高三生物一轮复习课件：选修3基因工程

1、zxxk基因文库基因文库: : 将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNADNA片段片段, ,导入导入受体菌的群体中储存受体菌的群体中储存, ,各个受体菌分别含有这种生物的各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因不同的基因, ,称为基因文库称为基因文库(gene library)(gene library)基因组文库基因组文库: : 基因文库中包含了一种生物所有的基因基因文库中包含了一种生物所有的基因, ,这种基这种基因文库叫做基因组文库因文库叫做基因组文库. .部分基因文库部分基因文库: : 基因文库中包含了一种生物的一部分基因基因文库中包含了一种生物的一部分基因, ,这种

2、基这种基因文库叫做部分基因文库因文库叫做部分基因文库. .人工合成目的基因人工合成目的基因 如果基因比较小，核苷酸序列又如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过已知，也可以通过DNADNA合成仪用化学合成仪用化学方法直接合成。方法直接合成。利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 3.3.将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞大肠杆菌细胞最常用的转化方法是大肠杆菌细胞最常用的转化方法是: : 首先用首先用CaCa2+ 2+ 处理细胞处理细胞, ,使细胞处于一种能吸收周围环境中使细胞处于一种能吸收周围环境中DNADNA分子的生理分子的生理状态状态, ,这种细胞称为感受态细胞这

3、种细胞称为感受态细胞. . 第二步是将重组表达载体第二步是将重组表达载体DNADNA分子溶于缓冲液中与分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合感受态细胞混合, ,在一定的温度下促进感受态细胞吸在一定的温度下促进感受态细胞吸收收DNADNA分子分子, ,完成转化过程完成转化过程. . 1.将目的基因导入植物细将目的基因导入植物细农杆菌转化法农杆菌转化法2.将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞-显微注射法显微注射法 1 1检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入目的基上是否插入目的基因因- -分子水平检测分子水平检测3 3检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成

4、蛋白质-多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄

5、入了毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫基因并得到表达。一、蛋白质工程崛起的缘由（一）蛋白质的分子设计与改造（一）蛋白质的分子设计与改造 蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，通过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象通过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象的研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高的研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料，并编制成系统的数据库，级结构的数据资料，并编制成系统的数据库，得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、结构与功能的关系方结构和高级结构的关

6、系、结构与功能的关系方面的规律。面的规律。（二）蛋白质改造工程举例（二）蛋白质改造工程举例1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设的设计方案，将计方案，将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成

7、Lys（赖氨酸），使其与分子内第（赖氨酸），使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。2生长激素改造生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受

8、体，引发其他生理过程许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为在治疗过程中为减少副作用，减少副作用，需使人的重组生长激素只与需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是

9、考虑取代充当锌离子配基体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第的氨基酸侧链，如第18和第和第21位位His（组氨酸）和第（组氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。为临床用药还有大量的工作要做。3胰岛素改造胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素这是胰岛素B

10、23-B28氨基酸残基结构所致。氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验效胰岛素已通过临床实验。4治癌酶的改造治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（胸腺嘧啶激酶（TK）

11、可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏缺乏,从而阻断从而阻断DNA的合成，的合成，杀死癌细胞。杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部在酶活性部位附近有位附近有6个氨基酸被替换，催化能力个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。倍以上。蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。和任何重大的生物研究方法相提并论。蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能