基因工程是指按照人們的願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人們的願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。
二、基因工程的原理及技術
●原理：基因重組技術
●基因工程的基本工具
1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶(限制酶)
(1)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。
(2)功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，並且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。
(3)結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。
2.“分子縫合針”——DNA連接酶
(1)兩種DNA連接酶(E？coliDNA連接酶和T4DNA連接酶)的比較：
①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。
②區別：E？coliDNA連接酶來源於T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。
(2)與DNA聚合酶作用的異同：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。
3.“分子運輸車”——載體
(1)載體具備的條件：
①能在受體細胞中複製並穩定保存。
②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。
③具有標記基因，供重組DNA的鑑定和選擇。
(2)最常用的載體是質粒：
它是一種裸露的、結構簡單的、獨立於細菌染色體之外，並具有自我複製能力的雙鏈環狀DNA分子。
(3)其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒
● 基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的獲取
1.目的基因是指：編碼蛋白質的結構基因。
2.原核基因採取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。
3.PCR技術擴增目的基因
(1)原理：DNA雙鏈複製
(2)過程：
①加熱至90～95℃DNA解鏈；
②冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈；
③加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成
第二步：基因表達載體的構建
1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，並且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。
2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因
(1)啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位於基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。
(2)終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段 ，位於基因的尾端。
(3)標記基因的作用：是為了鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。
第三步：將目的基因導入受體細胞
1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，並且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。
2.常用的轉化方法：將目的基因導入植物細胞：採用最多的方法是 農桿菌轉化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。
3.將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是 顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。將目的基因導入微生物細胞：
4.重組細胞導入受體細胞後，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。
第四步：目的基因的檢測和表達
1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是採用 DNA分子雜交技術.
2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是採用 用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。
3.最後檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原-抗體雜交。
4.有時還需進行個體生物學水平的鑑定。如 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。
● 基因工程的應用：
1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。
2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。
蛋白質工程的概念
● 蛋白質工程：
是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關係作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或製造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質)
(1)蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質
(2)蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。
(3)基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的胺基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白質工程特有的途徑；以下按照基因工程的一般步驟進行。(注意：目的基因只能用人工合成的方法)
(4)設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人們的願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。
二、基因工程的原理及技術
●原理：基因重組技術
●基因工程的基本工具
1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶(限制酶)
(1)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。
(2)功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，並且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。
(3)結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。
2.“分子縫合針”——DNA連接酶
(1)兩種DNA連接酶(E？coliDNA連接酶和T4DNA連接酶)的比較：
①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。
②區別：E？coliDNA連接酶來源於T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。
(2)與DNA聚合酶作用的異同：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。
3.“分子運輸車”——載體
(1)載體具備的條件：
①能在受體細胞中複製並穩定保存。
②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。
③具有標記基因，供重組DNA的鑑定和選擇。
(2)最常用的載體是質粒：
它是一種裸露的、結構簡單的、獨立於細菌染色體之外，並具有自我複製能力的雙鏈環狀DNA分子。
(3)其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒
● 基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的獲取
1.目的基因是指：編碼蛋白質的結構基因。
2.原核基因採取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。
3.PCR技術擴增目的基因
(1)原理：DNA雙鏈複製
(2)過程：
①加熱至90～95℃DNA解鏈；
②冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈；
③加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成
第二步：基因表達載體的構建
1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，並且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。
2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因
(1)啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位於基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。
(2)終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段 ，位於基因的尾端。
(3)標記基因的作用：是為了鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。
第三步：將目的基因導入受體細胞
1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，並且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。
2.常用的轉化方法：將目的基因導入植物細胞：採用最多的方法是 農桿菌轉化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。
3.將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是 顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。將目的基因導入微生物細胞：
4.重組細胞導入受體細胞後，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。
第四步：目的基因的檢測和表達
1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是採用 DNA分子雜交技術.
2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是採用 用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。
3.最後檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原-抗體雜交。
4.有時還需進行個體生物學水平的鑑定。如 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。
● 基因工程的應用：
1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。
2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。
蛋白質工程的概念
● 蛋白質工程：
是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關係作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或製造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質)
(1)蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質
(2)蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。
(3)基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的胺基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白質工程特有的途徑；以下按照基因工程的一般步驟進行。(注意：目的基因只能用人工合成的方法)
(4)設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列
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