《基因工程》绪论-第一章

《PrincpleandTechnologyofGeneticEngineering》《基因工程原理》1Introductionaboutthelesson绪论：☆总学时：72学时（totalclasshours）讲授《基因工程原理》：24学时《基因工程技术实验课》：32学时《基因工程技术实习》：16学时21）T.A.Brown著，魏群等译《基因克隆和DNA分析》（中文版）2）T.A.Brown《GeneCloningandDNAAnalysis》（英文版）3）DesmondS.T.Nicholl《AnIntroductiontoGeneticEngineering》（英文版）4）楼士林《基因工程》5）吴乃虎《基因工程原理》☆推荐参考书：3Introduction教学目的与要求：1）掌握基因工程概念、基因工程操作主要步骤。2）了解基因工程发展的历史。3）了解基因工程课程的主要内容，学习基因工程的基本方法。45一、基因工程课程的主要内容和学习方法内容：6学习基因工程的基本方法：建议听课记笔记，强调掌握实验技术二、基因工程定义（TheconceptionofGeneEngineering）基因（gene）是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列，即具有遗传效应的DNA分子片段。Genesarelocatedonchromosomes.Locusisthesiteatwhichageneislocatedonachromosome.Allelesisoneoftwodifferentformsofaparticulargeneindiploidorganisms.Geneisthebasicunitofgeneticinformation(theunitofinheritance),aregionofDNAthatencodesonefunction.7基因是生命的密码，基因中储存着生物个体生长、发育及衰亡过程的全部信息，通过复制、表达、修复，完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理生化过程。因此，基因与人和所有生物的生、老、病、死等一切生命现象有关，同时也与人和所有生物的健康密切相关。geneengineeringalsoknownasgeneticengineering,genemanipulation,genecloning(molecularcloning)recombinantDNAtechnology,geneticmodification,andthenewgenetics,meansalteringthegenesinalivingorganismtoproduceaGeneticallyModifiedOrganism(GMO)withanewgenotype.8基因工程(Geneengineering)是指将一种生物（供体）的基因转移到另一种生物（受体）中去，创建具有某种新性状的生物新品系并能稳定遗传给后代的一种现代生物技术。三、基因工程基本操作步骤及基因工程应用Thebasicstepsandapplicationingeneticengineering1)Isolatethegene(DNAfragments)2)Joiningtoavectororcarriermolecule3)Insertitinahostcell,produceasmanycopiesofthehostaspossible,orgenerateatransgenicplantoratransgenicanimal(GMO)4)Separateandpurifytheproductofthegene9Thefourstepsinagenecloning10四、基因工程发展的重要阶段和关键技术ThefoundationsandkeytechnologyoftheemergenceofgeneticengineeringThefoundationsoftheemergenceofthegeneticengineeringGregorMendel1864Mendelianorclassicalgenetics1900-1940Microbialgenetics,1940-1972Genemanipulation1972-至今Moleculargenetic,1953,DNAstructureApplications1980s1120世纪20年代，美国T.H.Morgan等人创立遗传的染色体理论，指出基因在染色体上。forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbytheChromosomeinheredity,demonstratedthatgenesareonthechromosomeThomasHuntMorganinPhysiologyorMedicine1933NobelPrizeNobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross121944年OswaldAvery(Canada)证明基因的化学本质是DNA分子（HewasnotawardedNobelPrize）Di-plococcumpneumoniceDNAasgeneticmaterial1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAvery’sachievementbeforehisdeath(1877-1955)X~rayphotographofDNAwithhighqualityRosalindFrankin131953年J.D.Watson和F.H.C.Crick提出DNA分子结构的双螺旋模型。1958年F.Crick提出遗传信息的中心法则。JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel1953，TheNobelPrizein1962FrancisCrick(35y)1951JamesWatson(23y)丹麦哥本哈根剑桥大学CavendishLab.14X~rayphotographofDNAwithhighquality1958J.Lederberg(33y)PhagetransductionTheNobelPrizeinChemistry1958forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulinFrederickSangerCambridgeUniversity1918-Beadle&TatumOnegene--oneenzymeNurasporacrassa151961年M.W.Nirenberg破译出第一批遗传密码。1966年再与S.Ochoa和H.G.Khorana破译全部遗传密码。MarshallNirenberg(41y)GeneticcodenTheNobelPrizein196816TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargeneticsWernerArberDanielNathansHamiltonO.SmithSwitzerlandBiozentrumderUniversitätJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicineBaltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicineBaltimore,USA1929-1928-19991931-1965,WernerArber,restrictionenzyme限制性核酸内切酶171970，Reversetranscription逆转录酶的发现1975.HowardTemin(41y)DavidBaltimore(37y)Reversetranscription（引发癌症的内因）1967，DNAligase发现连接酶181972年，美国H.Boyer,P.Berg等发明了重组DNA技术(recombinantDNAtechnology)(markedtheemergenceofgenecloning)PaulBergStanfordUniversity1926-19•TheNobelPrizeinChemistry1980•1972年，大肠杆菌含两种抗药性基因的质粒“拼接”成“杂合质粒”，转入大肠杆菌，具双重抗药性。标志着基因工程的首次成功。1973年，将金黄色葡萄球菌的质粒（含抗青霉素的基因）引入E.coli获对青霉素的抗药性，外源基因表达。两栖动物非洲爪蟾DNA引入获表达，证明基因工程不受生物种类研制，可以人为拼接基因，创造新物种。TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbertBiologicalLaboratoriesCambridge,MA,1932-fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacidsFrederickSangerMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,GreatBritain1918-20TheNobelPrizeinChemistry1993forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)methodKaryB.Mullis1944-21五、基因工程课程与其他学科的关系遗传学、细胞生物学、生物化学和分子生物学是基因工程学的基础，尤其是分子生物学奠定了基因工程学的理论基础，生物化学等为基因工程学提供了基础的技术手段及其技术原理，是分子生物学发展为一门以应用为指导的学科。该学科为充实和补充现代遗传学、生理学好分子生物学提供了技术手段，为现代生物技术制药奠定了基础。22本章思考题：1）什么是基因工程？2）基因工程的操作步骤有哪些？3）基因工程的应用范围？基因操作可以应用在哪些领域？4）什么是GMO？5）在基因工程领域有重要贡献的科学家有哪些？试例举三位及其贡献。6）基因工程的三个发展阶段？23第一章基因表达元件及调控教学目的与要求：1）掌握基因概念的扩展，基因的基本类型、表达元件及结构、调控元件及作用。2）掌握基因表达的中心法则。3）掌握基因表达调控的基本原理。24★DNA变性（DNAdenaturation）●D.S.DNAS.S.DNA(heat,uttermostpH,urea,acyl)Denaturationtemperature：90-95℃Renaturationtemperature：37-60℃第一节基因的化学属性及特征1944年O.Avery证明基因的化学本质是DNA分子25在DNA双链变性产生单链时，由于碱基的发色基团暴露，光吸收值会增加，这种现象称DNA增色效应的跳跃现象。D.SDNAA260=1S.SDNAA260=1.37dNTPsA260=1.60DNA分子变性过程的表现1）S.S.DNA粘度降低2）DNA增色效应的跳跃现象(JumpofHyperchromicity)26★DNA变性及Tm值1）DNA分子中A、T、C、G随机分布的情况下，2）GC%含量相同的情况下，AT形成变性核心，富含AT区域，变性加快，Tm值小。3）增色效应的跳跃现象，高分子量DNA分子在热变性过程中,富含AT区域首先变性,然后逐步扩展,增色效应表现跳跃现象,使变性过程加快。生化上以Tm值量化DNA分子变性的程度。高温使DNA双链分开而变性，随着温度的升高，DNA分子变性区域增加，Tm是指DNA分子变性