基因的结构基因的结构基因的定义基因的定义基因是基因是DNADNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是酸序列，是遗传物质的最小功能单位遗传物质的最小功能单位。q基因的分类基因的分类基因的分类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将编码蛋白质的基因根据其是否具有转录和翻译功将编码蛋白质的基因根据其是否具有转录和翻译功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。能可以把基因分为三类。能可以把基因分为三类。能可以把基因分为三类。1.1.1.1.具有转录和翻译功能；具有转录和翻译功能；具有转录和翻译功能；具有转录和翻译功能；2.2.2.2.只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNAtRNAtRNAtRNA基因和基因和基因和基因和rRNArRNArRNArRNA基因；基因；基因；基因；3.3.3.3.不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，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。包括启动基因和操纵基因。包括启动基因和操纵基因。包括启动基因和操纵基因。原核细胞的基因结构IMNIMN非非非非编码区编码区编码区编码区非非非非编码区编码区编码区编码区编码区编码区编码区编码区编码区上游编码区上游编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游编码区下游编码区下游 与与与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子启动子启动子终止子终止子终止子终止子编码区编码区非编码区非编码区编码蛋白质编码蛋白质,连续不间断连续不间断不编码蛋白质，不编码蛋白质，但但有调控作用有调控作用真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列不编码蛋白质，有调控作用不编码蛋白质，有调控作用编码区编码区编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区启动子启动子启动子启动子终止子终止子终止子终止子编码区上游编码区上游编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游编码区下游编码区下游 外显子外显子外显子外显子 内含子内含子内含子内含子 与与与与RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶结合位点结合位点结合位点结合位点IMNIMN非非编编码码序序列列非编码序列指不编码蛋白质的序列。非编码序列指不编码蛋白质的序列。真核生物的基因结构真核生物的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNA聚合酶结聚合酶结合位点合位点mRNA前体前体成熟的信使成熟的信使RNA将内含子转将内含子转录的录的mRNA切割掉切割掉原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞不同点不同点编码区是编码区是_的的编码区是间隔的、编码区是间隔的、_的的相同点相同点都由都由能够编码蛋白质的能够编码蛋白质的_和具有和具有调控作用的调控作用的_区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较思思考考编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核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？细胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码启动子启动子 .VS.VS. 起始密码起始密码/ /终止子终止子 .VS.VS. / /终止密码终止密码存在分子：存在分子：作用：作用：DNA(DNA(基因基因) )启动启动/ /终止转录终止转录mRNAmRNA起始起始/ /终止翻译终止翻译mRNAmRNA中存在启动子中存在启动子/ /终止子的序列吗？终止子的序列吗？指按照人们的愿望，进行严格指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过的设计，并通过体外体外DNA重组重组和和转转基因基因等技术，赋予生物以新的遗传等技术，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。的新的生物类型和生物产品。基因工程：基因工程：由于由于基因工程基因工程是在是在DNA分子水平上分子水平上进行设计和施工的，因此又叫进行设计和施工的，因此又叫DNA重重组技术组技术或或基因拼接技术基因拼接技术。基因工程的概念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。基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程实质实质/原理原理结果结果基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼拼接接 导导入入 表表达达基因重组基因重组基因工程的概念基因工程的概念基因工程的诞生的基因工程的诞生的基础理论：基础理论：1 1、DNADNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明2 2、DNADNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立3 3、遗传密码的破译、遗传密码的破译1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具（一）（一）“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶1 1、来源：、来源：主要来自原核生物主要来自原核生物2 2、特点：、特点：具有专一性（具有专一性（特异性特异性）表现在两方面：表现在两方面：(1)(1)识别双链识别双链DNADNA中中特定特定核苷酸序列核苷酸序列(2)(2)切割特定序列中的特定位点切割特定序列中的特定位点 3 3、作用：、作用：特定部位的两个核苷酸之间的特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开断开4 4、结果：、结果：产生黏性末端或平末端产生黏性末端或平末端重播重播黏性末端：黏性末端：中轴线中轴线CGCGCGCGCGCG重播重播平末端：平末端：中轴线中轴线（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶1 1、来源：、来源：大肠杆菌、大肠杆菌、T4T4噬菌体噬菌体3 3、种类：、种类： 2 2、作用：、作用：恢复被限制酶切开的两个核苷恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键分分类类E.Coli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶 4 4、注意：连接酶有专一性，但、注意：连接酶有专一性，但没有没有识别特识别特定核苷酸序列的特性！定核苷酸序列的特性！（三）（三）. .基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体常用的运载体：常用的运载体： 质粒（质粒（最常用最常用）、）、 噬菌体噬菌体的衍生物或动、植物病毒等。的衍生物或动、植物病毒等。质粒：质粒： 质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。质粒是独立于细菌质粒是独立于细菌拟核之外拟核之外的有自我复制的有自我复制能力的能力的双链环状双链环状DNA分子分子。有的一个细。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。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注意：作为载体的质粒都是在天然质粒的基础上经过过人工改造人工改造的！的！质粒作为质粒作为“分子运输车分子运输车”的条件是的条件是能够自我复制能够自我复制有有一个一个或多个限制酶切位点或多个限制酶切位点有标记基因有标记基因作为运载体必须具备的条件？作为运载体必须具备的条件？1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制并稳定地并稳定地保存保存。2）载体载体DNA必须有必须有一个或多个一个或多个限制酶切点限制酶切点，以，以便目的基因插入到载体上去。便目的基因插入到载体上去。3）具有某些）具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。如抗菌。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。4)载体载体DNA必须是必须是安全安全的的,不会对受体细胞有不会对受体细胞有害害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去胞中去;5)5) 载体载体DNA分子分子大小应适合大小应适合,以便提取和在以便提取和在体外进行操作体外进行操作,太大就不便操作太大就不便操作. 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序v目的基因的获取目的基因的获取v基因表达载体的构建基因表达载体的构建v将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞操作过程操作过程操作过程操作过程v目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定一一目的基因的获取目的基因的获取IMNIMN(一一)目的基因：目的基因：编码蛋白质的结构基因；编码蛋白质的结构基因；编码蛋白质的结构基因；编码蛋白质的结构基因；(二二)获取目的基因的常用方法获取目的基因的常用方法从自然界已有的物种中分离从自然界已有的物种中分离从自然界已有的物种中分离从自然界已有的物种中分离用人工的方法合成用人工的方法合成用人工的方法合成用人工的方法合成目前常用的获得目的基因的方法 1 1）从基因文库中获取目的基因）从基因文库中获取目的基因2 2）利用）利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因3 3）( (用化学方法直接用化学方法直接) )人工合成人工合成 若基因若基因_，核苷酸序列，核苷酸序列_ _ 。较小较小已知已知获得目的基因的方法 1 1）从基因文库中获取目的基因）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基因文库的构建方法直接分离法直接分离法供体细胞中的供体细胞中的DNADNA许多许多DNADNA片段片段运载体运载体限制酶限制酶受体细胞受体细胞产生特定性状产生特定性状导入导入外源外源DNADNA扩增扩增目的基因目的基因分离分离( (鸟枪法鸟枪法) )一、目的基因的获取一、目的基因的获取（一）从基因文库中直接获取（一）从基因文库中直接获取多用于原核生物多用于原核生物cDNA文库的构建文库的构建-反转录法：反转录法： 以目的基因转以目的基因转录成的信使录成的信使RNARNA为模为模板，反转录成互补板，反转录成互补的单链的单链DNADNA，然后在然后在酶的作用下合成双酶的作用下合成双链链DNADNA，从而获得所从而获得所需的基因。需的基因。目的基因的目的基因的mRNAmRNA单链单链DNADNA反转录酶反转录酶DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNADNA( (目的基因目的基因) )利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因PCR技术技术多聚酶链式反应n原理：原理：n前提：前提：n条件：条件：PCR扩增仪扩增仪DNA双链复制的基本原理双链复制的基本原理一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸一对引物一对引物热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶( (TaqTaq酶酶）DNADNA的两条链为模板的两条链为模板温度控制温度控制PCRPCR的过程：的过程：利用利用PCRPCR技术技术扩增目的基因扩增目的基因变性变性( (90-9590-95) )复性复性( (55-6055-60) )延伸延伸( (70-7570-75) )二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建 基因工程的基因工程的核心核心1、目的：、目的：使目的基因在受体细胞中使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在，并且并且可可以以遗传遗传给下一代，同时使目的给下一代，同时使目的基因能够基因能够表达表达和发挥作用。和发挥作用。2 2、基因表达载体的基因表达载体的组成：组成：复制原点复制原点+ +目的基因目的基因+ +启动子启动子+ +终止子终止子+ +标记基因标记基因v三、三、将目的基因导入受体细胞 转 化农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法受体受体细胞细胞植物植物植物植物cellcell动物动物动物动物cellcell微生物微生物微生物微生物cellcellCa2+处理处理（改变细胞（改变细胞壁的通透性）壁的通透性）显微注射技术（受精卵）显微注射技术（受精卵）感受态法感受态法（适用于（适用于（适用于（适用于单子叶植物单子叶植物单子叶植物单子叶植物）（双子叶植物双子叶植物双子叶植物双子叶植物和裸子植物和裸子植物和裸子植物和裸子植物）（双子叶植物双子叶植物双子叶植物双子叶植物）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、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定检查是否成功检查是否成功检测检测鉴定鉴定检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法方法方法方法方法方法DNADNA分子杂交分子杂交分子杂交分子杂交抗原抗原- -抗体杂交抗体杂交即个体生物学水平的鉴定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1.31.3基因工程的应用基因工程的应用植物基因工程植物基因工程动物基因工程动物基因工程基因工程药物基因工程药物基因治疗基因治疗植物基因工程：用于提高农作物的植物基因工程：用于提高农作物的抗抗逆能力逆能力及改良农作物的品质和利用植及改良农作物的品质和利用植物生产药物等。物生产药物等。1 1）抗虫转基因植物）抗虫转基因植物2 2）抗病转基因植物）抗病转基因植物3 3）其他）其他抗逆转基因植物抗逆转基因植物4 4）利用转基因改良植物的品质）利用转基因改良植物的品质植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累1、抗虫转基因植物、抗虫转基因植物已问世的转基因抗虫植物：已问世的转基因抗虫植物：棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花、和白花三叶草等。菊花、和白花三叶草等。用于用于杀虫的基因杀虫的基因主要有：主要有：Bt毒蛋白基因毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝聚素基因凝聚素基因植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累2、抗病转基因植物、抗病转基因植物已问世的转基因抗病植物：已问世的转基因抗病植物：小麦、甜椒、番茄。小麦、甜椒、番茄。用于用于抗病的基因抗病的基因主要有：主要有：病毒外壳蛋白质基因、病毒复病毒外壳蛋白质基因、病毒复制酶基因制酶基因（这些基因的转化植物表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现出对同种病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性侵染的高水平抗性 ）几丁质酶基因、抗毒素合成基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗抗CMV甜椒甜椒植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累3、（其它）抗逆转基因植物、（其它）抗逆转基因植物例如，将鱼的例如，将鱼的抗冻蛋抗冻蛋白基因白基因导人烟草和番茄，导人烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒能使烟草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，将力均有提高。此外，将抗除草剂基因抗除草剂基因导人大豆、导人大豆、玉米等作物，喷洒除草玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。不损伤作物。植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累4、利用转基因改良植物的品质、利用转基因改良植物的品质提高植物的光合作用效率提高植物的光合作用效率 改造光合作用中起关键改造光合作用中起关键作用的作用的CO2固定酶，能固定酶，能提高植物对提高植物对CO2的固定效的固定效率；还可以通过增强植物率；还可以通过增强植物对光能吸收与转化的功能对光能吸收与转化的功能来提高光合作用效率，提来提高光合作用效率，提高作物的产量。高作物的产量。动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔1、用于提高动物的生长速度、用于提高动物的生长速度转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）2 2）用于改善畜产品的品质）用于改善畜产品的品质3 3）用转基因的动物生产药物）用转基因的动物生产药物4)4)用转基因动物作器官用转基因动物作器官移植的供体移植的供体基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素基因工程药品基因工程药品 乙肝病毒疫苗乙肝病毒疫苗基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照体外途径的步骤？体外途径的步骤？体内途径的步骤？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。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测探针检测出来出来蛋白质工程的流程蛋白质工程的流程基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计蛋白质工程原理蛋白质工程原理天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸酸序列酸序列酸蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念基础基础:蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质：途径途径:目标目标:蛋白质的结构规律和功能蛋白质的结构规律和功能基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要生活的需要是对编码蛋白质的是对编码蛋白质的基因进行改造基因进行改造