食品生物技术导论基因工程优秀课件
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《食品生物技术概论》1基因工程
利用限制酶切点上插入外 源DNA使抗性基因失活, 可通过插入失活进行筛选
pBR322质粒载体的优点：
• 具有较小的分子量。 • 具有两种抗生素抗性基因可供做选择记号 • 具有较高的拷贝数。
（2）pUC18/19质粒
★分子量小，但可以接受 较大的外源片段； ★拷贝数多； ★多克隆位点的酶切位点 多，克隆方便； ★具有α-互补显色表型， 可作为检测重组质粒存在 与否的选择标记；
2. 基因工程研究的技术支撑
(1)DNA的提取和纯化 (2)核酸凝胶电泳技术 (3)分子杂交技术 (4)聚合酶链 (PCR)反应 (5)DNA序列分析技术 (6)基因定点突变技术
三、基因工程操作的基本技术路线
第二节 基因工程工具酶
重组DNA常用的工具酶
• Ⅱ型核酸内切限制酶 • DNA连接酶 • 大肠杆菌DNA 聚合酶Ⅰ • 反转录酶 • 末端转移酶 • 碱性磷酸酶 • Taq DNA聚合酶
作为基因工程的受体细胞必须要具 备以下特性: ①便于重组 DNA 分子的导入; ②便于重组 DNA 分子稳定存在于受体细胞中; ③便于重组子筛选; ④遗传稳定性高,对遗传密码的应用上无明显偏倚性,易于扩大培
养或 发酵; ⑤具有较好的翻译后加工机制,便于真核目的基因的高效表达; ⑥安全性高,不会对 外界环境造成生物污染; ⑦在理论研究或生产实践上有较高的应用价值。
2个DNA分子
4个DNA分子
第三个循环后 形成了8个 DNA分子
第五节 基因与载体的连接
一、 互补黏性末端 DNA 片段之间的连接
待连接的两个DNA片段的末端 如果是用同一种限制性核酸 内切酶酶切产生的,连接后仍 保留原限制性核酸内切酶的 识别序列。如果是用两种同 尾酶酶切的,虽然产生相同的 互补黏性末端,可组织或细胞 2、分离细胞总RNA，并从总RNA中分离mRNA 3、以mRNA分子为模板，合成cDNA链的第一链 4、双链cDNA的合成 5、双链cDNA与载体的连接 6、重组cDNA的转移和的建立4. 聚合酶链反应法
pBR322质粒载体的优点：
• 具有较小的分子量。 • 具有两种抗生素抗性基因可供做选择记号 • 具有较高的拷贝数。
（2）pUC18/19质粒
★分子量小，但可以接受 较大的外源片段； ★拷贝数多； ★多克隆位点的酶切位点 多，克隆方便； ★具有α-互补显色表型， 可作为检测重组质粒存在 与否的选择标记；
2. 基因工程研究的技术支撑
(1)DNA的提取和纯化 (2)核酸凝胶电泳技术 (3)分子杂交技术 (4)聚合酶链 (PCR)反应 (5)DNA序列分析技术 (6)基因定点突变技术
三、基因工程操作的基本技术路线
第二节 基因工程工具酶
重组DNA常用的工具酶
• Ⅱ型核酸内切限制酶 • DNA连接酶 • 大肠杆菌DNA 聚合酶Ⅰ • 反转录酶 • 末端转移酶 • 碱性磷酸酶 • Taq DNA聚合酶
作为基因工程的受体细胞必须要具 备以下特性: ①便于重组 DNA 分子的导入; ②便于重组 DNA 分子稳定存在于受体细胞中; ③便于重组子筛选; ④遗传稳定性高,对遗传密码的应用上无明显偏倚性,易于扩大培
养或 发酵; ⑤具有较好的翻译后加工机制,便于真核目的基因的高效表达; ⑥安全性高,不会对 外界环境造成生物污染; ⑦在理论研究或生产实践上有较高的应用价值。
2个DNA分子
4个DNA分子
第三个循环后 形成了8个 DNA分子
第五节 基因与载体的连接
一、 互补黏性末端 DNA 片段之间的连接
待连接的两个DNA片段的末端 如果是用同一种限制性核酸 内切酶酶切产生的,连接后仍 保留原限制性核酸内切酶的 识别序列。如果是用两种同 尾酶酶切的,虽然产生相同的 互补黏性末端,可组织或细胞 2、分离细胞总RNA，并从总RNA中分离mRNA 3、以mRNA分子为模板，合成cDNA链的第一链 4、双链cDNA的合成 5、双链cDNA与载体的连接 6、重组cDNA的转移和的建立4. 聚合酶链反应法
食品生物技术导论第2章基因工程
22
表1限制性内切酶命名
名称 EcoRⅠ HindⅢ HindⅡ Hpa Ⅰ
属名（大写、 斜体）
种名（小写、 斜体） 株名 序数
来源菌株
E
co R Ⅰ
Escherichia coli R株
H
in d Ⅲ
Haemophilus influenzae d株
H
inቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd Ⅱ
Haemophilus influenzae d株
24
25
Ⅱ型限制性内切酶的作用特点
Ⅱ型限制性内切酶的识别特点： ①大多数酶识别顺序很严格，有少数有变动的 余地； ②识别序列的碱基数一般为4-6个碱基对，一般 都富含GC； ③大多数识别位点具有180o旋转对称性（或称为 回文结构，核酸的这种结构与在生物体内和 蛋白作用有关），少数酶切割位点在识别位 点外，也具有旋转对称性； ④Ⅱ型酶的识别顺序中的碱基被甲基化修饰后 会影响部分酶的外切割作用。
21
2.1.1.2 限制性内切酶的命名
其命名原则是，用具有某种限制性内切酶的 有机体学名缩写来命名： 1. 有机体属名的第一个字母（大写，斜体）和 种名的前两个字母（小写，斜体）构成基本 名称； 2. 株系数字通常省略，如果酶来自于特殊菌株 中，应加上菌株名称符号； 3. 罗马数字用来表示从同一个细菌中分离出来 的不同的限制性内切酶。
11
基因工程在转基因动物的利用方面．主要是 将转基因动物作为专门生产一些特殊药物的 “生物工厂”(bio-factories)。 基因工程仍在深入发展之中。
12
2工具酶和基因载体
基因工程的操作依赖于许多重要的酶（限制 性内切酶、核酸酶、连接酶、聚合酶等）作 为工具来对基因进行切割和拼接操作，这些 酶被称为工具酶（enzyme of tools）。 目的基因要进入宿主细胞，有两种方式： 1. 直接导入 2. 通过载体的运载 这种在细胞内具有自我复制功能的运载目的基 因进入宿主细胞的运载体，叫做基因工程载 体（Vector or Carrier）。
表1限制性内切酶命名
名称 EcoRⅠ HindⅢ HindⅡ Hpa Ⅰ
属名（大写、 斜体）
种名（小写、 斜体） 株名 序数
来源菌株
E
co R Ⅰ
Escherichia coli R株
H
in d Ⅲ
Haemophilus influenzae d株
H
inቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd Ⅱ
Haemophilus influenzae d株
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Ⅱ型限制性内切酶的作用特点
Ⅱ型限制性内切酶的识别特点： ①大多数酶识别顺序很严格，有少数有变动的 余地； ②识别序列的碱基数一般为4-6个碱基对，一般 都富含GC； ③大多数识别位点具有180o旋转对称性（或称为 回文结构，核酸的这种结构与在生物体内和 蛋白作用有关），少数酶切割位点在识别位 点外，也具有旋转对称性； ④Ⅱ型酶的识别顺序中的碱基被甲基化修饰后 会影响部分酶的外切割作用。
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2.1.1.2 限制性内切酶的命名
其命名原则是，用具有某种限制性内切酶的 有机体学名缩写来命名： 1. 有机体属名的第一个字母（大写，斜体）和 种名的前两个字母（小写，斜体）构成基本 名称； 2. 株系数字通常省略，如果酶来自于特殊菌株 中，应加上菌株名称符号； 3. 罗马数字用来表示从同一个细菌中分离出来 的不同的限制性内切酶。
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基因工程在转基因动物的利用方面．主要是 将转基因动物作为专门生产一些特殊药物的 “生物工厂”(bio-factories)。 基因工程仍在深入发展之中。
12
2工具酶和基因载体
基因工程的操作依赖于许多重要的酶（限制 性内切酶、核酸酶、连接酶、聚合酶等）作 为工具来对基因进行切割和拼接操作，这些 酶被称为工具酶（enzyme of tools）。 目的基因要进入宿主细胞，有两种方式： 1. 直接导入 2. 通过载体的运载 这种在细胞内具有自我复制功能的运载目的基 因进入宿主细胞的运载体，叫做基因工程载 体（Vector or Carrier）。
食品生物技术导论-2基因工程与食品产业
肺 炎 链 球 菌 转 化 实 验
三、DNA的组成、结构和功能
DNA的组成
脱氧核糖核酸 生物的遗传物质是DNA。DNA是由大量的脱氧核 糖核苷酸组成的线状或环状生物大分子。由脱氧 核糖、碱基和磷酸基团组成。 组成DNA的碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧 啶(C)和胸腺嘧啶(T) DNA链的一端为游离的是5‘磷酸基团，称为5’端， 而另一端为游离的是3‘羟基基团，称为3’端。 DNA链中的脱氧核苷酸可以用碱基来表示。
图描绘成功。为后基因组时代的诞生拉开了序幕 。
基因学说的创立
•
孟德尔
‚融合遗传‛学说： 双亲的遗传物质类似于一种液生物性状的遗传因子彼此互不沾染， 也不混合，而是呈颗粒状地独立存在的 实体，可以各自分离，也可自由组合。
• 孟德尔最早提出遗传因子的概念。他推 想生物的每一种性状都是遗传因子控制 的，这些因子从亲代到子代，代代相传。 • 丹麦生物学家W.Johannsen根据希腊文 “给予生命”之义，创造了基因一词。
基因工程操作分为四个步骤：
（1）在供体细胞中用限制性内切酶切割基 因，以分离出含有特定的基因片段或人工 合成目的基因并制备运载体； （2）把获得的目的基因与制备好的运载体 用DNA连接酶连接组成重组体； （3）把重组体引入宿主细胞； （4）筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌 体或个体。
二、基因研究的发展过程
第二章 基因工程与食品产业
• • • • • • • 一、基因工程概述 二、基因工程的发展过程 三、DNA的组成、结构和功能 四、DNA分子的提取与检测技术 五、工具酶和基因载体 六、基因工程的基本技术 七、基因工程在食品产业中的应用
一、基因工程概述
基因工程也就是DNA重组技术，是用人 工的方法把不同生物的遗传物质（基因） 分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组， 形成重组体，然后再把重组体引入受体细 胞中得以高效表达，最终获得人们所需要 的基因产物。 基因工程的实施包括四个必要的条件： 工具酶、基因、载体和受体
基因工程在食品科学中的应用ppt课件
（2）生产无乳糖牛奶：乳糖是牛奶中的主要糖分。
对牛奶过敏的人群就是由于体内缺乏能够消化乳
糖的乳糖酶的缘故。将乳糖酶基因在牛乳腺细胞
中表达能产生无乳糖牛奶。
编辑版pppt
4
为了提高抗病能力：
2004 年，日美联手利用基因工程手段培育出对
疯牛病 ( 牛海绵状脑病， BSE) 具有免疫力的牛，
这种牛不携带普里昂蛋白或其他传染蛋白。
一个多基因家族编码。
目前已经从番茄、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴桃以及衰
老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出ACC氧化酶基
因。
利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老、控制果实软化，
提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前景。
编辑版pppt
24
（三）改造食品微生物
1. 改良微生物菌种
2. 改良乳酸菌遗传特性
3. 酶制剂的生产
两条链通过弱的非共价键相互作用而形成的二聚体。
A链由45个氨基酸残基组成，B链由50个氨基酸残基
组成。研究表明，天冬氨酸AspB7可能是其甜味活性
中心。Cys41、Ca2+等对其甜味也产生影响。
但由于是由两条多肽链组成，烹调过程中遇到的加热、
遇酸(例如醋酸、柠檬酸)等情况很容易使之解离，失
去甜味。局限了它作为甜味剂的用途。
编辑版pppt
25
1. 改良微生物菌种
最早成功应用的基因工程菌(采用基因工程改造的微
生物)是面包酵母菌。
啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌
种中不含α-淀粉酶，所以需要利用大麦芽产生的α-淀粉
酶使谷物淀粉液化成糊精，生产过程比较复杂。
采用基因工程技术，将大麦中α-淀粉酶基因转入啤
对牛奶过敏的人群就是由于体内缺乏能够消化乳
糖的乳糖酶的缘故。将乳糖酶基因在牛乳腺细胞
中表达能产生无乳糖牛奶。
编辑版pppt
4
为了提高抗病能力：
2004 年，日美联手利用基因工程手段培育出对
疯牛病 ( 牛海绵状脑病， BSE) 具有免疫力的牛，
这种牛不携带普里昂蛋白或其他传染蛋白。
一个多基因家族编码。
目前已经从番茄、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴桃以及衰
老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出ACC氧化酶基
因。
利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老、控制果实软化，
提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前景。
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（三）改造食品微生物
1. 改良微生物菌种
2. 改良乳酸菌遗传特性
3. 酶制剂的生产
两条链通过弱的非共价键相互作用而形成的二聚体。
A链由45个氨基酸残基组成，B链由50个氨基酸残基
组成。研究表明，天冬氨酸AspB7可能是其甜味活性
中心。Cys41、Ca2+等对其甜味也产生影响。
但由于是由两条多肽链组成，烹调过程中遇到的加热、
遇酸(例如醋酸、柠檬酸)等情况很容易使之解离，失
去甜味。局限了它作为甜味剂的用途。
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1. 改良微生物菌种
最早成功应用的基因工程菌(采用基因工程改造的微
生物)是面包酵母菌。
啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌
种中不含α-淀粉酶，所以需要利用大麦芽产生的α-淀粉
酶使谷物淀粉液化成糊精，生产过程比较复杂。
采用基因工程技术，将大麦中α-淀粉酶基因转入啤
《食品生物技术导论》课件
生物改造、代谢工程等。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
《食品生物技术导论》PPT课件
2
第一章 绪 论
第一节 食品生物技术涵义 第二节 食品生物技术研究内容 第三节 食品生物技术特点 第四节 食品生物技术发展简史 第五节 分子生物学的形成和发展
精品医学
3
第一节 食品生物技术涵义
一、生物技术
所谓生物工程是达到特殊目的生物过程的控制性工程 “操纵生 物 （微生物、植物、动物）的细胞、组织或酶，进行生物合成 及分解转化”。
图1-1 DNA分子双螺旋结构模型
图1-2 DNA双螺旋结构分子模型
精品医学
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（1）DNA是由两条极性相反并互补的多聚核苷酸链，围绕中心轴的 双螺旋结构。此螺旋为右螺旋，并存在大沟和小沟。
（2）两条链中碱基之间按照A配对T、G配对C的互补原则，DNA两 链间的维系主要靠氢键，其中A与T之间形成二个氢键，G与C之间形 成三个氢键。
二、生物进化论
奥地利学者格里哥尔.孟德尔（Gregor Mendel）研究认为，遗传性状 是由一对遗传因子决定的，
精品医学
13
四、摩尔根的基因学说
摩尔根提出：“物质必须由某种独立的要素组成，正是这些要素我们 叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因”。
五、基因本质的发现
摩尔根提出：“物质必须由某种独立的要素组成，正是这些要素我们 叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因”。多年来研究证实这种转化 物质就是DNA，这是基因本质的重大发现。
四、食品生物技术属高新技术范畴
根据当今世界科技发展对世界经济发展贡献情况。信息、能源、生物 技术、航天、材料、汽车和环境等己被列为世界“七大”高科技领域。
精品医学
10
五、食品生物技术已成为食品科学发展的重要研究方向
食品生物技术作为生物技术的分支学科，在自然科学中涵盖范围广为 其特征。
基因工程与食品产业 PPT课件
3.化学合成法 是以单核苷酸为原料，在体外用化学方法 按照已知基因的碱基顺序合成DNA短片段，再 依次连接成完整的目的基因链。此法必须预先 知道目的基因或其mRNA或蛋白质的一级结构， 即核苷酸或氨基酸的顺序。 为了保证定向合成，需要将一个分子的5’ 端与另一个分子的3′端封闭保护。这种封闭 可用磷酸化等方法，必要时可以酸或碱解除封 闭。
化学降解法 酶促法（双脱氧终止法） 自动测序法 PCR测序法
1.化学降解法
也叫Maxam-Gilbert法。
原理：用一些特殊的化学试剂，分别作用于DNA序 列中四种不同的碱基。这些碱基经过处理后，在核 苷酸序列中形成的糖苷键连接变弱，因此很容易从 DNA链上脱落下来。丢失了碱基的核苷酸链再经适 当处理，就可在缺失碱基处断裂。在进行这些反应 时，将反应条件控制在每条DNA链断开一处，因此 经过处理，产生一系列长短不等的DNA片段。根据 所用的试剂不同，其末端分别为G、A、C、T，再对 一系列这样的片段进行综合分析，就可测得 DNA分 子中的核苷酸排列顺序。
目的基因(objective gene)：又叫靶基 因(target gene)，是指根据基因工程的目 的,设计的所需要的某些DNA分子片段，它含 有一种或几种遗传信息的全套密码(code)
目前采用的分离、合成目的基因的常用方法有：
1.鸟枪法（霰弹枪法）
具体做法是：首先利用物理方法（如剪切力、超声波等） 或酶化学方法（如限制性内切核酸酶）将生物细胞染色体 DNA切割成为基因水平的许多片段，而后将这些片段与适 当的载体结合，将重组DN选出含有某种基因的菌株，从中将重组的DNA分离、回 收。 这种方法也就是应用基因工程技术分离目的基因。其 特点法：
碱基GC配对之间有三个氢键，比AT配对的 稳定性高。当用加热或其他变性试剂处理 DNA时，双链上AT配对较多的部位先变成单 链，应用单链特异的S1核酸酶切除单链，再 经氯化铯超速离心，获得无单链切口的DNA
基因工程与食品产业PPT课件
Paul Berg (who shared the 1980 Nobel Prize in chemistry for this work).
1972 Stanley Cohen and Herbert Boyer discover recombinant DNA technology, considered to be the birth of modern biotechnology
食品基因工程：利用基因工程的技术和手段，在分子水平上定向重组遗传物质，以改良食品的品质和性状，提高食品的营养价值、贮藏加工性状以及感官性状的技术。
（二） 基因工程的主要内容
概括起来，基因工程的操作过程一般分4个步骤。
获得目的基因；将目的基因与载体连接形成重组DNA；将重组DNA导入受体细胞；筛选出能表达目的基因的受体细胞
底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP
聚合酶(polymerase): 依赖DNA的DNA聚合酶简写 为 DNA-pol
模板(template) : 解开成单链的DNA母链
引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合
解螺旋酶引物酶单链DNA结合蛋白DNA连接酶等
在农业上，基因工程发展速度势头强劲。据统计，2000年全球转基因作物种植面积由1996年的170万hm2，增加到4 420万hm2，增加了25倍之多。 2000年美国、加拿大、阿根廷、中国4个国家转基因作物的种植面积占全球种植面积的99.9％。 全世界转基因作物按种植面积排序分别为大豆、玉米、棉花、油菜籽。
例如，EcoR I中的Eco表示从大肠杆菌(Escherichia coli)中分离出来的，R代表大肠杆菌的R株， I表示从中分离出的第一种限制性内切酶。
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✓ 两大重要发现： ✓ 基因是在染色体上， 遗传的基因链锁和互换定律。
即建立了作为摩尔根理论主要 基础的基因学说。
1953年最伟大的模型 ——DNA双螺旋结构模型
提出的DNA右手双螺旋结构，在英 国《自然》杂志上发表了论文并 1962年获得诺贝尔奖。
提出了DNA的复制机制—即半保留 复制。
美国生物化学家沃森（左一） 英国生物物理学家克里克 ( 左二）
基因是基因工程 的操作对象
基因（gene）——生命的最大奥秘
物质层面：是染色体上一段脱氧核糖核酸 （DNA）序列。 功能层面：是遗传信息的载体，编码蛋白质和核糖核酸 （RNA）分子功能，调控基因表达。
染色体
DNA
基因1 基因2
DNA结构
磷酸
碱基
戊糖
单核苷酸
脱氧核糖和磷酸 基通过3′,5′磷酸 二酯键连接形成 螺旋链的骨架
50年代揭示的DNA分子的双螺旋结构模型和半保 留复制机制。
50年代末－60年代：中心法则＆操纵子学说及遗 传密码的破译。
中心法则描述的是遗传信息传递表达路径的原理。
（2）基因工程研究的理论依据
基因可以重组互换 基因可切割 基因可转移 遗传密码是通用的 多肽与基因之间存在对应关系 基因可通过复制把遗传信息传递给下一代
2、限制性内切酶种类
I型酶：在识别位点很远的地方任意切割DNA链，识别特 异性差，且需辅助因子，应用价值不大。
II型酶：在其识别位点之中或临近的确定位点特异地切开 DNA链，专一性强，识别与切割序列一致，且无需辅助因 子或只需Mg2+，适合基因工程。
III型酶：在识别位点之外切开DNA链，并且要求识别位 点是反向重复序列，无规律；很少能产生完全切割的片段， 因而不具备实用价值，也没有人将其商业化。
3、限制性内切酶命名原则
1973年由H.O Smith和D. Nathans提议的命名系统 由三部分构成，即菌系编号、菌株名、分离顺序。
（1）用属名的第一个字母（大写）和种名的前两个字母（小写） 组成的3个字母的略语表示寄主菌的物种名，斜体书写。
✓ 大肠杆菌（Escherichia coli）用Eco表示； ✓ 流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）用Hin表示。
工具酶
目的或靶基因 ( 源自供体 )
载体
指用酶学方法将异源基因与载体DNA进行体外重组， 将形成的重组DNA导入宿体细胞，使异源基因在宿 体细胞中复制表达，从而达到改造生物品种或性状， 大量生产出人类所需的生物品种和产物，也称分子 受 体
克隆或重组DNA技术。
基因工程的基本 内容和关键技术
最终目的
5端
5端
磷酸二酯键
3端
3端
碱基处于螺 旋的内侧
2、基因发展简史
1865 孟德尔的豌豆实验
发现了遗传规律： 同对因子分离 异对因子自由组合
首次提出了“遗传因子”（即基因）
现代遗传学之父，奥地利生 物学家格雷戈尔·孟德尔
1915年至1928年摩尔根的果蝇实验
美国遗传学家摩尔根
进一步证实了孟德尔因子和孟德 尔定律
从分子水平揭示了 种瓜得瓜，种豆得
豆的遗传机理
DNA半保留复制
DNA复制时每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA， 另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
二、基因工程涵义
1、基因工程诞生的基础
（1）理论上的三大发现
20世纪40年代确定的遗传信息的携带者是DNA而 不是蛋白质（肺炎双球菌转化实验）
2、基因操作 的基本步骤
剪切
拼接
导入
受体
表达
供体 目的 基因
工具酶
即基因工程是基因的一种操作平台与技术
基因工程五大基本操作单元： 切、接、转、增、检
DNA的体外 重组
重组DNA分子的 转化与扩增
转化子的筛 选与鉴定
可把来自任何生物的基 因转移到与其毫无关系 的任何其他受体细胞中
某一段DNA可在受体细胞 内进行复制，为制备大量 纯化的DNA片段提供可能
3、基因工程的主要内容
从生物有机体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段。 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择
记号的载体分子上，形成重组DNA分子。 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（亦称寄主细胞）并与之一
起增殖。 从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞，
（2）菌株名以非斜体符号加在前三个字母后面。如Ecok, EcoR （3） 同一菌株中有不同的限制性内切酶时，按分离顺序用罗马
字母表示，正体书写。如EcoR I，EcoR V。
例如：流感嗜血菌d株
基因工程四大要素
工具酶 目的基因（制备） 基因载体 基因受体
第二节 工具酶
基因工程技术中对核酸的精雕细刻主要用酶作为工具
一、限制性内切酶
（Restriction endonuclease） 1、概念
指一类以环形或线形双链DNA为底物，能识别双链 DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使 每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有3’OH和5’-P基团的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。
（3）技术上的三大发明
60年代末－70年代：DNA分子的体外切割与连接技 术。
70年代：基因工程载体的使用。 70年代： DNA分子的序列分析、琼脂糖凝胶电泳、
杂交技术等。 ➢ 1973年Cohen等体外构建细菌质粒的成功标志着基
因工程诞生，这年定为基因工程诞生元年。
2、基因工程概念(Gene engineering)
食品生物技术导论基因 工程
第一节 基因工程概述
一、基因及其发展简史 二、基因工程涵义 三、基因工程的一般步骤
1、基因概念
基因是DNA分子上具有遗传效应的 特定核苷酸序列。
指导人体内重要物质蛋白质等的合 成，维持着人体的正常生理功能。 如果一个基因不正常，甚至基因中 一个非常小的片断不正常，就可以 引起发育异常、疾病，甚至死亡。
并筛选出已经得到扩增的目的基因。 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景
下实现功能表达，产生出人类所需要ຫໍສະໝຸດ 物质。三、基因工程的一般步骤
生物材料
1
、
RNA
基
因
mRNA DNA工程cDNA 基因组人工合成基
本
目的基因
克隆载体
技
术
受体细胞
路
重组DNA
线
克隆子
转基因生物
载体
即建立了作为摩尔根理论主要 基础的基因学说。
1953年最伟大的模型 ——DNA双螺旋结构模型
提出的DNA右手双螺旋结构，在英 国《自然》杂志上发表了论文并 1962年获得诺贝尔奖。
提出了DNA的复制机制—即半保留 复制。
美国生物化学家沃森（左一） 英国生物物理学家克里克 ( 左二）
基因是基因工程 的操作对象
基因（gene）——生命的最大奥秘
物质层面：是染色体上一段脱氧核糖核酸 （DNA）序列。 功能层面：是遗传信息的载体，编码蛋白质和核糖核酸 （RNA）分子功能，调控基因表达。
染色体
DNA
基因1 基因2
DNA结构
磷酸
碱基
戊糖
单核苷酸
脱氧核糖和磷酸 基通过3′,5′磷酸 二酯键连接形成 螺旋链的骨架
50年代揭示的DNA分子的双螺旋结构模型和半保 留复制机制。
50年代末－60年代：中心法则＆操纵子学说及遗 传密码的破译。
中心法则描述的是遗传信息传递表达路径的原理。
（2）基因工程研究的理论依据
基因可以重组互换 基因可切割 基因可转移 遗传密码是通用的 多肽与基因之间存在对应关系 基因可通过复制把遗传信息传递给下一代
2、限制性内切酶种类
I型酶：在识别位点很远的地方任意切割DNA链，识别特 异性差，且需辅助因子，应用价值不大。
II型酶：在其识别位点之中或临近的确定位点特异地切开 DNA链，专一性强，识别与切割序列一致，且无需辅助因 子或只需Mg2+，适合基因工程。
III型酶：在识别位点之外切开DNA链，并且要求识别位 点是反向重复序列，无规律；很少能产生完全切割的片段， 因而不具备实用价值，也没有人将其商业化。
3、限制性内切酶命名原则
1973年由H.O Smith和D. Nathans提议的命名系统 由三部分构成，即菌系编号、菌株名、分离顺序。
（1）用属名的第一个字母（大写）和种名的前两个字母（小写） 组成的3个字母的略语表示寄主菌的物种名，斜体书写。
✓ 大肠杆菌（Escherichia coli）用Eco表示； ✓ 流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）用Hin表示。
工具酶
目的或靶基因 ( 源自供体 )
载体
指用酶学方法将异源基因与载体DNA进行体外重组， 将形成的重组DNA导入宿体细胞，使异源基因在宿 体细胞中复制表达，从而达到改造生物品种或性状， 大量生产出人类所需的生物品种和产物，也称分子 受 体
克隆或重组DNA技术。
基因工程的基本 内容和关键技术
最终目的
5端
5端
磷酸二酯键
3端
3端
碱基处于螺 旋的内侧
2、基因发展简史
1865 孟德尔的豌豆实验
发现了遗传规律： 同对因子分离 异对因子自由组合
首次提出了“遗传因子”（即基因）
现代遗传学之父，奥地利生 物学家格雷戈尔·孟德尔
1915年至1928年摩尔根的果蝇实验
美国遗传学家摩尔根
进一步证实了孟德尔因子和孟德 尔定律
从分子水平揭示了 种瓜得瓜，种豆得
豆的遗传机理
DNA半保留复制
DNA复制时每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA， 另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
二、基因工程涵义
1、基因工程诞生的基础
（1）理论上的三大发现
20世纪40年代确定的遗传信息的携带者是DNA而 不是蛋白质（肺炎双球菌转化实验）
2、基因操作 的基本步骤
剪切
拼接
导入
受体
表达
供体 目的 基因
工具酶
即基因工程是基因的一种操作平台与技术
基因工程五大基本操作单元： 切、接、转、增、检
DNA的体外 重组
重组DNA分子的 转化与扩增
转化子的筛 选与鉴定
可把来自任何生物的基 因转移到与其毫无关系 的任何其他受体细胞中
某一段DNA可在受体细胞 内进行复制，为制备大量 纯化的DNA片段提供可能
3、基因工程的主要内容
从生物有机体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段。 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择
记号的载体分子上，形成重组DNA分子。 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（亦称寄主细胞）并与之一
起增殖。 从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞，
（2）菌株名以非斜体符号加在前三个字母后面。如Ecok, EcoR （3） 同一菌株中有不同的限制性内切酶时，按分离顺序用罗马
字母表示，正体书写。如EcoR I，EcoR V。
例如：流感嗜血菌d株
基因工程四大要素
工具酶 目的基因（制备） 基因载体 基因受体
第二节 工具酶
基因工程技术中对核酸的精雕细刻主要用酶作为工具
一、限制性内切酶
（Restriction endonuclease） 1、概念
指一类以环形或线形双链DNA为底物，能识别双链 DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使 每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有3’OH和5’-P基团的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。
（3）技术上的三大发明
60年代末－70年代：DNA分子的体外切割与连接技 术。
70年代：基因工程载体的使用。 70年代： DNA分子的序列分析、琼脂糖凝胶电泳、
杂交技术等。 ➢ 1973年Cohen等体外构建细菌质粒的成功标志着基
因工程诞生，这年定为基因工程诞生元年。
2、基因工程概念(Gene engineering)
食品生物技术导论基因 工程
第一节 基因工程概述
一、基因及其发展简史 二、基因工程涵义 三、基因工程的一般步骤
1、基因概念
基因是DNA分子上具有遗传效应的 特定核苷酸序列。
指导人体内重要物质蛋白质等的合 成，维持着人体的正常生理功能。 如果一个基因不正常，甚至基因中 一个非常小的片断不正常，就可以 引起发育异常、疾病，甚至死亡。
并筛选出已经得到扩增的目的基因。 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景
下实现功能表达，产生出人类所需要ຫໍສະໝຸດ 物质。三、基因工程的一般步骤
生物材料
1
、
RNA
基
因
mRNA DNA工程cDNA 基因组人工合成基
本
目的基因
克隆载体
技
术
受体细胞
路
重组DNA
线
克隆子
转基因生物
载体