【正文】 的貯存者，它通過自主復(fù)制得到永存，并通過轉(zhuǎn)錄生成 mRNA，翻譯生成蛋白質(zhì)的過程控制所有生命現(xiàn)象。 蛋白質(zhì)的合成步驟 翻譯的起始 —— 核糖體與 mRNA結(jié)合并與氨基酰 tRNA生成起始復(fù)合 物。 β 轉(zhuǎn)角： 4個連續(xù)的 aa殘基組成，主鏈骨架以 180返回折疊，第 n個殘基的羰基氧原子與 n+3個殘基上的亞氨基氫原子之間形成氫鍵。 攜帶遺傳信息 DNA的轉(zhuǎn)錄； 多媒體演示 DNA的轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄包括：轉(zhuǎn)錄啟動子、轉(zhuǎn)錄區(qū) 轉(zhuǎn)錄啟動子：是 5’ 端上游區(qū)的 DNA序列，能活化 RNA聚合酶，使之與模板 DNA準(zhǔn)確相結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性 原核生物： 10區(qū)（ TATAAT）、 35區(qū)（ TTGACA） 真核生物： 2530區(qū)（ TATA）、 7080區(qū)（ CAAT）、 80100區(qū)（ GC） 轉(zhuǎn)錄區(qū)：從轉(zhuǎn)錄 RNA的起錄點開始，包括基因編碼區(qū)和轉(zhuǎn)錄終止子 思考題： DNA結(jié)構(gòu)的特點與功能？ 二、蛋白質(zhì) （一）蛋白質(zhì)的化學(xué)組成 蛋白質(zhì)含有：碳、氫、氧、氮、硫 蛋白質(zhì)水解可成為肽，肽進一步水解為氨基酸，它是組成蛋白質(zhì)的最小單位。這個特定的位置就稱為復(fù)制起點 (Origin of replication)，用 ori表示。 四、思考題： 什么是生物技術(shù)？它包括那些內(nèi)容？ 生物技術(shù)對人類產(chǎn)生什么樣的影響？ 為什么說生物技術(shù)是一門綜合性學(xué)科？ 生物技術(shù)的應(yīng)用包括那些領(lǐng)域？ 五、本章參考書： 1.《現(xiàn)代生命科學(xué)概論》 .黃詩箋主編 .—— 北京：高等教育出版社， 2.《現(xiàn) 代生物技術(shù)導(dǎo)論》 .陳章良主編 .—— 北京：高等教育出版社， 1998 3.《現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論》，瞿禮嘉，顧紅雅，胡蘋，陳章良編著，高等教育出版社， 1998 4. 《現(xiàn)代應(yīng)用生物技術(shù)》 .劉仲敏、林興兵、楊生玉主編 .化學(xué)工業(yè)出版社， 1992 5.《現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論》 .瞿禮佳、顧紅雅等主編 .高等教育出版社， 1998 6.《基因工程原理》 .吳乃虎主編 .科學(xué)出版社， 1999 7.《現(xiàn)代生物技術(shù)概論》 .何效忠等編著 .北京師范大學(xué)出版社， 1999 8.《生物工程概論》 .王聯(lián)結(jié)主編 .中國輕工業(yè)出版社 .2020 9.《生物技術(shù) 》 .朱圣庚等主編 .上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1995 10.《生物技術(shù)的現(xiàn)狀與未來》 .顧方舟、盧圣棟主編 .北京醫(yī)科大學(xué)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版， 1990 第二章 基因工程基礎(chǔ) 教學(xué)目的 ： 了解核酸的結(jié)構(gòu)和功能； 了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能及相互關(guān)系；掌握 DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的步驟； 掌握蛋白質(zhì)生物合成的步驟； 掌握基因與基因表達的含義 教學(xué)重點： DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的步驟； 蛋白質(zhì)生物合成的步驟； 基因與基因表達的含義 教學(xué)難點： DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的步驟； 蛋白質(zhì)生物合成的步驟 課 型： 理論型 教 學(xué)方法 ：講授為主，借助多媒體課件及幻燈片穿插演示法、提問法、討論法和啟發(fā)式教學(xué) 教學(xué)用具 ：多媒體課件、投影儀、黑板 教學(xué)時數(shù)： 2學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容： 本次課補充 與基因工程有關(guān)的分子生物學(xué)的內(nèi)容：核酸與蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與功能， DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)的生物合成，基因與基因表達的含義?，F(xiàn)代生物技術(shù)是一門集生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科互 相滲透的綜合性學(xué)科。 專業(yè)及管理頂尖人才緊缺 三、課程小結(jié)：（ 5min） 生物技術(shù)是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進的工程技術(shù)手段，按照設(shè)計改造生物體或生物原料，為人類的生產(chǎn)出所需要產(chǎn)品或達到某種目的。 傳統(tǒng)生物技術(shù)主要是通過微生物的初級發(fā)酵來生產(chǎn)商品 幻燈片演示傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生 現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代生物技術(shù)誕生的理論基礎(chǔ) 幻燈片演示現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展 1） 1953 年， Watson 和 Crick 發(fā)現(xiàn)了 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ) 2） 1957 年 Crick又提出了遺傳信息傳遞的 “中心法則 ” 3） 1964 年 Marshall Nirenberg 和 Gobind Khorana 等破譯了 64 個遺傳密碼 4） 1972 年斯坦福大學(xué)的 Paul Berg 小組完成了首次體外重組實驗：將 SV40 的DNA 片斷與 ? 噬菌體的 DNA 片斷連接起來，標(biāo)志著生物技術(shù)的核心技術(shù) 基因工程技術(shù)的開始?；蚬こ獭⒓?xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需要的酶，往往通過酶工程來獲得。 蛋白質(zhì)工程（ protein engineering）：在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計算機輔助設(shè)計和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識，通過對基因的人工定向改造等手段，從而達到對蛋白質(zhì)進行修飾、改造、拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要人類需要的新型蛋白質(zhì)技術(shù)。 細(xì)胞工程（ cell engineering）： 是指以細(xì)胞為基本單位進行培養(yǎng)、增殖（細(xì)胞、組織培養(yǎng)）或按照人們的意愿改造細(xì)胞的某些生物學(xué)特性，從而創(chuàng)造新的生物和物種，以獲得具有經(jīng)濟價值的生物產(chǎn)品。 ② 現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程。 提問：生物技術(shù)是否是由多學(xué)科綜合而成的一門綜合性學(xué)科？ 生物技術(shù)涉及的種類及其相互關(guān)系 1）生物技術(shù)種類 ①生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)。 幻燈片演示生物技術(shù)定義中的幾個關(guān)鍵術(shù)語含義：現(xiàn)代生命科學(xué)，先進的工程技術(shù)手段，生物原料，達到某種目的。目前所稱的生物技術(shù)基本上是指現(xiàn)代生物技術(shù)。這種通過體外 DNA重 組創(chuàng)造新生物并給予特殊功能的技術(shù)就是基因工程，也稱 DNA重組技術(shù)。 發(fā)酵工程（ fermentation engineering）：人們把在合適條件下，通過現(xiàn) 代化工程技術(shù)手段，利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制造人類所需的產(chǎn)品（微生物菌體或其代謝產(chǎn)物的過程）統(tǒng)稱為發(fā)酵工程?；蚬こ毯图?xì)胞工程看作生物工程的上游處理技術(shù)，將發(fā)酵工程和酶工程看作生物工程的下游處理技術(shù)。 4）生物技術(shù)的基本特征：高效益、高智力、高投入、高競爭、高風(fēng)險、高勢能及生物技術(shù)樹 （二） 生物技術(shù)發(fā)展簡史（約 10min） 傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生 生物技術(shù)最初由一位匈牙利工程師 Karl Ereky 于 1917 年提出的。 （四）我國生物技術(shù)現(xiàn)狀 （約 10min） 幻燈片演示我國生物技術(shù)的現(xiàn)狀 1986 年 生物技術(shù)領(lǐng)域 “863”計劃 20202020年期間實施 “生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)高技術(shù)工程 ”； 20202020發(fā)展以基因技術(shù)為代表的生物制藥技術(shù)是今后一項重要的戰(zhàn)略任務(wù) （五） 面臨問題（約 5min） 創(chuàng)新能力不足 研究和開發(fā)投入嚴(yán)重不足 生物技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的機制不很完善 低水平的重復(fù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)是以 20 世紀(jì) 70年代 DNA的重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的。 現(xiàn)代生物技術(shù)從它誕生之日起，其負(fù)面影響就是無法回避的問題。 （ 4） DNA雙鏈的基本特點 DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核甘酸長鏈盤旋而成 DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本的骨架，堿基排在內(nèi)側(cè) 兩條鏈上的堿基通過氫鍵結(jié)合 ，形成堿基對，它們的組成有一定的規(guī)律 DNA的一級結(jié)構(gòu)； 幻燈片圖示 DNA的二級結(jié)構(gòu) (雙螺旋 ) DNA的兩種二級結(jié)構(gòu) 幻燈片圖示 DNA雙螺旋的意義 DNA分子結(jié)構(gòu)的特征 （四） RNA的結(jié)構(gòu) 核糖核酸 (RNA)分為 幻燈片圖示 mRNA結(jié)構(gòu)特點 幻燈片圖示 tRNA的結(jié)構(gòu) 幻燈片圖示 rRNA的結(jié)構(gòu) 幻燈片圖示 大腸桿菌的 rRNA的結(jié)構(gòu) （五） DNA分子的功能 DNA分子能在細(xì)胞內(nèi)半保留復(fù)制 DNA復(fù)制在生物細(xì)胞中要從 DNA分子上特定位置開始。而在真核生物中，每個 DNA分子有許多個復(fù)制子，每個復(fù)制子長約 50200kb。 （三）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu) 幻燈片圖示 二級結(jié)構(gòu) 幻燈片圖示 α 螺旋； β 折疊 β 折疊 : 較 α 螺旋伸展的構(gòu)象，兩條或多條肽鏈間互相以氫鍵連接起來的成片層狀結(jié)構(gòu)，平行或反平行兩種類型。 舉例：球蛋白 –近似球形，表面富含親水基團，溶于水 如：酶、多種蛋白質(zhì)激素、各種抗體 細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì) 舉例：纖維蛋白 蛋白質(zhì)分子圍繞一個縱向軸纏繞成螺旋狀 如：指甲、毛發(fā)、真皮、韌帶等 （四）蛋白質(zhì)的空間作用力 （五）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 （六）蛋白質(zhì)的生物合成 核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所， mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板， tRNA是模板與氨基酸之間的接合體。 多媒體演示 蛋白質(zhì)的合成 三、基因與基因表達的一般概念 基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生理學(xué)功能以蛋白質(zhì)形式得到表達。翻譯是指以新生的 mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列、合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過程，是基因表達的最終目的。限制酶能夠識別 DNA大分子鏈上特定的核苷酸順序，并能在某一特定部位將 DNA 斷裂。 如： P25 圖 25 C 從 5’ 3’鏈上對稱軸右方切開和 3’ 5’鏈上對稱軸 左方切開形成具有凸出的 3’羥基基團的粘性末端如： P25 圖 25 酶切的方法：單酶切、雙酶切、部分酶切。 2）目前經(jīng)常使用的載體，有質(zhì)粒和病毒兩類。即 至少應(yīng)有一個遺傳標(biāo)記基因，以指示載體或重組 DNA分子是否進入宿主細(xì)胞 3）質(zhì)粒載體 （ plasmid） 舉例 1：普通型載體 pBR322 多媒體演示結(jié)構(gòu)及工作原理 染色體DNA 質(zhì)粒 DNA 1p l a s m i d4 03 6 b pO R i抗生素抗性基因控制質(zhì)粒轉(zhuǎn)移的基因 質(zhì)粒 pBR322 載體的結(jié)構(gòu) 舉例 2： 農(nóng)桿菌 Ti 質(zhì)粒 多媒體演示結(jié)構(gòu)及工作原理 4）病毒克隆載體（噬菌體載體） 噬菌體（ phage）是感染細(xì)菌的一類病毒，有的噬菌體 基因組 較大，如λ噬菌和T噬菌體等；有的則較小，如 M1 f fd噬菌體等。 （ 2） PCR擴增 DNA 前提條件是必須對目的基因有一定 的了解，需要設(shè)計引物 ① PCR 的原理 PCR技術(shù)的原理并不復(fù)雜，實質(zhì)為體內(nèi) DNA復(fù)制的體外模擬。 cDNA（ plementary DNA)文庫：某種生物基因組轉(zhuǎn)錄的全部 mRNA 經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的各種 cDNA 片段分別與克隆載體重組，儲存在一種受體菌 克隆子群體中，這樣的群體稱為 cDNA 文庫。當(dāng)需要這一生物的某一基因時通過特定片段找到理想基因所在的克隆。 目前用作基因克隆受體的主要是大腸桿菌，酵母和某些動植物的細(xì)胞。 外源 DNA 轉(zhuǎn)化法： 病毒（噬菌體）顆粒轉(zhuǎn)導(dǎo)法： 第五步：受體細(xì)胞的繁殖擴增 : 含重組 DNA 的活受體細(xì)胞，再在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下，進行繁殖和擴增，使得重組 DNA 分子在受體細(xì)胞內(nèi)的拷貝數(shù)大量增加。 克隆子的篩選方法 1）根據(jù)載體選擇的標(biāo)記基因篩選轉(zhuǎn)化子 ? 抗藥性標(biāo)記插入失活選擇法 ? 根據(jù)載體除草劑抗性基因 ? β 半乳糖苷酶顯色反應(yīng)選擇法 ? 根據(jù)生長調(diào)節(jié)劑非依賴型篩選轉(zhuǎn)化子 ? 根據(jù)核苷酸合成代謝相關(guān)酶基因的缺失互補篩選 2）根據(jù)報告基因篩選轉(zhuǎn)化子 一個編碼可被檢測的蛋白質(zhì)或酶的基因，即表達產(chǎn)物易被鑒定的基因。 基困工程藥物研究 基因治療研究 轉(zhuǎn)基因植物研究 轉(zhuǎn)基因動物研究 環(huán)境保護研究 基因工程的安全性研究 三、實驗：辯論課（ 4學(xué)時） （一）組織教學(xué)并提出本次辯論課的要求與安排 辯論題目：基因工程是生物技術(shù)的核心技術(shù) 要求與安排：將全班同學(xué)按正、反分為為 2組，每組選 1 名同學(xué)作為主陳述，其他同學(xué)作為副陳述可以隨時補充觀點；每組 通過查資料提出一個觀點，組與組之間以不同觀點進行討論和交流。還要隨時調(diào)節(jié)氣氛使多位學(xué)生積極參與，辯論氣氛熱烈。 四、思考題 簡述 限制性核酸內(nèi)切酶和 DNA 核酸酶的作用？ 什么細(xì)胞能作為受體細(xì)胞？ 基因工程的操作流程？ 基因工程的科學(xué)意義和應(yīng)用價值？ 五、本章參考書： 1.《作物育種生物技術(shù)》 .陳佩度主編 .—— 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2.《現(xiàn)代生命科學(xué)概論》 .黃詩箋主編 .—— 北京：高等教育出版社， 3.《現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論》 .陳章良主編 .—— 北京：高等教育出版社， 1998 4.《現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論》，瞿禮嘉，顧紅雅，胡蘋，陳章良編著，高等教育出版社， 1998 5.《現(xiàn)代應(yīng)用生物技術(shù)》 .劉仲敏、林興兵、楊生玉主編 .化學(xué)工業(yè)出版社， 1992 6.《現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論》