基因工程原理及其在食品工业中的应用课件.ppt

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1、第二章基因工程原理及其在食品工业中的应用第一节基因工程基础（一）基因工程的定义1.基因（gene）DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质最小功能单位。2.基因组（geneome）一个生物体的全部基因序列。一、基因工程的定义、基本操作程序3.基因表达（geneexpression）遗传信息转录和翻译的过程。（1）转录。在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。（2）翻译。在RNA的控制下，根据核苷酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链过程。（3）逆转录。以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸

2、顺序合成DNA的过程。4.重组DNA技术（recombinantDNAtechnique）利用限制性内切核酸酶、连接酶等酶类将不同的DNA进行体外切割、连接构成新的DNA分子的技术。5.基因工程（geneengineering）运用限制性内切核酸酶、连接酶等酶类将不同DNA进行体外切割、连接构成重组DNA，再将重组DNA经生物介导或直接导入等转移方法引入受体细胞进行克隆、表达，从而改变生物遗传性以创造生物新种质，或通过大量扩增为人类提供有用产品等的技术。6.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

3、、贮藏价格性状以及感官性状的技术。（二）基因工程的基本操作程序1.运用合适的方法从生物体中分离或通过化学合成制备目的基因。2.采用合适的方法将目的基因与合适的载体进行体外连接，构建重组DNA。3.利用合适的方法将重组DNA导入受体生物细胞以获得转化体。4.采用合适的方法筛选出重组转化体阳性克隆。5.运用合适的方法对重组转化体阳性克隆进一步分析以及操作，使目的基因在受体生物细胞中高效表达。（三）基因工程的三大理论和三大技术基础1.三大理论基础（1）1940年代Avery等人的肺炎球菌的转化试验证明了生物的遗传物质是DNA。（2）1950年代Watson和Crick发现

4、了DNA分子的双螺旋结构及DNA半保留复制机理。（3）1960年代Crick关于遗传中心法则的确立，即生物体中遗传信息是按DNA→RNA→蛋白质方向进行传递。2.三大技术基础（1）如何从生物体庞大的双链DNA分子中将所需要的基因片段切割下来（限制性内切核酸酶）。（2）如何将获得的基因片段进行连接（DNA连接酶）。（3）如何将切割下来的基因片段进行繁殖扩增（基因载体）。二、基因工程的工具酶工具酶：基因工程的操作，是依赖于一些重要的酶（例如，限制酶、聚合酶、连接酶等）作为工具来对基因进行切割和拼接等操作，这些酶被称为工具酶。（一）限制性内切核酸酶与DNA甲基化酶1.限制

5、作用与修饰作用限制作用（restriction）：指一定类型的细菌可以通过其限制性内切核酸酶的作用，切割降解入侵的外源DNA，使得外源DNA的入侵受到限制的现象。修饰作用（modification）：指在DNA甲基化酶作用下，生物体自身DNA分子在特定碱基的特定位置上发生甲基化而得到修饰，从而免遭自身限制性内切核酸酶降解的现象。2.限制性内切核酸酶与DNA甲基化酶限制性内切核酸酶（restrictionendonuclease）：简称限制酶，指一类能够识别和切割双链DNA分子内核苷酸序列的内切核酸酶。DNA甲基化酶（DNAmethylase）：简称甲基化酶，指一类能

6、够识别DNA特定序列，并在其特定碱基的特定位置上引入甲基而发生修饰作用的酶。3.限制性内切核酸酶的类型（1）Ⅰ型。由三种不同亚基组成；辅助因子为ATP、Mg2+及S-腺苷甲硫氨酸；切割位点距其识别位点至少1000bp；切割作用随机。Ⅰ型限制酶不宜作为基因工程的工具酶。（2）Ⅱ型。由两个相同亚基组成；辅助因子仅为Mg2+；识别位点常具旋转对称性；切割位点与其识别位点重叠或在其附近；切割作用特异性强。Ⅱ型限制酶是基因工程理想的工具酶。（3）Ⅲ型。由两种不同亚基组成；辅助因子为ATP和Mg2+，也受S-腺苷甲硫氨酸激活，但并非必需；切割位点一般在距其识别位点3’端24～2

7、6bp处。Ⅲ型限制酶在基因工程中也不常用。限制性内切核酸酶没有种属特异性，即限制性内切核酸酶识别、切割特定序列的能力同底物DNA的来源无关，它可识别、切割各种来源的DNA。DNA甲基化酶具有种属特异性，生物体的DNA甲基化酶只修饰保护自己的DNA，而不修饰保护非己的DNA。生物体的限制性内切核酸酶不能降解自身被修饰保护的DNA，而只能降解外源的DNA。表4-1限制性内切核酸酶的类型及主要特性主要特性Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型酶蛋白构成三种不同亚基两个相同亚基两种不同亚基酶活辅助因子ATP、Mg2+及S-腺苷甲硫氨酸Mg2+ATP、Mg2+识别序列特性EcoBⅠ:TGAN8TG