNAtechnologycameintobeingoverpastramisandwichesatalocaldelicatesseninWaikikiBeach.Theyearwas1972.

●IthappenedthatHerbertBoyerwasatascientificconferenceinHawaiispeakingabouttheEcoRlrestrictionenzyme.StanleyCohenwasintheaudience.

●Afterthepresentation,CoheninvitedBoyertolunchtoexploretheirpossiblecollaborationonaseriesofexperiments.●ThetworesearcherssatandconsideredtheexperimentsthatwouldsendDNAtechnologyintoanewera.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿29◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子Cohen在重◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子●Cohenhadbeenconductingfruitfulexperimentswithplasmids,buthewasexperiencingdifficultycuttingopentheplasmids.●Boyer'sEcoRIenzymeseemedtobetheidealsolution,soCohensuggestedtheyjoinforces.●TheywouldusehisplasmidsandBoyer'senzymetorecombinetheplasmidDNA.■Firsttheywouldtrytorecombinetwoplasmidstoformasingleplasmid.■Ifsuccessful,theywouldattempttobringDNAfromaforeignspeciesintotheplasmidtoproducearecombinantDNAmolecule.Boyeragreed,andthebargainwasstruck.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿30◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子Cohen在重BoyerandCohen的策略第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿31BoyerandCohen的策略第三章基因工程部分Po◆pSC102,體內(nèi)構(gòu)建的重組體●他們首先檢查了EcoRⅠ對質(zhì)粒pSC101和R6-5的切割情況，發(fā)現(xiàn)EcoRⅠ在質(zhì)粒pSC101上只有一個切點，在質(zhì)粒R6-5上有12個切點,這樣就可以用pSC101作為重組DNA的載體分子。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿32◆pSC102,體內(nèi)構(gòu)建的重組體第三章基因工程部分Power

他們用EcoRⅠ處理過的和沒有處理過的質(zhì)粒pSC101和R6-5DNA分別轉(zhuǎn)化E.coliC600,得到下表的實驗結(jié)果∶

表：環(huán)狀和線狀質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)化質(zhì)粒DNA每μgDNA轉(zhuǎn)化子四環(huán)素卡那霉素氯霉素pSC101(未切割)3×105------(EcoRⅠ切割)2.8×104------R6-5(未切割)----1.3×1041.3×104R6-5(EcoRⅠ切割)

＜51×1024×101第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿33他們用EcoRⅠ處理過的和沒有處理過的質(zhì)粒pSC

◆他們從用EcoRⅠ處理的R6-5的卡那霉素抗性平板上選擇了一個克隆，并檢查了它的抗性，發(fā)現(xiàn)該克隆同時具有磺胺的抗性，但沒有氯霉素、四環(huán)素的抗性。然后從該克隆中分離了一個環(huán)狀質(zhì)粒DNA，命名為pSC102，分子量大約為17×106。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿34◆他們從用EcoRⅠ處理的R6-5的卡那霉素抗性平板上選◆接著用EcoRⅠ分別切割pSC102和R6-5質(zhì)粒DNA，進(jìn)行電泳檢查，發(fā)現(xiàn)pSC102被切成三個片段，相對于質(zhì)粒R6-5的EcoRⅠ酶切片段Ⅲ、Ⅴ和Ⅷ?！暨@些結(jié)果說明不同的酶切片段轉(zhuǎn)化大腸桿菌后能夠在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行重組連接形成有功能的重組質(zhì)粒。這一結(jié)果也提示，如果能夠在體外重組成功，并能將重組體引入細(xì)胞內(nèi)，同樣具有生物學(xué)功能。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿35◆接著用EcoRⅠ分別切割pSC102和R6-5質(zhì)粒DNA

pSC105，體外構(gòu)建的重組體◆作者為了獲得體外構(gòu)建的重組體，分別用EcoRⅠ切割質(zhì)粒pSC101和pSC102,然后加入DNA連接酶進(jìn)行連接后轉(zhuǎn)化大腸桿菌，在四環(huán)素和卡那霉素雙抗性的平板上檢查重組情況，同時設(shè)計一些合理的對照實驗。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿36pSC105，體外構(gòu)建的重組體第三章基因工程部分Pow

質(zhì)粒DNA抗生素抗性的轉(zhuǎn)化頻率四環(huán)素卡那霉素四環(huán)素＋卡那霉素未用酶處理2×1051×1052×102EcoRⅠ處理1.2×1041.1×1037×101EcoRⅠ+DNA連接酶1.2×1041.3×1035.7×102表：質(zhì)粒pSC101和pSC102混合DNA的大腸桿菌C600的轉(zhuǎn)化第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿37質(zhì)粒DNA抗生素抗性的轉(zhuǎn)化頻率四環(huán)素卡那霉素四環(huán)素＋pSC101與RSF1010的共整合:pSC109的構(gòu)建◆象pSC101一樣，質(zhì)粒RSF1010上也只有一個EcoRⅠ切點，所以只要用EcoRⅠ分別處理質(zhì)粒RSF1010和pSC101，然后用DNA連接酶將兩個線性DNA連接起來轉(zhuǎn)化大腸桿菌，得到一個具有三種抗性的重組質(zhì)粒∶四環(huán)素抗性、鏈霉素抗性、磺胺抗性?！暨@種重組說明兩個復(fù)制子能夠重組，并能在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿38pSC101與RSF1010的共整合:第三章基因工程部分P3.2.3基因操作

的基本過程和特點基因操作的基本過程

涉及的過程可用分/合成、切、連、轉(zhuǎn)、選、鑒六個字表示。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿393.2.3基因操作

的基本過程和特點基因操作的基本過程外源基因的克隆與表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿40外源基因的克隆與表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演基因工程的技術(shù)組合第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿41基因工程的技術(shù)組合第三章基因工程部分PowerPoint演示基因工程的特點◆基因工程有兩個基本的特點∶分子水平上的操作和細(xì)胞水平上的表達(dá)?！艋蚬こ碳夹g(shù)的誕生使人們能夠在試管里進(jìn)行分子水平上的操作，象一項工程那樣，進(jìn)行按圖施工的操作，構(gòu)建在生物體內(nèi)難以進(jìn)行的重組體，然后將重組的遺傳物質(zhì)引入相應(yīng)的宿主細(xì)胞，讓其在宿主細(xì)胞中進(jìn)行工作?！暨@實際上是進(jìn)行無性繁殖，即克隆，所以基因工程通常又稱為基因克隆。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿42基因工程的特點◆基因工程有兩個基本的特點∶分子水平上的操作演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/12/19第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew43第三章-基因工程部分-PowerPoint演示文稿2022/12/19第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿第三章-基因工程部分-PowerPoint演示文稿2022/44

基因工程是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的遺傳學(xué)的一個分支學(xué)科第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿45基因工程是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的遺傳學(xué)的一個分支學(xué)科第基因克隆操作第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿46基因克隆操作第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿3基因工程的應(yīng)用第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿47基因工程的應(yīng)用第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿48第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿5◆基因工程的對象是基因，所以如果是獲得商品的話，就是基因的產(chǎn)品，或是改變了遺傳性的細(xì)胞和個體。如果要獲得效益的話，除了經(jīng)濟(jì)效益之外，還有巨大的社會效益?！艋蚬こ痰膶ο笫腔颍蛞簿硬拍軜窐I(yè)，也就是說基因需要在宿主細(xì)胞中工作，這樣，基因工程同一般的土建工程的根本差別在于，它需要在體外操作，然后送到細(xì)胞中去進(jìn)行表現(xiàn)。3.1基因工程的特點第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿49◆基因工程的對象是基因，所以如果是獲得商品的話，就是基因的產(chǎn)

3.1.1基因工程與遺傳工程遺傳工程(geneticengineering)一詞產(chǎn)生于19世紀(jì)20年代，是遺傳學(xué)和工程學(xué)相結(jié)合的一門技術(shù)科學(xué)。借用工程技術(shù)上的設(shè)計思想,在離體條件下,對生物細(xì)胞、細(xì)胞器、染色體或DNA分子進(jìn)行按圖施工的遺傳操作,以求定向地改造生物的遺傳性。遺傳工程的概念有廣義和狹義之分。廣義的遺傳工程包括傳統(tǒng)遺傳操作中的雜交技術(shù)和現(xiàn)代遺傳操作中的基因工程和細(xì)胞工程,狹義的遺傳工程僅指基因工程。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿503.1.1基因工程與遺傳工程遺傳工程(genetic

3.1.2生物技術(shù)生物技術(shù)(biotechnology)又稱生物工藝學(xué),生物工程學(xué)。是根據(jù)生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)的原理進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的經(jīng)營和開發(fā)微生物、動植物細(xì)胞及其亞細(xì)胞組分,進(jìn)而利用生物體所具有的功能元件(如基因、蛋白質(zhì))等來提供商品或社會服務(wù)的一門綜合性科學(xué)技術(shù)?；蚬こ?、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等是生物技術(shù)的主要內(nèi)容。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿513.1.2生物技術(shù)生物技術(shù)(biotechnolo

基因工程(geneengineering)又稱基因操作(genemanipulation),重組DNA(recombinantDNA)。基因工程是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ),以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段,將不同來源的基因(DNA分子),按預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子,然后導(dǎo)入活細(xì)胞,以改變生物原有的遺傳特性,獲得新品種,生產(chǎn)新產(chǎn)品,或是研究基因的結(jié)構(gòu)和功能。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿52基因工程(geneengineering)第三章基因工體外操作與細(xì)胞內(nèi)表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿53體外操作與細(xì)胞內(nèi)表達(dá)第三章基因工程部分PowerPoint演細(xì)胞工程(cellengineering)◆應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)的原理和方法,結(jié)合工程學(xué)的技術(shù)手段,按照人們預(yù)先的設(shè)計,有計劃地改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳性的技術(shù),以及在體外大量培養(yǎng)和繁殖細(xì)胞,或獲得細(xì)胞產(chǎn)品,或利用細(xì)胞體本身的技術(shù)領(lǐng)域?！糁饕獌?nèi)容包括細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、染色體轉(zhuǎn)移、基因轉(zhuǎn)移、細(xì)胞或組織培養(yǎng)等。由于所用細(xì)胞的來源不同，細(xì)胞工程又分為微生物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿54細(xì)胞工程(cellengineering)第三章基因工程植物細(xì)胞工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿55植物細(xì)胞工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿1

細(xì)胞分泌工程

根據(jù)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和運輸理論而發(fā)展起來的一項新的細(xì)胞工程技術(shù)，主要是通過對基因改造，如基因缺失、多效分泌突變、周質(zhì)泄漏突變或加接信號肽等措施，促進(jìn)基因產(chǎn)物分泌的技術(shù)。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿56細(xì)胞分泌工程第三章基因工程部分PowerPoint演示文酶工程(enzymeengineering)◆又稱酶技術(shù)。它是圍繞著酶所特有的生化催化特性,結(jié)合現(xiàn)代的技術(shù)手段,在體外模擬或在常溫常壓下生成酶反應(yīng)的產(chǎn)品以及利用重組DNA技術(shù)定向改變酶,進(jìn)行酶的修飾,或酶的全人工合成?！羝渲饕獌?nèi)容包括酶的化學(xué)修飾、酶的固定化、酶反應(yīng)器等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿57酶工程(enzymeengineering)第三章基因工蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)◆是更廣義上的包括酶工程在內(nèi)的蛋白質(zhì)修飾操作,通過對蛋白質(zhì)及酶的化學(xué)修飾及基因改造獲得具有特殊功能的非天然蛋白質(zhì)的技術(shù)?！糁饕歉鶕?jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能間的相互關(guān)系,利用基因工程技術(shù),或用化學(xué)方法,合成基因,改造基因,以便合成新的蛋白質(zhì),或改變蛋白質(zhì)的活性、功能以及溶解性等。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿58蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)第三章發(fā)酵工程(fermentationengineering)◆又稱微生物工程,微生物發(fā)酵工程?！衾蒙?主要是微生物的某種特定功能,通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段,生產(chǎn)有用物質(zhì),或把微生物直接用于某種工業(yè)化生產(chǎn)的一種技術(shù)體系?！糁饕獌?nèi)容包括菌種選育,發(fā)酵生產(chǎn)微生物,或植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物,生產(chǎn)微生物菌體,最佳培養(yǎng)條件的優(yōu)化組合等。

第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿59發(fā)酵工程(fermentationengineering3.2基因工程技術(shù)的誕生

3.2.1基因工程的技術(shù)準(zhǔn)備

基因工程技術(shù)的誕生不僅依賴于基因分子生物學(xué)理論的發(fā)展，同時也有賴于一些重要的分子生物學(xué)研究方法的建立。最重要的技術(shù)準(zhǔn)備是限制性酶的分離純化、DNA連接酶的分離、大腸桿菌轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破。到1970年，這三大技術(shù)都已經(jīng)建立，“萬事齊備，只欠東風(fēng)”了。到了1972～1973年，兩位科學(xué)助產(chǎn)士Berg和Cohen將基因工程接到了人間。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿603.2基因工程技術(shù)的誕生3.2.1基因工程的技術(shù)準(zhǔn)備3.2.2基因工程技術(shù)的誕生第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿613.2.2基因工程技術(shù)的誕生第三章基因工程部分PowerP

第一個重組體的構(gòu)建

1972年，美國斯坦福大學(xué)P.Berg等在PNAS上發(fā)表了題為∶“BiochemicalmethodeforinsertingnewgeneticinformationintoDNAofSimianVirus40:circularSV40DNAmoleculescotaininglamdaphagegenesandthegalactoseoperonofEscherichiacoli.Proc.Natl.Acad.Sci.USA69:2904-2909,1972”，標(biāo)志著基因工程技術(shù)的誕生。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿62第一個重組體的構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoin第一個重組體構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿63第一個重組體構(gòu)建第三章基因工程部分PowerPoint演示文

SV40病毒是猿猴病毒，是一種直徑為450?的球形病毒，分子量為28×106道爾頓。SV40的DNA是環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，全長5243個堿基對。SV40DNA上有一個限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ的切點。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿64SV40病毒是猿猴病毒，是一種直徑為450?的球SV40病毒第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿65SV40病毒第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿2◆當(dāng)獲得二聚體SV40DNA后，Berg等就證明了環(huán)狀DNA被內(nèi)切酶切成線性DNA后能夠重新環(huán)化，并且能夠同另外的分子重組?！粲谑撬麄冞M(jìn)行第二步的實驗就是從λdvgalDNA中制備含有E.coli的半乳糖操縱子DNA，用上述同樣的方法進(jìn)行重組連接，并獲得成功。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿66◆當(dāng)獲得二聚體SV40DNA后，Berg等就證明了環(huán)狀DNA

第一個有功能重組體的構(gòu)建◆雖然Berg的工作具有劃時代的意義，但是他們并沒有證明體外重組的DNA分子具有生物學(xué)功能?！?973年，S.N.Cohen等在美國PNAS上發(fā)表了題為“ConstructionofBiologicallyFunctionalBacterialPlasmidInVitro”（S.N.Cohen,A.C.Y.Chang,H.W.Borer,andR.B.Helling,Proc.Natl.Acad.Sci.USA70:3240-3244,1973）

的論文，宣布體外構(gòu)建的細(xì)菌質(zhì)粒能夠在細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá),從而完善了Berg開創(chuàng)的基因重組技術(shù)。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿67

第一個有功能重組體的構(gòu)建第三章基因工程部分PowBoyerandCohen第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿68BoyerandCohen第三章基因工程部分PowerP◆質(zhì)粒

pSC101的獲得●In1972,CohenconstructedanewplasmidbeginningwithDNAisolatedfromE.coli.CohennamedtheplasmidpSC101(“SC"forStanleyCohen).Thenewplasmidhadthreeimportantfeatures:ithadonlyasinglerecognitionsitewhereEcoRIwouldcutthemolecule,thusidentifyingthespotwheretheplasmidwouldopen;

(2)ithadasequenceofnucleotidescalledanoriginofreplication,whichisneededtoinitiateDNAreplication;suchasequencestimulatesplasmidstomultiplyinahostorganism;(3)itcontainedageneforresistancetotheantibiotictetracycline;thus,bacteriahavingtheplasmidcouldresisttheeffectsoftetracycline,whereasbacterialackingtheplasmidwouldbekilledbythetetracycline.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿69◆質(zhì)粒pSC101的獲得Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢pSC101質(zhì)粒DNA第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿70pSC101質(zhì)粒DNA第三章基因工程部分PowerPoint◆質(zhì)粒

pSC101對大腸桿菌的轉(zhuǎn)化技術(shù)突破●AnotherkeycharacteristicofCohen'splasmidwastheeaseofinsertingittoahostcell.Cohenfoundthathecouldinsertplasmidstofreshbacteriabysuspendingthelatterincoldcalciumchloride,thenrapidlyheatingthebacteriato42oC.Sotreated,thebacterialwallandplasmamembraneopentopermittheplasmidstopassthroughandintothecytoplasm.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿71◆質(zhì)粒pSC101對大腸桿菌的轉(zhuǎn)化技術(shù)突破Cohen在重組◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子●Tosomehistorians,thedisciplineofDNAtechnologycameintobeingoverpastramisandwichesatalocaldelicatesseninWaikikiBeach.Theyearwas1972.

●IthappenedthatHerbertBoyerwasatascientificconferenceinHawaiispeakingabouttheEcoRlrestrictionenzyme.StanleyCohenwasintheaudience.

●Afterthepresentation,CoheninvitedBoyertolunchtoexploretheirpossiblecollaborationonaseriesofexperiments.●ThetworesearcherssatandconsideredtheexperimentsthatwouldsendDNAtechnologyintoanewera.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿72◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子Cohen在重◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子●Cohenhadbeenconductingfruitfulexperimentswithplasmids,buthewasexperiencingdifficultycuttingopentheplasmids.●Boyer'sEcoRIenzymeseemedtobetheidealsolution,soCohensuggestedtheyjoinforces.●TheywouldusehisplasmidsandBoyer'senzymetorecombinetheplasmidDNA.■Firsttheywouldtrytorecombinetwoplasmidstoformasingleplasmid.■Ifsuccessful,theywouldattempttobringDNAfromaforeignspeciesintotheplasmidtoproducearecombinantDNAmolecule.Boyeragreed,andthebargainwasstruck.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻(xiàn)第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿73◆Cohen與Boyer合作創(chuàng)建重組DNA分子Cohen在重BoyerandCohen的策略第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿74BoyerandCohen的策略第三章基因工程部分Po◆pSC102,體內(nèi)構(gòu)建的重組體●他們首先檢查了EcoRⅠ對質(zhì)粒pSC101和R6-5的切割情況，發(fā)現(xiàn)EcoRⅠ在質(zhì)粒pSC101上只有一個切點，在質(zhì)粒R6-5上有12個切點,這樣就可以用pSC101作為重組DNA的載體分子。第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿75◆pSC102,體內(nèi)構(gòu)建的重組體第三章基因工程部分Power

他們用EcoRⅠ處理過的和沒有處理過的質(zhì)粒pSC101和R6-5DNA分別轉(zhuǎn)化E.coliC600,得到下表的實驗結(jié)果∶

表：環(huán)狀和線狀質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)化質(zhì)粒DNA每μgDNA轉(zhuǎn)化子四環(huán)素卡那霉素氯霉素pSC101(未切割)3×105------(EcoRⅠ切割)2.8×104------R6-5(未