专题_基因工程一轮复习

1、选修(xunxi)三 现代生物科技专题第1讲 基因工程(jyn gngchng)共四十五页1.供体：提供_。2.操作环境：_。3.操作水平：_水平。4.原理：_。5.受体：表达目的基因。6.本质：性状在_体内表达。7.优点：克服(kf)_ _障碍，定向改 造生物_。目的(md)基因体外分子基因重组受体远缘杂交不亲和性状一、 基因工程的概念指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，定向地改造生物的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。考点1：基因工程的理论基础及操作工具共四十五页（一）分子(fnz)手术刀限制酶1.来源(liyun):主要来源于原

2、核生物2.作用:3.特点:特异性（1）识别特定核苷酸序列；（2）切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。4.结果：产生黏性末端 或平末端一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列并在特定的切点上切割DNA分子。二、基因工程的基本工具共四十五页 A A T T C G下列黏性末端(m dun)属于同种内切酶切割而成的是 A、 B、 C、 D、T C GA G C T T A AA GG T T C C AA G C T T C A G A A T T C GAT C GA G C T T A A共四十五页（二）DNA连接酶 2、分类(fn li)E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶想一想:DN

3、A连接酶与DNA聚合酶是一回事(hu sh)吗?(1)、来源：大肠杆菌(2)、作用：“缝合”黏性末端(1)、来源：T4噬菌体(2)、作用：“缝合”黏性末端和平末端1、作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键。共四十五页DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点DNA连接酶与DNA聚合酶只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段(pin dun)上，形成磷酸二酯键形成(xngchng)磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键以一条DNA链为模板。不需要模板。将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。共四十五页(三）基因(jyn)的运输工具运载体 质粒存在于许多细菌(xjn)和酵母菌等生物中

4、,是细菌(xjn)拟核DNA之外能够自主复制的很小的双链环状DNA分子。常用的运载体： 质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒等。共四十五页作为(zuwi)载体的必要条件：1、能自我复制或整合到受体染色体DNA上 随染色体DNA的复制而同步复制；2、有一或多个限制酶的切割位点；3、带有标记基因(jyn)，供重组DNA的鉴定和选择4、对受体细胞无毒害5、大小应合适，便于提取和体外操作。基因的运输工具运载体共四十五页四个主要(zhyo)步骤:目的基因(jyn)的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定考点2 基因工程的基本操作程序及蛋白质工程共四十五页一、目的(md)基因的获取1

5、、目的(md)基因主要是指_编码蛋白质的结构基因如：抗虫基因3、获取目的基因的常用方法（1）从基因文库中获取（2）利用PCR技术扩增目的基因（3）人工合成（通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成）2、目的基因的来源:从自然界已有的物种分离人工方法合成共四十五页1、基因文库（一） 从基因文库中获取目的(md)基因将含有某种生物(shngw)不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库2、基因文库的种类:种类基因组文库：含有一种生物的全部基因部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因， 如：cDNA文库共四十五页1)反转录(zhun l)法： 杂

6、交(zjio)双链(单链RNA/单链DNA)单链DNA双链DNA(cDNA)目的基因的mRNA某种酶DNA聚合酶反转录酶反转录法化学合成法3.怎样构建基因文库?人工合成法（真核生物）共四十五页（2)根据(gnj)已知的氨基酸序列合成DNA法 ：蛋白质的氨基酸序列(xli)mRNA的核苷酸序列基因的脱氧核苷酸序列推测推测目的基因化学合成共四十五页（2）利用PCR技术(jsh)扩增目的基因 1、定义：PCR多聚酶链式反应 是一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 通过此技术，可获取大量(dling)的目的基因。DNA复制2、原理：3、条件：4、原料：5、过程：6、方式：一段已知目的基因的核

7、苷酸序列模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶） 以_方式扩增， 即_（n为扩增循环的次数）指数2n7、仪器：PCR扩增仪共四十五页PCR技术(jsh)扩增与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理原料条件不同点解旋方式场所酶结果碱基互补(h b)配对四种脱氧核苷酸模板、能量、酶高温下变性解旋解旋酶催化体外复制(PCR扩增仪内)主要在细胞核内热稳定的DNA聚合酶（Taq酶）大量的DNA片段形成整个DNA分子解旋酶、普通的DNA聚合酶等共四十五页二、基因表达(biod)载体的构建核心（1）用一定的_切割质粒，使其出现一个切口，露出_。（2）用_ _切断目 的基

8、因(jyn)，使其产生_ _。（3）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量_，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶相同的黏性末端切口DNA连接酶1.过程:共四十五页3.基因表达载体(zit)的组成：a、目的(md)基因b、启动子c、终止子d、标记基因位于基因的首端,是RNA聚合酶识别并结合位点。驱动转录位于基因的末端,终止转录。检测目的基因是否导入受体细胞。2、基因表达载体的作用a、使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代b、同时使目的基因能表达和发挥作用共四十五页三、将目的(md)基因导入受体细胞目的(md)基因进入_ _内，并且在受体细胞内维持_ _和_

9、 _的过程。转化:受体细胞稳定表达1、导入植物细胞:2、导入动物细胞:3、导入微生物细胞:常用方法：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射法感受态细胞法（或Ca2+转化法）共四十五页1、将目的(md)基因导入植物细胞（1）农杆菌(gnjn)转化法特点:能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力Ti质粒的TDNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌共四十五页（2）基因(jyn)枪法 基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因

10、与其整合(zhn h)并表达的方法。适用于单子叶植物共四十五页（3）花粉(hufn)通道法 花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成(xngchng)的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。共四十五页2、将目的(md)基因导入动物细胞方法(fngf):显微注射技术操作程序:提纯含目的基因表达载体取受精卵显微注射移植到子宫受精卵发育新性状动物常用受体细胞：受精卵共四十五页3、将目的(md)基因导入微生物细胞常用(chn yn)法：Ca2+处理常用受体细胞：大肠杆菌微生物作受体细胞原因： 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理

11、大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA（用Ca2+处理，增加细菌细胞壁的通透性）处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态的细胞共四十五页(1)_目的(md)基因的有无(2)分子杂交技术_(3)_目的基因是否翻译(4)生物性状的表达与否目的基因是否表达 (个体水平)DNA分子(fnz)杂交技术目的基因是否转录抗原抗体杂交分子水平四、目的基因的检测与鉴定共四十五页检测(jin c)转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因1、导入检测(jin c)目的：方法：DNA分子杂交技术过程：.首先取出转基因生物的基因组DNA.将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做

12、探针。使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明目的基因已插入染色体DNA中共四十五页从转基因生物(shngw)中提取的基因组DNA探针(tn zhn)：杂交的对象：用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段15N15N14N探针转基因生物的DNA变性变性14N共四十五页2、转录(zhun l)检测目的(md)：检测目的基因是否转录出了mRNA方法：分子杂交技术用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段探针：杂交的对象：从转基因生物中提取的mRNA.共四十五页3、翻译(fny)检测目的(md)：检测目的基因是否翻译成蛋白质方法:抗原抗体杂交技术从转基因生物中提取的蛋白质抗原：抗体：将

13、目的基因编码的蛋白质注射进动物体内进行免疫产生的相应抗体4、个体生物学水平的鉴定抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等共四十五页1.转基因植物(zhw)类别应 用 实 例抗虫抗病抗逆改良杀虫的基因主要(zhyo)有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因;抗真菌基因:几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%转基因延熟番茄储存时间可延长12个月转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异1、3 基因工程的应用共四十五页2.转基因动物(dngw)类别

14、应 用 实 例提高生长速度改善畜产品品质生产药物作器官移植的供体如转外源生长(shngzhng)激素基因绵羊和转外源生长(shngzhng)激素基因鲤鱼生长(shngzhng)速率快、体型大如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大减低,而其他营养成分不受影响目前,已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶等重要药品科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造,抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官共四十五页3.基因工程药物(1)来源：转基因的_。(

15、2)成果：_、抗体、_、激素等。(3)作用：预防和治疗_、心血管疾病、 _、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。4.基因治疗(1)方法：把_导入病人体内，使该基因的表达产物发挥(fhu)功能。(2)效果：治疗_的最有效的手段。(3)分类：_基因治疗和_基因治疗。 工程菌细胞因子疫苗(ymio)人类肿瘤遗传病正常基因遗传病体内体外共四十五页基因治疗的方法(fngf)体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选(shixun)成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。体内基因治疗：共四十五页 用于基因治疗的基因种类(zh

16、ngli)正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。反义基因。即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA 进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。共四十五页干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在-70 条件下保存半年，给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程(gngchng)原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：设

17、计设计推测合成预期(yq)的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因)1、4 蛋白质工程共四十五页(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_ _ _的蛋白质，不一定符合_ _需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础(jch)，通过_ _或_ ，对现有蛋白质进行_ 或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_ 结构。自然界已存在(cnzi)人类生产和生活基因修饰基因合成改造空间(或高级)共四十五页(4)对天然蛋白质进行改造，应该(ynggi)直接对蛋白质

18、分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？_。原因是：_。应该通过对基因(jyn)的操作来实现对天然蛋白质的改造 首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多。共四十五页 蛋白质工程(gngchng)与基因工程(gngchng)比较蛋白质工程基因工程区别过程目的结果从预期的蛋白质功能(gngnng)出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)目的基

19、因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性,获得人类所需的生物类型或生物产品可生产自然界没有的蛋白质原则上只能生产自然界已存在的蛋白质共四十五页高温(gown)变性低温(dwn)复性中温延伸加热到90-95，DNA双链的氢键断裂解旋为单链降到55-60，引物通过碱基互补配对与单链DNA结合升温到70-75，在DNA聚合酶的作用下，以四种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。PCR反应过程循环共四十五页PCR反应(fnyng)具体过程共四十五页原核细胞的基因(jyn)结构(补充内容）非编码(bin m

20、)区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与RNA聚合酶结合位点启动子终止子不编码蛋白质。：编码蛋白质 ,连续不间断编码区非编码区原核细胞的 基因结构调控遗传信息表达,上 游有启动子，下游有终止子共四十五页真核细胞的基因(jyn)结构（补充内容）编码(bin m)区非编码区非编码区与RNA聚合酶结合位点内含子 外显子 启动子终止子编码区上游 编码区下游 真核细胞的 基因结构编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：有调控作用,上游有启动子，下游有终止子非编码序列：包括非编码区和内含子共四十五页获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射(zhsh)导入哺乳动物受精