基因工程一轮复习(上课用)课件

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1、基因工程专题复习基因工程专题复习高考考试说明要求高考考试说明要求基因工程基因工程的基本原理与技术： 工具酶的主要类型、特性及作用 操作步骤 应用与前景 知识结构知识结构重组重组DNA技术的发展史技术的发展史（课本）（课本）思考：思考：1、什么是基因？其载体是什么？、什么是基因？其载体是什么？2、遗传信息指的是？、遗传信息指的是？“遗传效应遗传效应”指指的是？的是？3、不同生物的基因为什么能拼接？真、不同生物的基因为什么能拼接？真、原核细胞的基因结构是怎样的？原核细胞的基因结构是怎样的？4、真、原核细胞的基因在进行表达时、真、原核细胞的基因在进行表达时有何异同？有何异同？你能用简短的语言表述一下

2、以下名词之间你能用简短的语言表述一下以下名词之间的关系吗的关系吗? ?基因基因 DNA DNA 染色体染色体基因基因a基因基因b基因基因f基因基因c基因基因d基因基因e 基因的遗传效应基因的遗传效应是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功能。是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功能。 原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构能转录能转录编码区编码区不能转录不能转录非编码区非编码区不能转录不能转录非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点转录转录调控调控调控调控上游上游下游下游mRNAmRNA翻译翻译蛋白质蛋白质性状性状RNARNA聚合酶聚合酶识别转录位点识别转录位点催化催化

3、DNADNA转录为转录为RNARNA实例：鸡卵清蛋白实例：鸡卵清蛋白mRNA与与DNA 杂交实验杂交实验 与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点外显子外显子内含子内含子12345编码区下游编码区下游编码区下游编码区下游非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区转录转录前体前体mRNAmRNA加工加工成熟成熟mRNAmRNA翻译翻译肽链肽链真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构典型的原核细胞基因结构示意图典型的原核细胞基因结构示意图典型的真核细胞基因结构示意图典型的真核细胞基因结构示意图不间断、连续的不间断、连续的间隔、不连续的间隔、不连续的你能说出基因控制蛋白质的合成，包你能说出基因控制

4、蛋白质的合成，包括几个步骤吗？如何形象的记住它？括几个步骤吗？如何形象的记住它？遗传信息的表达遗传信息的表达（基因控制蛋白质的合成），（基因控制蛋白质的合成），包括包括转录和翻译转录和翻译。1、转录：、转录：在细胞在细胞核内以核内以DNA的一的一条链为模板，按条链为模板，按照碱基互补配对照碱基互补配对原则合成原则合成mRNA的过程。的过程。2、翻译：、翻译：在核糖体在核糖体上以上以mRNA为模板为模板以以tRNA为运载工具为运载工具合成具有一定氨基合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的酸顺序的蛋白质的过程。过程。思考：思考：5、基因工程是什么？其基本原理是？、基因工程是什么？其基本原理是？6、基因工

5、程的基本工具有？这些工具、基因工程的基本工具有？这些工具分别具有什么作用和特点（特性）？分别具有什么作用和特点（特性）？7、以、以“抗虫棉的培育抗虫棉的培育”或或“胰岛素的胰岛素的生产生产”为例，能否简述出基因工程的为例，能否简述出基因工程的基本操作步骤？基本操作步骤？8、基因工程的应用及成功实例有？、基因工程的应用及成功实例有？基因工程的概念基因工程的概念（课本）（课本）（课本）（课本）基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程实质实质结果结果基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平

6、分子水平获得人类需要的基因产物获得人类需要的基因产物获获 构构 导导 检检基因重组基因重组一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶 “分子手术刀分子手术刀”作作用用与与甲甲基基化化酶酶共共同同构构成成细细菌菌的的限限制制修修饰饰系统，限制外源系统，限制外源DNA， 保护自身保护自身DNA。识别双链识别双链识别双链识别双链DNA DNA 分子的某种分子的某种分子的某种分子的某种特定的核苷酸特定的核苷酸特定的核苷酸特定的核苷酸序列序列序列序列，并且使每一条链中，并且使每一条链中，并且使每一条链中，并且使每一条链中特定部位特定部位特定部位特定部位的两的两的两的两个核苷酸之间的个核苷酸之间的个核苷酸之

7、间的个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。断开。断开。微生物微生物微生物微生物数千种数千种 1、来源：、来源： 2、种类：、种类：3、作用：、作用：4、结果：、结果：形成黏性末端形成黏性末端形成黏性末端形成黏性末端（有的也可形成平末端）（有的也可形成平末端）（有的也可形成平末端）（有的也可形成平末端）P270P270特异性特异性限制性内切酶及其缓冲液限制性内切酶及其缓冲液要想获得某个特定性状的基因必须要要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个

8、黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种用同一种限制酶来切割，会怎样呢？限制酶来切割，会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就可以合成起来，就可以合成重组的重组的DNADNA分子分子了。了。思考DNA片段怎么连接起来？片段怎么连接起来？二、二、DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针” DNADNA双链分子上相邻双链分子上相邻3 3羟基和羟基和5 5磷酸基团共价磷酸基团共价结合，形成结合，形成3 3-5-5磷酸二酯键，使原来断开的磷酸二酯键，使原来断开的缺口重新连接起来。缺口重新连接起来

9、。注：连接注：连接磷酸二酯键，不是磷酸二酯键，不是氢键氢键DNA连接酶的连接酶的作用示意图作用示意图DNA聚合酶的聚合酶的作用示意图作用示意图DNA连接酶和连接酶和DNA聚合酶的比较聚合酶的比较根据酶的来源不同，分为两类根据酶的来源不同，分为两类P269外源基因外源基因(如胰岛素基因如胰岛素基因)怎样才能导入受体怎样才能导入受体细胞细胞(如大肠杆菌如大肠杆菌)？导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具载体载体。三、载体三、载体“分子运输车分子运输车”作为载体具备条件？P271常见的载体有哪些？常见的载体有哪些？P269基因表达载体需要哪些基因表达载体需要哪些构成？构成？练习：练习：P271命题

10、突破命题突破基因工程流程图1 1、获取目的基因、获取目的基因基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤从从基因文库基因文库中获取目的基因（限制酶切取）中获取目的基因（限制酶切取）目的基因目的基因序列序列未知未知 化学方法化学方法合成合成 目的基因目的基因人工合成人工合成 聚合酶链式反应扩增聚合酶链式反应扩增（PCRPCR） 目的基因目的基因目的基因目的基因序列序列已知已知利用利用利用利用DNADNA合成仪合成仪合成仪合成仪反转录法反转录法反转录法反转录法根据已知的氨基根据已知的氨基根据已知的氨基根据已知的氨基酸序列合成酸序列合成酸序列合成酸序列合成DNADNA基因文库基因文库：将含有某种生物

11、不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNADNA导入到导入到适当的宿主细胞中，通过细胞增殖构成各个适当的宿主细胞中，通过细胞增殖构成各个DNADNA片段的克片段的克隆，这一组克隆的总体就被称为某种生物的基因文库。隆，这一组克隆的总体就被称为某种生物的基因文库。基因组文库基因组文库：包含该：包含该生物的生物的所有基因所有基因。cDNA文库文库：包含该：包含该生物的生物的部分基因部分基因。一般针对原核生物而建立一般针对原核生物而建立一般针对真核生物部分一般针对真核生物部分基因的编码区而建立基因的编码区而建立许多许多DNADNA片段片段重组重组DNADNA分子分子限制酶限制酶 切割切割 用用D

12、NA DNA 连接酶连接酶 将将DNA DNA 片段片段 与与载体载体 连接连接受体细胞受体细胞导导 入入供体细胞中的供体细胞中的DNADNA通过对受体菌的培养而储存基因通过对受体菌的培养而储存基因增增 殖殖多个克隆多个克隆基因组文库的构建基因组文库的构建（1 1）基因文库的构建方法）基因文库的构建方法mRNAmRNA单链单链DNADNA逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNADNA（cDNAcDNA）用用DNADNA连接酶连接酶与载体连接与载体连接重组体重组体导入导入受体细胞受体细胞筛选筛选含重组体的含重组体的 受体细胞受体细胞 （转基因细胞转基因细胞）多个多个克隆克隆增殖增殖

13、（1 1）基因文库的构建方法）基因文库的构建方法 cDNA cDNA文库的构建方法文库的构建方法DNA合成仪合成仪* 人工合成法获取目的基因人工合成法获取目的基因由已知氨基酸序列推测可能的由已知氨基酸序列推测可能的由已知氨基酸序列推测可能的由已知氨基酸序列推测可能的DNADNADNADNA序列序列序列序列利用利用PCR技术扩增目的基因：技术扩增目的基因：P7课外读课外读 聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCRPCR），在生物体外复制），在生物体外复制特定特定DNADNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。目的基因。循环循环变性变性退火退火延伸延伸目的基

14、因目的基因的扩增呈的扩增呈指数指数形式形式扩增扩增（2n）利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 概念：概念：PCRPCR全称为全称为_，是一项，是一项 在生物在生物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 前提条件：前提条件：_、_、_、_。原理：原理：_方式：以方式：以_方式扩增，即方式扩增，即_（n n为扩增循为扩增循 环的次数）环的次数）结果：结果：聚合酶链式反应聚合酶链式反应体外体外特定特定DNADNA片段片段DNADNA复制复制已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸一对引物一对引物DNADNA聚合酶聚合酶指数指数2 2n n使目的基因的片

15、段在短时间内成百万倍地扩增使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增关于关于PCRPCR技术技术过程：过程：a a、DNADNA变性（变性（90-9590-95）：双链）：双链DNADNA模板模板 在热作用下，在热作用下，_断裂，形成断裂，形成_b b、退火（、退火（复性复性55-6555-65）：系统温度降低，引）：系统温度降低，引 物与物与DNADNA模板结合，形成局部模板结合，形成局部_。 c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶的作用下，从酶的作用下，从 引物的引物的55端端33端端延伸，合成与模板互补延伸，合成与模板互补 的的_。 氢键氢键单链单链DNADN

16、A双链双链DNADNA链链a a、高温变性、高温变性b b、低温退火、低温退火c c、中温延伸、中温延伸2 2、基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的基因工程的核心核心质粒质粒目的基因所在目的基因所在的的DNADNA分子分子限制性核酸内限制性核酸内切酶切酶处理处理两个切口两个切口获得具获得具相同相同黏性黏性末端的末端的目的基因目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同一种同一种一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤DNA分子的体外重组：分子的体外重组：指外源指外源DNA分子在体分子在体外的共价连接

17、。外的共价连接。催化这一反应是催化这一反应是DNA连接酶。连接酶。载体载体限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶T4 DNA连接酶连接酶15C重组运载体重组运载体运载体自连运载体自连目的基因自连目的基因自连AATTC G目的基因目的基因AATTC GGCTTAAGCTTAAGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG思考：形成的重组思考：形成的重组DNADNA分子中，由分子中，由2个个DNA片段之片段之间连接形成的产物有哪些种类？间连接形成的产物有哪些种类？ 体外重组形成体外重组形成DNA分子是否就分子是否就一定可以表达目的基因？一定可以表达目的基因？基因表达载体的构建基因表达载

18、体的构建基因工程的基因工程的核心核心受体细胞不同；受体细胞不同；目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞方法不同方法不同目的：目的：使目的基因在受体细胞中稳定使目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传给下一代，使目的基因存在，并遗传给下一代，使目的基因表达和发挥作用。表达和发挥作用。表达载体的组成：表达载体的组成：目的基因、启动子目的基因、启动子终止子、标记基因终止子、标记基因表达载体表达载体不同不同3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞常用的受体细胞：常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。

19、将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤1 1）将目的基因导入）将目的基因导入植物细胞植物细胞（1）农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法主要侵染双子叶植物主要侵染双子叶植物转化：转化：目的基因进入目的基因进入_内，并且内，并且在受体细胞内维持在受体细胞内维持_和和_的的过程过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达（2）基基 因因 枪枪 法法花粉管通道法花粉管通道法金粉或铅粉金粉或铅粉高压氦气高压氦气300600米米/秒秒穿过细胞穿过细胞整合整合核叶绿体

20、线粒体核叶绿体线粒体常用于常用于单子叶植物单子叶植物（3）花粉管通道法花粉管通道法2 2）将目的基因导入）将目的基因导入动物细胞动物细胞显微注射技术显微注射技术提纯基因表达载体提纯基因表达载体（重组（重组DNA）冲卵（受精卵），并于冲卵（受精卵），并于体外显微注射入受精卵体外显微注射入受精卵早期胚胎培养早期胚胎培养新性状动物新性状动物例例：从从转转基基因因羊羊的的羊羊奶奶中中提提取取出出治治疗疗心心脏脏病病的的药药物物tPAtPA。同同样样方方法法可可获获得得疫苗、生长激素等。疫苗、生长激素等。3 3）将目的基因导入）将目的基因导入微生物细胞微生物细胞如：以如：以大肠杆菌大肠杆菌作为受体细胞作

21、为受体细胞（1）原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传）原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少物质少（2）方法：）方法：用用Ca2+处理受体细胞（处理受体细胞（增加细菌增加细菌细胞壁的细胞壁的通透性）通透性） 感受态细胞（感受态细胞（处于一种能够处于一种能够吸收周围环境中吸收周围环境中DNA分子的理想状态分子的理想状态） 表达载体与感受态细胞混合表达载体与感受态细胞混合 感受态感受态细胞吸收细胞吸收DNA分子分子Ca2处理理细胞胞感受感受态细胞胞重重组表达表达载体与体与感受感受态细胞混合胞混合感受感受态细胞吸胞吸收收DNA分子分子将含有目的基因将含有目的基因的表达的表达载体提体提纯取卵取卵(受精

22、卵受精卵)显微注射微注射受精卵受精卵发育育获得具有新性状的得具有新性状的动物物将目的基因插入将目的基因插入到到Ti质粒的粒的TDNA上上农杆杆菌菌导入植物入植物细胞胞整合到受体整合到受体细胞的染色体胞的染色体DNA上上表达表达转化化过程程原核原核细胞胞受精卵受精卵体体细胞胞受体受体细胞胞感受感受态细胞法胞法显微注射技微注射技术农杆菌杆菌转化法化法常用方法常用方法微生物微生物细胞胞动物物细胞胞植物植物细胞胞生物种生物种类基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累 转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主

23、要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力抗逆能力抗逆能力抗逆能力, ,以及以及以及以及改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质和和和和利用植物生产药物利用植物生产药物利用植物生产药物利用植物生产药物等方面。等方面。等方面。等方面。基因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用1）高产、稳产和具优良品质的品种）高产、稳产和具优良品质的品种 用基因工程的方法可以改善粮食作物的用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如蛋白质含量。如“转基因高赖氨酸玉米转基因高赖氨酸玉米”植植株。株。 2）抗逆性品种）抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗将细菌

24、的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。基因抗虫棉。 1.1.转基因抗虫植物转基因抗虫植物2.2.转基因抗病毒植物转基因抗病毒植物3.3.其他转基因抗逆植物其他转基因抗逆植物 阅读课本阅读课本P910并回答，到目前为止，基因并回答，到目前为止，基因工程技术解决了哪些不同种生物之间的性工程技术解决了哪些不同种生物之间的性状重组问题状重组问题?转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马

25、铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆4.4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质提高观赏价值提高观赏价值二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物如转基因牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变如转基因牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛( (阿根廷阿根廷) )转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。就基因药物而言，最理想的表达场所

26、是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？ 是指把人或哺乳动物的某种基因导入到是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物哺乳动物( (如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪) )的的受精卵受精卵里，里，目的基因若与受精卵染色体目的基因若与受精卵染色体DNA整合整合，细胞，细胞分裂时，该分裂时，该基因基因随染色体的倍增而随染色体的倍增而倍增倍增，使，使每个细胞中都带有目的基因，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表性状得以表达达，并，并稳定地遗传稳定地遗传给后代，从而获得基因产给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。品。这样一种新的个体，称为转基因动物。 什么叫转基因动物？

27、什么叫转基因动物？ 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入乳汁不进入体内循环，不会影响体内循环，不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生理生理代谢反应代谢反应。 2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，产量高，易提纯易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修饰加蛋白质已经过充分的修饰加工工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。 3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产获得目的基因的产物的同时，物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢

28、？所呢？导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠超级超级动物动物运用基因工程技术，不但可以培养优质、运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动物。以培养出具有特殊用途的动物。4.4.用转基因的动物作器官移用转基因的动物作器官移植的供体植的供体5.5.基因工程药品异军突起基因工程药品异军突起导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？干扰素直接生物

29、体的哪些结构中提取？药品直接从生物的药品直接从生物的组织、细胞或血液组织、细胞或血液中提取。中提取。传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格十分昂贵价格十分昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？ 利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。基因工程胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，取，100Kg100Kg胰腺只能提

30、取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。其产量之低和价格之高可想而知。胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素分分分分子子子子结结结结构构构构将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛素！大规模工业化生胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了还使其价格降低了30%-50%!30%-50%!胰胰岛岛素素生生产产车车间间基因工程胰岛素基因工程干扰素干扰素治疗病毒感染简直是干扰素治疗病毒感染简直是“万能

31、灵药万能灵药”！过！过去从人血中提取，去从人血中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其！其“珍珍贵贵”程度自不用多说。程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构基因工程干扰素基因工程人干扰素-2b（安达芬） 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。其它基因工程药物其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工人造血液、白

32、细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用人类的健康水平发挥了重大的作用。人人人人造造造造血血血血液液液液及及及及其其其其生生生生产产产产 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激生长激

33、素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素基因工程药物基因工程药物基因诊断：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即，即在在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。的疾病进行诊断。 探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素( (如如3232P)P)、荧、荧光分子光分子等标记的等标记的

34、DNADNA分子；分子； 原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理；三三、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。 1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫镰刀状细胞贫血症血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿苯丙酮尿症症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的的DNADNA探针探针 白血病

35、白血病举例举例基因治疗基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。的细胞中，达到治疗疾病的目的。 取患者骨髓分离干细胞运载体正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内原理：原理：基因替换基因替换方法：体内基因治疗，体外基因治疗方法：体内基因治疗，体外基因治疗抽提DNA采集肿瘤病人血样分离培养肿瘤淋巴细胞基因1基因2肿瘤坏死因子基因重组肿瘤淋巴细胞导入肿瘤病人体内重组肿瘤淋巴细胞进入肿瘤表达肿瘤坏死因子以消灭肿瘤细胞病人痊愈重组基因治疗基因治疗 把把正常的基因正常的基因导入导入病人体内，病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，

36、使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病最有效的手段。疗遗传病最有效的手段。SCID的基因工程治疗重症联合免疫缺陷（重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称（简称ADA）的基因）的基因（ada）发生了突变。可以通）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。过基因工程的方法治疗。SCIDSCID患者生存在无菌环境中患者生

37、存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中基因治疗SCID的过程1990年第一例年第一例基因治疗试验基因治疗试验开始。开始。3年后患年后患者体内者体内50%的的T细胞合成了细胞合成了ADA，免疫功，免疫功能在一定程度能在一定程度上得到恢复。上得到恢复。体外基因治疗体外基因治疗用于基因治疗的基因种类用于基因治疗的基因种类1、用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表、用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。友病、地中海贫血病的治疗。2、反义基因。用、反义基因。用mRNA分子与病变的分子与病变的mRNA

38、分子进行互补，阻断蛋白质的合成。分子进行互补，阻断蛋白质的合成。3、自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白、自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。酶基因。四、基因工程与食品业四、基因工程与食品业基因工程为人类开辟基因工程为人类开辟新的食物来源新的食物来源。 1）鸡蛋白基因鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的要的卵清蛋白卵清蛋白。 2）用基因工程的方法）用基因工程的方法从微生物中获得从微生物中获得人们所需要的人们所需要的糖类、脂肪糖类、

39、脂肪和和维生素维生素等产品。等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为食品工业中提供了什么前景？五、基因工程与五、基因工程与环境监测环境监测基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。五、基因工程与环境监测五、基因工程与环境监测六、基因工程与环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境

40、的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的工程培育成功的工程培育成功的“ “超级细菌超级细菌超级细菌超级细菌” ”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDTDDTDDT等毒害物质。等毒害物

41、质。等毒害物质。等毒害物质。例：胰岛素的蛋白质工程例：胰岛素的蛋白质工程提出问题：提出问题：在正常人体内，胰岛素是以低水平连续在正常人体内，胰岛素是以低水平连续分泌的，因而正常人的血糖可以被严格调控。分泌的，因而正常人的血糖可以被严格调控。A AI I型糖尿病型糖尿病( (胰岛素缺乏型糖尿病胰岛素缺乏型糖尿病) )患者在注射胰患者在注射胰岛素后，在注射处胰岛素的溶解和吸收不理想；岛素后，在注射处胰岛素的溶解和吸收不理想；B B血液中的胰岛素会不断被分解，无法维持相对稳血液中的胰岛素会不断被分解，无法维持相对稳定的胰岛素浓度。定的胰岛素浓度。 目前目前I I型糖尿病患者需天天注射胰岛素型糖尿病患

42、者需天天注射胰岛素2 23 3次，次，这给患者带来了很大的痛苦和不便。因此糖尿病患这给患者带来了很大的痛苦和不便。因此糖尿病患者迫切希望能有口服的胰岛素。者迫切希望能有口服的胰岛素。分析原因：分析原因：注射的胰岛素分子可以聚合为二聚体或注射的胰岛素分子可以聚合为二聚体或六聚体，这些庞大的聚合体难以被吸收进入血液。六聚体，这些庞大的聚合体难以被吸收进入血液。讨论：讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。 某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖

43、氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（成或改造目的基因（DNA）？）？可以通过基因的可以通过基因的定点诱变技术定点诱变技术来改变的。来改变的。丙氨酸：（丙氨酸：（GCU、GCC、GCA、GCG） 色氨酸：（色氨酸：（UGG） 赖氨酸赖氨酸（AAA、AAG） 甲硫氨酸甲硫氨酸：（：（AUG） 苯丙氨酸苯丙氨酸：（：（UUU、UUC） 解决方法：解决方法：设计设计点突变点突变，能有效地使二聚体解聚为，能有效地使二聚体解聚为单体，它进入血液的速度比天然胰岛素提高了单体，它进入血液的速度比天然胰岛

44、素提高了3 3倍。倍。基因定点诱变技术的常用方法是基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。法。突变点：突变点：人工合成的引物上人工合成的引物上手段：手段： PCRPCR技术技术获得定点突变的基因获得定点突变的基因蛋白质工程的研究现状如何？蛋白质工程的研究现状如何？目的：目的：新问题：新问题：遗憾的是突变体遗憾的是突变体与受体的亲和力只有天然胰岛与受体的亲和力只有天然胰岛素的素的2020。因此这一改造未取。因此这一改造未取得完全的成功。得完全的成功。 阅读阅读教材教材P15再再例：酶的蛋白质工程例：酶的蛋白质工程提出问题：提出问题： 人们对洗衣粉的一个要求是能增白，另一个要人们对洗衣粉的一个要求是

45、能增白，另一个要求是能去污。普通洗衣粉中添加氧化剂就能起漂白求是能去污。普通洗衣粉中添加氧化剂就能起漂白作用，添加碱性蛋白酶就成了去污的洗衣粉。作用，添加碱性蛋白酶就成了去污的洗衣粉。 普通的蛋白酶害怕氧化剂，当氧化剂与酶混在普通的蛋白酶害怕氧化剂，当氧化剂与酶混在一起，酶的活性就会下降一起，酶的活性就会下降80%80%。 因此，人们希望改造蛋白酶，来提高蛋白酶的因此，人们希望改造蛋白酶，来提高蛋白酶的抗氧化能力。抗氧化能力。解决方法：解决方法： 采用点突变的方法，对天然酶中少数氨基酸残采用点突变的方法，对天然酶中少数氨基酸残基进行替换，可以使酶具有更强的催化活性，更宽基进行替换，可以使酶具有

46、更强的催化活性，更宽的适应范围和更高的实用价值。的适应范围和更高的实用价值。遗憾：遗憾： 此法对酶的高级结构基本没有改变，因而对酶此法对酶的高级结构基本没有改变，因而对酶功能的改造还是极为有限的。功能的改造还是极为有限的。1、基本概念：、基本概念： 即：通过即：通过修改基因修改基因来改变蛋白质分子中的氨来改变蛋白质分子中的氨基酸，从而基酸，从而制造出具有新特征的蛋白质制造出具有新特征的蛋白质。蛋白质工程蛋白质工程利用利用基因工程技术基因工程技术对天然蛋白质对天然蛋白质进行改造，以便获得具有进行改造，以便获得具有理想理想生生物学功能的物学功能的蛋白质蛋白质。（又被称（又被称为为第二代基因工程第二

47、代基因工程）2、蛋白质工程的基本原理、蛋白质工程的基本原理基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计 蛋白质的功能是蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制造出决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。程的原理应该是中心法则的逆推。蛋白质工程与基因工程的关系？蛋白质工程与基因工程的关系？比较项目比较项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质蛋白质实质实质应用现状应用现状相同点相同点合成合成

48、自然界不自然界不存在的存在的蛋白质蛋白质天然存在天然存在的的蛋白质蛋白质改造基因改造基因基因重组基因重组对现有蛋白质进行对现有蛋白质进行改造，对创造新的改造，对创造新的蛋白质还未成功蛋白质还未成功已被广泛应用已被广泛应用3、蛋白质工程与基因工程的异同、蛋白质工程与基因工程的异同两者都是两者都是分子水平分子水平的操作的操作4、实例：、实例： 提高提高T4溶菌酶的热稳定性溶菌酶的热稳定性热热有机溶剂有机溶剂非生理条件（如极端非生理条件（如极端pHpH等）等）稳定性稳定性条件：增加的二硫键不能干扰蛋白的正常功能条件：增加的二硫键不能干扰蛋白的正常功能点突变点突变异亮氨酸异亮氨酸（3）二二硫硫键键半胱氨酸半胱氨酸（3）半胱氨酸半胱氨酸（97）热稳定性热稳定性提高提高5、优点：有助于在一定程度上提高蛋白质的、优点：有助于在一定程度上提高蛋白质的稳定性、活性、产率稳定性、活性、产率