現(xiàn)代生物科技專題

1、生物生物 選修選修3現(xiàn)代生物科技專題現(xiàn)代生物科技專題目目 錄錄專題專題1 基因工程基因工程專題專題2 細(xì)胞工程細(xì)胞工程專題專題3 胚胎工程胚胎工程專題專題4 生物技術(shù)的安全性和倫理問題生物技術(shù)的安全性和倫理問題專題專題5 生態(tài)工程生態(tài)工程專題1 基因工程基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程2020世紀(jì)中葉，世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論取得了重大突破取得了重大突破1.DNA1.DNA是遺傳物質(zhì)的證明是遺傳物質(zhì)的證明2.DNA2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立3.3.遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能技術(shù)發(fā)明使基因

2、工程的實(shí)施成為可能1.1.基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 2.2.工具酶的發(fā)現(xiàn)工具酶的發(fā)現(xiàn)3.DNA3.DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明4.DNA4.DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)體外重組的實(shí)現(xiàn) 5.5.重組重組DNADNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功6.6.第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世 7.PCR7.PCR技術(shù)的發(fā)明技術(shù)的發(fā)明 基因工程又叫基因拼接技術(shù)或基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。該技術(shù)是在生重組技術(shù)。該技術(shù)是在生物體外，通過對(duì)物體外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工分子進(jìn)行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，對(duì)生物，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞

3、內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的生物類型和使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的生物類型和生物產(chǎn)品。生物產(chǎn)品。一、基因工程的概念一、基因工程的概念基因工程的別名基因工程的別名操作環(huán)境操作環(huán)境操作對(duì)象操作對(duì)象操作水平操作水平基本過程基本過程實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)結(jié)果結(jié)果基因拼接技術(shù)或基因拼接技術(shù)或DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)生物體外生物體外基因基因DNADNA分子水平分子水平人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品剪切剪切 拼接拼接 導(dǎo)入導(dǎo)入 表達(dá)表達(dá)基因重組基因重組基本工具：基本工具：限制性核酸內(nèi)

4、切酶限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”DNADNA連接酶連接酶“分子縫合針分子縫合針”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”二、二、 DNADNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端：黏性末端：被限制酶切開的被限制酶切開的DNADNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。1 1、限制性核酸內(nèi)切酶、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處中心軸線處

5、切開時(shí)，產(chǎn)生的是切開時(shí)，產(chǎn)生的是平末端平末端。當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)中心軸線兩側(cè)切開時(shí)，產(chǎn)生的是切開時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端。黏性末端。識(shí)別雙鏈識(shí)別雙鏈DNADNA分子的某種分子的某種特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并，并且使每一條鏈中且使每一條鏈中特定部位特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵斷開。斷開。( (6 6個(gè)個(gè), ,4 4、5 5、8 8個(gè)個(gè)) )主要是從主要是從原核生物原核生物中分離純化出來的一種酶。中分離純化出來的一種酶。40004000種。種。 （1 1）來源：）來源： （2 2）種類：）種類： （3 3）作用：）作用：（

6、4 4）結(jié)果：）結(jié)果： 形成兩種末端形成兩種末端黏性末端黏性末端平末端平末端1 1、限制性核酸內(nèi)切酶、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”（小結(jié)）（小結(jié)） 要想獲得某個(gè)目的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可要想獲得某個(gè)目的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？一個(gè)目的基因有幾個(gè)黏性末端？產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？一個(gè)目的基因有幾個(gè)黏性末端？要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端，兩個(gè)。要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端，兩個(gè)。 如果把兩種來源不同的如果把兩種來源不同的DNADNA用同一種限制酶來切割，會(huì)用同一種限制酶來切割，會(huì)怎樣呢？怎樣呢？ 會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端。會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端。 是不是把兩

7、者的黏性末端黏合起來，這樣就真的合成是不是把兩者的黏性末端黏合起來，這樣就真的合成 重組的重組的DNADNA分子了分子了? ? 實(shí)際還不夠?qū)嶋H還不夠, ,還需要還需要DNADNA連接酶進(jìn)行連接。連接酶進(jìn)行連接。思考題：思考題：1、種類：、種類：2、作用部位：、作用部位：Ecoli DNA連接酶連接酶（黏性末端）（黏性末端）T4 DNA連接酶連接酶 （黏性末端和平末端黏性末端和平末端）磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個(gè)重組的個(gè)重組的DNA分子就形

8、成了。分子就形成了。2 2、 DNADNA連接酶連接酶“分子縫合針分子縫合針”3 3、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”（1 1）運(yùn)載體的作用）運(yùn)載體的作用u作為運(yùn)載工具，將外源基因作為運(yùn)載工具，將外源基因( (抗蟲基因抗蟲基因) )轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞( (棉花細(xì)棉花細(xì)胞胞) )中去。中去。u利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞( (棉花細(xì)胞棉花細(xì)胞) )內(nèi)，對(duì)外源基因內(nèi)，對(duì)外源基因( (抗蟲基因抗蟲基因) )進(jìn)進(jìn)行大量復(fù)制。行大量復(fù)制。（隨載體的復(fù)制而復(fù)制）（隨載體的復(fù)制而復(fù)制）（2）作為運(yùn)載體必須具備的條件）作為運(yùn)載體必須具備的條件u 能

9、夠在宿主細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存。能夠在宿主細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存。u 具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。u 具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。u 必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體 細(xì)胞有害。細(xì)胞有害。u 大小應(yīng)適合，便于提取和操作大小應(yīng)適合，便于提取和操作（3）常用的運(yùn)載體）常用的運(yùn)載體 3 3、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”u細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒u噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物u動(dòng)植物病毒動(dòng)植物病毒注意：真正用作運(yùn)載體的質(zhì)粒都注意

10、：真正用作運(yùn)載體的質(zhì)粒都是人工改造過的。是人工改造過的。3 3、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” 最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的如四環(huán)素的標(biāo)記基因。標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。質(zhì)粒是質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌染色體（即擬核立于細(xì)菌染色體（即擬核DNADNA）之外，）之外，并且具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀并且具有自我復(fù)制能力

11、的雙鏈環(huán)狀DNADNA分子。分子。質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。（補(bǔ)充知識(shí)）基因的結(jié)構(gòu)（補(bǔ)充知識(shí)）基因的結(jié)構(gòu)1 1、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游 與與RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子啟動(dòng)子終止子終止子RNARNA聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。合。轉(zhuǎn)錄開始后，轉(zhuǎn)錄開始后，RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA分子移動(dòng)，并以分子移動(dòng)，并以DNADNA分子分子的一條鏈為模板合成的一條鏈為模板合成RN

12、ARNA。轉(zhuǎn)錄完畢后，轉(zhuǎn)錄完畢后，RNARNA鏈釋放出來，緊接著鏈釋放出來，緊接著RNARNA聚合酶也從聚合酶也從DNADNA模板鏈上脫落下來。模板鏈上脫落下來。原核原核細(xì)胞細(xì)胞的基的基因結(jié)因結(jié)構(gòu)構(gòu)能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使RNARNA，能編碼蛋白質(zhì)，能編碼蛋白質(zhì) 編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)不能轉(zhuǎn)錄為信使不能轉(zhuǎn)錄為信使RNARNA，不能編碼蛋白質(zhì)不能編碼蛋白質(zhì)。有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列，有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列，在該序列中，在該序列中，最重要的是位于編碼區(qū)最重要的是位于編碼區(qū)上游的上游的RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。啟動(dòng)子啟動(dòng)子2 2、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)、真核細(xì)

13、胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與與RNARNA聚合酶聚合酶結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 啟動(dòng)子啟動(dòng)子終止子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游 能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子 不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子內(nèi)含子：內(nèi)含子： 外顯子：外顯子： 真真核核細(xì)細(xì)胞胞的的 基基因因結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列有調(diào)控作用的核苷酸序列，包括位于編有調(diào)控作用的核苷酸序列，包括位于編

14、碼區(qū)上游的碼區(qū)上游的RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。非編碼序列：非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子 啟動(dòng)子與起始密碼啟動(dòng)子與起始密碼 二、基因工程基本操作的四個(gè)步驟二、基因工程基本操作的四個(gè)步驟目的基因的目的基因的獲取獲取基因表達(dá)載體的基因表達(dá)載體的構(gòu)建構(gòu)建將目的基因?qū)⒛康幕驅(qū)雽?dǎo)入受體細(xì)胞受體細(xì)胞目的基因的目的基因的檢測(cè)與鑒定檢測(cè)與鑒定（一）目的基因的獲?。ㄒ唬┠康幕虻墨@取1 1、目的基因主要是指、目的基因主要是指_編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因2 2、獲取目的基因的常用方法、獲取目的基因的常用方法（1 1）從基因文庫中獲取）從基因文庫中獲?。?

15、2）利用）利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增技術(shù)擴(kuò)增（3 3）人工合成）人工合成未知序列未知序列已知序列已知序列（1 1）從基因文庫中獲取目的基因：）從基因文庫中獲取目的基因：基因文庫基因文庫: : 將含有某種生物不同基因的許多將含有某種生物不同基因的許多DNADNA片段片段, ,導(dǎo)入導(dǎo)入受體菌受體菌的群體的群體中儲(chǔ)存中儲(chǔ)存, ,各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因因, ,稱為基因文庫稱為基因文庫(gene library)(gene library)基因組文庫基因組文庫: : 基因文庫中包含了一種基因文庫中包含了一種生物所有的基因生物所有的基因, ,這種基因文庫這

16、種基因文庫叫做基因組文庫叫做基因組文庫. .部分基因文庫部分基因文庫: : 基因文庫中包含了一種生物的基因文庫中包含了一種生物的一部分基因一部分基因, ,這種基因文這種基因文庫叫做部分基因文庫庫叫做部分基因文庫. .基因組文庫和部分基因組文庫基因組文庫和部分基因組文庫(cDNA文庫文庫)比較比較從基因文庫中提取目的基因的依據(jù)見從基因文庫中提取目的基因的依據(jù)見”世紀(jì)金榜世紀(jì)金榜” 第第 4 頁頁 概念：概念：PCRPCR全稱為全稱為_，是在生物，是在生物_復(fù)制復(fù)制_的核酸合成技術(shù)的核酸合成技術(shù) 條件：條件：_、 _、_ (_ (做啟動(dòng)子做啟動(dòng)子) )、 _ _ 等等 前提條件：前提條件： 。原理

17、：原理：_方式：以方式：以_方式擴(kuò)增，即方式擴(kuò)增，即_（n n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）結(jié)果：結(jié)果：多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外體外特定特定DNADNA片段片段DNADNA復(fù)制復(fù)制已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸一對(duì)引物一對(duì)引物TaqDNATaqDNA聚合酶聚合酶指數(shù)指數(shù)2 2n n使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬倍地?cái)U(kuò)增使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬倍地?cái)U(kuò)增(2)(2)利用利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增技術(shù)擴(kuò)增目的基因目的基因雙鏈的解開雙鏈的解開過程：過程：a a、DNADNA變性（變性（90-9690-96）：）：雙鏈雙鏈DNADNA模板在熱作

18、用下，模板在熱作用下，_斷裂，形成斷裂，形成_b b、退火（復(fù)性、退火（復(fù)性55-6055-60）：）：系統(tǒng)溫度降低，引物與系統(tǒng)溫度降低，引物與DNADNA模板結(jié)合，形成局部模板結(jié)合，形成局部_。 c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：）：在在TaqTaq酶的作用下，從引物的酶的作用下，從引物的55端端33端延伸，合成端延伸，合成與模板互補(bǔ)的與模板互補(bǔ)的_。 氫鍵氫鍵單鏈單鏈DNADNA雙鏈雙鏈DNADNA鏈鏈（3）人工合成）人工合成反轉(zhuǎn)錄法：反轉(zhuǎn)錄法： 以目的基因轉(zhuǎn)錄成的以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使信使RNARNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈互補(bǔ)的單鏈DNADNA，然后在酶，

19、然后在酶的作用下合成雙鏈的作用下合成雙鏈DNADNA，從，從而獲得所需的基因。而獲得所需的基因。目的基因的目的基因的mRNAmRNA雜交雙鏈雜交雙鏈( (單鏈單鏈RNA/RNA/單鏈單鏈DNA)DNA)單鏈單鏈DNADNA反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶DNADNA聚合酶聚合酶雙鏈雙鏈DNADNA( (目的基因目的基因) )（3）人工合成）人工合成根據(jù)已知的氨基酸序列合成根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNADNA法法 ： 根據(jù)已知蛋白質(zhì)的根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)出相氨基酸序列，推測(cè)出相應(yīng)的信使應(yīng)的信使RNARNA序列，然序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測(cè)出它的結(jié)構(gòu)基則，推測(cè)出它的結(jié)構(gòu)基

20、因的核苷酸序列，再通因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法，以過化學(xué)方法，以單核苷單核苷酸酸為原料合成目的基因。為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)的氨基酸序列蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列推測(cè)推測(cè)推測(cè)推測(cè)目的基因目的基因化學(xué)合成化學(xué)合成1.1.用一定的用一定的_切割切割 質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切 口，露出口，露出_。2.2.用用_切斷目切斷目 的基因，使其產(chǎn)生的基因，使其產(chǎn)生_ _ _。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建 核心核心3.3.將切下的目的基因片段插入將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的質(zhì)粒的_處，再加入適量處，

21、再加入適量_，形成了一個(gè)重組，形成了一個(gè)重組 DNADNA分子（重組質(zhì)粒）分子（重組質(zhì)粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一種限制酶同一種限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA連接酶連接酶相同相同質(zhì)粒質(zhì)粒DNADNA分子分子一個(gè)切口一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端兩個(gè)黏性末端兩個(gè)切口兩個(gè)切口獲得目的基因獲得目的基因DNADNA連接酶連接酶重組重組DNADNA分子（重組質(zhì)粒）分子（重組質(zhì)粒）限制酶處理限制酶處理同一種同一種4.4.過程過程: :（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建 核心核心5.5.基因表達(dá)載體的組成：基因表達(dá)載體的組成：復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)+ +目的基因目的基因+ +啟動(dòng)子啟動(dòng)

22、子+ +終止子終止子+ +標(biāo)記基因標(biāo)記基因（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建 核心核心啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)子：位于基因的首端的一段特殊位于基因的首端的一段特殊的的DNA片斷，它是片斷，它是RNA聚合酶識(shí)別和聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出錄出mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)，最終獲得蛋白質(zhì)終止子：終止子：位于基因的尾端的一段特殊位于基因的尾端的一段特殊的的DNADNA片斷，能終止片斷，能終止mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄標(biāo)記基因標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將有目的中是否含有目的基因，從而將有目的基因

23、的細(xì)胞篩選出來基因的細(xì)胞篩選出來( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 方法方法將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)胫参锛?xì)胞植物細(xì)胞將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)雱?dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞將目的基因?qū)雽⒛康幕驅(qū)胛⑸锛?xì)胞微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法顯微注射法顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞目的基因進(jìn)入目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在受體細(xì)內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持胞內(nèi)維持_和和_的過程的過程受體細(xì)胞受體細(xì)胞穩(wěn)定穩(wěn)定表達(dá)表達(dá)( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1 1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法：、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的

24、方法： 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（1 1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法農(nóng)桿菌介紹農(nóng)桿菌介紹:Ti質(zhì)粒上有質(zhì)粒上有T-DNA,稱為可轉(zhuǎn)移的稱為可轉(zhuǎn)移的DNA,它可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)它可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞胞,并整合到受體細(xì)并整合到受體細(xì)胞染色體胞染色體DNA上上.2 2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞( (受精卵受精卵) )顯微注射法顯微注射法 -世界上第一例世界上第一例“超級(jí)小鼠超級(jí)小鼠”的成功的成功設(shè)備設(shè)備: :顯微注射儀顯微注射儀3 3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞原

25、核生物的特點(diǎn)：原核生物的特點(diǎn)：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等過程：過程：用用Ca2+ 處理細(xì)胞處理細(xì)胞,以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性,使細(xì)胞處于一種使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)分子的生理狀態(tài),這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞.是將是將重組表達(dá)載體重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合,在在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNADNA分子分子, ,完成轉(zhuǎn)化過程完成轉(zhuǎn)化過程. .目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)

26、制目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌繁殖的速度，由于細(xì)菌繁殖的速度非?？欤诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。非常快，在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。( (四四) )目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的檢測(cè)與鑒定檢查是否成功檢查是否成功DNADNA分子雜交示意圖分子雜交示意圖 采用一定的技術(shù)手段，將兩種生物的采用一定的技術(shù)手段，將兩種生物的DNADNA分子的單分子的單鏈放在一起，如果這兩個(gè)單鏈具有互補(bǔ)的堿基序列，鏈放在一起，如果這兩個(gè)單鏈具有互補(bǔ)的堿基序列，那么，互補(bǔ)的堿基序列就會(huì)結(jié)合在一起，形成雜合雙那么，互補(bǔ)的堿基序列就會(huì)結(jié)合在一起，形成雜合雙鏈區(qū)；在沒有互補(bǔ)堿基序列的部位，

27、仍然是兩條游離鏈區(qū)；在沒有互補(bǔ)堿基序列的部位，仍然是兩條游離的單鏈。的單鏈。 ( (四四) )目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的檢測(cè)與鑒定檢查是否成功檢查是否成功檢測(cè)檢測(cè)鑒定鑒定檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNADNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAmRNA檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等過程過程:A.首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNAB.用含目的基因的用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作標(biāo)記片段用放射性同

28、位素等作標(biāo)記,以此做探針以此做探針C.使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交,若顯示出雜交帶若顯示出雜交帶,表明染色體已插入染色體表明染色體已插入染色體DNA中中方法方法: : DNADNA分子雜交分子雜交方法方法: : 分分 子子 雜雜 交交方法方法: : 抗原抗體雜交抗原抗體雜交過程過程:用上述探針和轉(zhuǎn)基因生物的用上述探針和轉(zhuǎn)基因生物的mRNA雜交雜交,若出現(xiàn)雜若出現(xiàn)雜交帶交帶,表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了Mrna.三、基因工程的應(yīng)用三、基因工程的應(yīng)用1 1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物方法：方法： 從某些生物中分離出具有殺蟲活性的從某些生物中分離出具有

29、殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入農(nóng)作物中，使其具有基因，將其導(dǎo)入農(nóng)作物中，使其具有抗蟲性抗蟲性BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等素基因等（一）植物基因工程碩果累累（一）植物基因工程碩果累累2、抗病轉(zhuǎn)基因生物、抗病轉(zhuǎn)基因生物目的基因包括：目的基因包括：病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因、抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中的有病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因、抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中的有幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因3 3、抗逆轉(zhuǎn)基因作物、抗逆轉(zhuǎn)基因作物4 4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的

30、品質(zhì)方法：方法：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性。改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性。1 1、用于提高動(dòng)物生長速度、用于提高動(dòng)物生長速度2 2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)目的基因：目的基因：生長激素基因生長激素基因（二）動(dòng)物基因工程前景廣闊（二）動(dòng)物基因工程前景廣闊舉例舉例:將將腸乳糖酶基因腸乳糖酶基因?qū)雽?dǎo)入奶?；蚪M奶牛基因組，獲得轉(zhuǎn)基因牛，其他營養(yǎng)，獲得轉(zhuǎn)基因牛，其他營養(yǎng)不變的情況下，乳糖含量大大降低。不變的情況下，乳糖含量大大降低。3 3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物、

31、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物-動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器獲取目的基因獲取目的基因（例如血清蛋白基因）（例如血清蛋白基因）構(gòu)建基因表達(dá)載體構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子）加特異表達(dá)的啟動(dòng)子）顯微注射導(dǎo)入哺乳顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中動(dòng)物受精卵中形成胚胎形成胚胎將胚胎送入母體動(dòng)物將胚胎送入母體動(dòng)物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）的基因才能表達(dá)）4、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體供體動(dòng)物：供體動(dòng)物：存在的難題：存在的難題：解決方法：解決方法：

32、豬豬免疫排斥免疫排斥將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。隆豬器官。（三）、基因工程藥品異軍突起（三）、基因工程藥品異軍突起工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。胞株系。我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品：白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素-2、干擾素、乙肝疫苗等、干擾素、乙肝疫苗等（四）基因

33、診斷和基因治療（四）基因診斷和基因治療基因診斷基因診斷定義：基因診斷是用放射性同位素定義：基因診斷是用放射性同位素( (如如3232P)P)、熒光分子等、熒光分子等標(biāo)記的標(biāo)記的DNADNA分子做探針，利用分子做探針，利用DNADNA分子雜交原理，鑒定被檢分子雜交原理，鑒定被檢測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。 生物芯片生物芯片 從正常人的基因組中分離出從正常人的基因組中分離出DNA與與DNA芯片雜交就可以得出芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與與DNA芯片雜交就可芯片雜交就可以得出病變圖譜。以得

34、出病變圖譜。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。信息。 基因芯片診斷技術(shù)以其基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。 1、體外基因治療：、體外基因治療：2、體內(nèi)基因治療：、體內(nèi)基因治療：從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。最后重新輸入患者體內(nèi)。

35、直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。病方法。用于基因治療的基因種類用于基因治療的基因種類A.A.從健康人體上分離得到的從健康人體上分離得到的功能正常的基因功能正常的基因，用以取代病變基因，用以取代病變基因，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物?；蛞揽科浔磉_(dá)產(chǎn)物。B.B.反義基因。反義基因。即通過產(chǎn)生的即通過產(chǎn)生的mRNAmRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNAmRNA進(jìn)行進(jìn)行互補(bǔ)互補(bǔ)，來阻斷蛋白質(zhì)合成。，來阻斷蛋白質(zhì)合成。C.C.編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因，又叫做編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因，又叫做自殺基因。自殺基因。（四）基因診斷和基因治療（四）

36、基因診斷和基因治療基因治療基因治療1 1、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè) 基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。的病毒、細(xì)菌等污染。 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分靈敏地反能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。2 2、環(huán)境污染治理、環(huán)境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。染環(huán)境的物質(zhì)。（五）基因工程與環(huán)境保

37、護(hù)（五）基因工程與環(huán)境保護(hù)四、蛋白質(zhì)工程四、蛋白質(zhì)工程(一一)蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)工程崛起的緣由、基因工程、基因工程（）基因工程的實(shí)質(zhì)：（）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的將一種生物的基因基因轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本身不能，使后者產(chǎn)生本身不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出新的性狀。產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出新的性狀。（）基因工程的不足：（）基因工程的不足：在原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)。在原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)。、天然蛋白質(zhì)的不足、天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不

38、一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會(huì)有很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會(huì)有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)

39、生大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題。產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：1、延長酶的半衰期、延長酶的半衰期2、提高酶的熱穩(wěn)定性、提高酶的熱穩(wěn)定性3、延長藥用蛋白的保存期、延長藥用蛋白的保存期4、抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。、抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。（二）蛋白質(zhì)工程的概念（二）蛋白質(zhì)工程的概念通過通過物理化學(xué)與生物化學(xué)物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能能，并，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組

40、技術(shù)技術(shù)改造基因，以改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。其中不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。其中基因工程是關(guān)鍵技術(shù)，因此基因工程是關(guān)鍵技術(shù)，因此蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程?；A(chǔ)基礎(chǔ):以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)基礎(chǔ)手段手段:基因修飾或基因合成：基因修飾或基因合成：借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組技術(shù)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組技術(shù)目的目的:對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋

41、白質(zhì),以滿足人類生以滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。產(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1 1）從生物體中分離純化）從生物體中分離純化目的蛋白；目的蛋白；（2 2）測(cè)定其氨基酸序列測(cè)定其氨基酸序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu); ;（4 4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響；折疊等對(duì)其活性與功能的影響；（5 5）設(shè)計(jì)編碼

42、該蛋白的）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案基因改造方案，如點(diǎn)突變；，如點(diǎn)突變；（6 6）分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。后投入實(shí)際使用。一級(jí)結(jié)構(gòu)(二二)蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，專指多肽鏈蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，專指多肽鏈中氨基酸（殘基）的排列的序列中氨基酸（殘基）的排列的序列（sequence）。）。二級(jí)結(jié)構(gòu)(二二)蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(二二)蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理、蛋白質(zhì)工程的原理、蛋白質(zhì)工程的原理（1）了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)）了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)方法：自動(dòng)化測(cè)序快速測(cè)定方法：自動(dòng)化測(cè)序快

43、速測(cè)定大量蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)用大量蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)用射線晶射線晶體衍射法體衍射法測(cè)定三維空間結(jié)構(gòu)，用測(cè)定三維空間結(jié)構(gòu)，用核磁共振法核磁共振法了解其構(gòu)象。了解其構(gòu)象。 （2）改造類型）改造類型 ：大改、中改和小改。：大改、中改和小改。大改：大改：根據(jù)氨基酸性質(zhì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造出自然界不存在的根據(jù)氨基酸性質(zhì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造出自然界不存在的全新全新蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，使之具有特定的氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能。，使之具有特定的氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能。中改：中改：是指蛋白質(zhì)分子中替代是指蛋白質(zhì)分子中替代某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。小改：小改：通過基因工程中

44、的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)的性通過基因工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。（定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)的核心技術(shù)之一。）質(zhì)和功能。（定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)的核心技術(shù)之一。）(二二)蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解(蘇教版蘇教版)項(xiàng)目項(xiàng)目內(nèi)容內(nèi)容條條件件原料原料酶酶引物引物能量能量 操作方法操作方法 法法結(jié)果結(jié)果適應(yīng)范圍適應(yīng)范圍后代中半數(shù)為誘變的分子后代中半數(shù)為誘變的分子脫氧核苷酸脫氧核苷酸聚合酶和連接酶聚合酶和連接酶含突變順序的分子片段含突變順序的分子片段空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)思考：基因定點(diǎn)

45、誘變技術(shù)與基因突變的比較思考：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較比較比較基因定點(diǎn)誘變基因定點(diǎn)誘變基因突變基因突變相相同同點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生的發(fā)生的過程過程結(jié)果結(jié)果不不同同點(diǎn)點(diǎn)場(chǎng)所場(chǎng)所手段手段方向方向DNA復(fù)制過程中復(fù)制過程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體外生物體內(nèi)生物體內(nèi)定向改造定向改造不定向性不定向性PCR技術(shù)技術(shù)物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法、蛋白質(zhì)工程原理、蛋白質(zhì)工程原理（）原理：由預(yù)期的（）原理：由預(yù)期的找到相應(yīng)找到相應(yīng)序列序列蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能脫氧核苷酸脫氧核苷酸基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)

46、的蛋白質(zhì)行使生物功能鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能天然蛋白質(zhì)的合成途徑：天然蛋白質(zhì)的合成途徑：蛋白質(zhì)工程的途徑：蛋白質(zhì)工程的途徑：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸酸序列酸序列酸天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利氨基酸

47、殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。 科學(xué)家積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面科學(xué)家積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面,如用蛋質(zhì)如用蛋質(zhì)工程制成電子元件具有體積小、耗能少和效率高的特點(diǎn)。工程制成電子元件具有體積小、耗能少和效率高的特點(diǎn)。鼠鼠人嵌合抗體可以防止機(jī)體高度過敏。人嵌合抗體可以防止機(jī)體高度過敏。 tPA（纖維蛋白溶解酶原激活因子）：用于溶解血栓塊，醫(yī)（纖維蛋白溶解酶原激活因子）：用于溶解血栓塊，醫(yī)療心肌梗死等

48、。用蛋白質(zhì)工程將天門冬酰胺改為谷氨酰胺后，療心肌梗死等。用蛋白質(zhì)工程將天門冬酰胺改為谷氨酰胺后， tPA在血液中的停留時(shí)間大大加長。在血液中的停留時(shí)間大大加長。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當(dāng)于天然，只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會(huì)這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)在。為什么會(huì)這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸（第個(gè)半胱氨酸（第17位、位、31位和位和141位），推測(cè)可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨位），推測(cè)可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的位的半胱氨酸，通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)半胱氨酸，通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提干擾素的抗病性活性提高到高到108 U/mg，并且比天然，并且比天然-干擾