專題基因工程

1、專題基因工程第1頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日（一）基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切 拼接 導入 表達原理基因重組第2頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日限制性內(nèi)切酶1.特點：特異性，即識別特定核苷酸序列，在特定的切點切割。2.分布：主要在微生物中。3.結(jié)果： 產(chǎn)生黏性末端（堿基互補配對）或平末端 。4.舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。第3頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日DNA連接

2、酶的種類：根據(jù)酶的來源不同，可分為兩類：（1）E.coliDNA連接酶：只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連接起來（2）T4DNA連接酶：既可以連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端，又可以雙鏈DNA片段的平末端第4頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日運載體1.作用：2.條件：3.種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。4.質(zhì)粒的特點要讓一個從甲生物細胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進行表達，首先得將這個基因送到乙生物的細胞內(nèi)去。能將外源基因送入細胞的工具就是運載體。將外源基因送入受體細胞。 第5頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日作為運載體必須具備哪些條件？（二）基

3、因操作的工具1.能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2.具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3.具有某些標記基因，便于進行篩選。 如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應的基因等。第6頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日大腸桿菌的質(zhì)粒：（二）基因操作的工具 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，如四環(huán)素的標記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復制只能在宿主細胞內(nèi)成。第7頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日質(zhì)粒的特點1.細胞染色體（或擬核DNA分子）外能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子；2.質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響；3.質(zhì)粒的復制只

4、能在宿主細胞內(nèi)完成。第8頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 與RNA聚合酶結(jié)合位點啟動子終止子 RNA聚合酶能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點，并與其結(jié)合。補：原核細胞的基因結(jié)構(gòu)第9頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì)。：能轉(zhuǎn)錄相應的信使RNA，能 編碼蛋白質(zhì) 編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細胞的 基因結(jié)構(gòu)有調(diào)控遺傳信息表達的核 苷酸序列，在該序列中，最重要的是位于編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結(jié)合位點。第10頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚

5、合酶結(jié)合位點內(nèi)含子 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)含子啟動子終止子編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 內(nèi)含子： 外顯子： 補：真核細胞的基因結(jié)構(gòu)第11頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日真核細胞的 基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)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：有調(diào)控作用的核苷酸序列， 包括位于編碼區(qū)上游的RNA 聚合酶結(jié)合位點。非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子第12頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日原核細胞真核細胞不同點編碼區(qū)是_的編碼區(qū)是間隔的、_的相同點都由能夠編碼蛋白質(zhì)的_和具有調(diào)控作用的_區(qū)組成的原核細

6、胞與真核細胞的基因結(jié)構(gòu)比較編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核細胞與真核細胞基因結(jié)構(gòu)一樣長嗎？連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼思考:第13頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日一、目的基因的獲取1、目的基因主要是指:編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因2、獲取目的基因的常用方法有哪些?（1）從基因文庫中獲?。?）人工合成（3）利用PCR技術擴增第14頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日 將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入到受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫基因文庫 基因組文庫部分基因文庫（如:cDNA文庫）1.基因文庫(一)從基因文庫中獲取目的

7、基因第15頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日基因組DNA文庫限制性內(nèi)切酶基因組DNA基因重組轉(zhuǎn)化細菌體外包裝1)基因組文庫 (Genomic library) 是指將某種生物體的全部基因組DNA用限制性內(nèi)切酶或機械力量切割成一定長度范圍的DNA片段，再與合適的載體在體外重組并轉(zhuǎn)化相應的宿主細胞獲得的所有陽性菌落，這個群體就稱為該生物基因組文庫。其目的是分離有用的目的基因 和保存某種生物的全部基因。第16頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日2)cDNA文庫 (cDNA library) ：是指將某種生物體基因組轉(zhuǎn)錄的全部mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA片段

8、分別與克隆載體重組，儲存于某種受體菌中，該群體就稱該生物基因組的cDNA文庫。cDNA(complementary DNA，互補DNA)：是由生物的某一特定器官或特定發(fā)育時期細胞內(nèi)的mRNA經(jīng)體外反轉(zhuǎn)錄后形成的互補DNA。第17頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日cDNA文庫的構(gòu)建：基因重組反轉(zhuǎn)錄酶mRNAcDNA第18頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日 根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)

9、構(gòu)基因的核苷酸序列推測推測目的基因化學合成(二)人工方法合成目的基因第19頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日優(yōu)點缺點鳥槍法反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知氨基酸合成DNA法操作簡便廣泛使用工作量大，盲目，分離出來的有時并非一個基因?qū)Ｒ恍詮姴僮鬟^程麻煩，mRNA很不穩(wěn)定，要求的技術條件較高專一性最強僅限于合成核苷酸對較少的簡單基因思考: 為什么要構(gòu)建基因文庫?直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎?上述三種目的基因提取的方法有何優(yōu)缺點？第20頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日 概念：PCR全稱為_，是一項 在生物_復制_的核酸合成技術 原理：_方式：以_方式擴增，即_

10、（n為擴增循 環(huán)的次數(shù)）結(jié)果：使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增條件：_、 _、_ 、 _.前提條件： (三)利用PCR技術擴增目的基因聚合酶鏈式反應體外DNA復制已知基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸一對引物DNA聚合酶指數(shù)2n有一段以知目的基因的核苷酸序列特定DNA片段第21頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日過程：a、DNA變性（90-95）：雙鏈DNA模板 在熱作用下，_斷裂，形成_b、退火（復性55-65）：系統(tǒng)溫度降低，引 物與DNA模板結(jié)合，形成局部_。 c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，從 引物的5端3端延伸，合成與模板互補 的_。 氫鍵單鏈DN

11、A雙鏈DNA鏈第22頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日(三)利用PCR技術擴增目的基因第23頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日質(zhì)粒DNA分子限制酶處理一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種二、基因表達載體的構(gòu)建 核心第24頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日基因表達載體的組成：復制原點+目的基因+啟動子+終止子+標記基因第25頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日轉(zhuǎn)化 方法將目的基因?qū)胫参锛毎麑⒛康幕驅(qū)雱游锛毎麑⒛康幕驅(qū)胛⑸锛毎r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通

12、道法顯微注射法感受態(tài)細胞目的基因進入_內(nèi)，并且在 受體細胞內(nèi)維持_和_的過程受體細胞穩(wěn)定表達三、將目的基因?qū)胧荏w細胞第26頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日三、將目的基因?qū)胧荏w細胞第27頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日檢查是否成功檢測個體生物學水平鑒定：檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA 上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法方法方法DNA分子雜交分子雜交（注意與上不同之處）抗原-抗體雜交四、目的基因的檢測與鑒定第28頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日D

13、NA分子雜交示意圖 采用一定的技術手段，將兩種生物的DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個單鏈具有互補的堿基序列，那么，互補的堿基序列就會結(jié)合在一起，形成雜合雙鏈區(qū)；在沒有互補堿基序列的部位，仍然是兩條游離的單鏈。 P15思考與探究第29頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日四、基因工程的成果及發(fā)展2、醫(yī)藥衛(wèi)生：a、藥品生產(chǎn)b、基因診斷與治療我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物診斷原理：DNA分子雜交原理生產(chǎn)胰島素第30頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日1、農(nóng)牧業(yè)與食品工業(yè)生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄第31頁，共3

14、7頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日3、環(huán)境保護基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。第32頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍第33頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程：是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理：改造基因（基因修飾或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)第34頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日基因表達流程圖第35頁，共37頁，2022年，5月20日，1點55分，星期日蛋白質(zhì)工程流程圖從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預