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1、专题一专题一 基因工程基因工程1一、基因工程的概念一、基因工程的概念基因工程：按照人们的愿望，进行严格的设基因工程：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外计，并通过体外DNADNA重组和转基因技术，赋重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在基因工程是在DNADNA分子水平上设计和施工的，分子水平上设计和施工的，因此又叫因此又叫DNADNA重组技术重组技术对基因工程的概念理解对基因工程的概念理解1.1.供体：提供供体：提供_2.2.操作环境：操作环境
2、：_3.3.操作水平：操作水平：_4.4.原理：原理：_5.5.受体：表达目的基因受体：表达目的基因6.6.本质：性状在本质：性状在_体内表达体内表达7.7.优点：克服优点：克服_障碍，定向改造生物障碍，定向改造生物_目的基因目的基因体处体处分子水平分子水平基因重组基因重组受体受体远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和性状性状2一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具（1 1）来源：主要从）来源：主要从_生物中分离纯化出来。生物中分离纯化出来。（2 2）作用：识别特定的）作用：识别特定的_并切开相应两个核苷酸之并切开相应两个核苷酸之 间的间的_。（3 3）结果：产生）结果：产生_或平末端。或平末端。
3、原核原核核苷酸序列核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端1.1.限制性核酸内切酶（简称：限制酶）限制性核酸内切酶（简称：限制酶）32.DNA连接酶连接酶（1）种类：按来源可分为）种类：按来源可分为EcoliDNA连接酶和连接酶和T4DNA连接酶。连接酶。（2）作用：在两个核苷酸之间形成）作用：在两个核苷酸之间形成_以以连接连接_。磷酸二酯键磷酸二酯键两段两段DNA片段片段4G A A T T CGC T T A AA A T T CG限制酶切割分子示意图限制酶切割分子示意图 C T T A A G思考思考要想获得某要想获得某个特定性状的基个特定性状的基因必须要用限制因必须要用限制酶切几
4、个切口？酶切几个切口？可产生几个黏性可产生几个黏性末端？末端？两个切口，四两个切口，四个黏性末端。个黏性末端。一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具5作用：作用：具备的条件具备的条件种类：种类：将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。能在宿主细胞内复制并稳定地保存能在宿主细胞内复制并稳定地保存具有多个限制酶切点具有多个限制酶切点具有某些标记基因具有某些标记基因质粒、噬菌体和动植物病毒。质粒、噬菌体和动植物病毒。使用运载体的目的：使用运载体的目的：用它作为运载工具，将目的基因用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去。送到宿主细胞中去。一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具
5、、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体6质粒的特点质粒的特点1.1.1 1、质粒是基因工程中最常用的运载体；、质粒是基因工程中最常用的运载体；2.2.2 2、存在于许多细菌及酵母菌等生物中；、存在于许多细菌及酵母菌等生物中；3.3.3 3、细胞染色体外能自主复制的小型环状、细胞染色体外能自主复制的小型环状DNADNA分子；分子；4.4.4 4、最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；、最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；5.5.5 5、质粒的存在对宿主细胞无影响；、质粒的存在对宿主细胞无影响；6.6.6 6、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。 （）质粒上会存在某些标记基因
6、，标记基因有什么用途？（）质粒上会存在某些标记基因，标记基因有什么用途？ （）要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内（）要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种切酶和几种DNADNA连接酶处理？连接酶处理？思考思考一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具71 1、提取目的基因、提取目的基因取出取出取出取出DNADNADNADNA用限制酶用限制酶用限制酶用限制酶切断切断切断切断DNADNADNADNA目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目的基因有：目的基因有：目的基因有：目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、苏云金杆菌
7、抗虫基因、苏云金杆菌抗虫基因、苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。植物抗病基因等。植物抗病基因等。植物抗病基因等。(1)(1)目的基因的概念：目的基因的概念：人们需要的特定基因。人们需要的特定基因。三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序8（2 2）提取目的基因的途径）提取目的基因的途径提取目的基因的途径提取目的基因的途径人工合成基因（真核细胞）人工合成基因（真核细胞）反转录法反转录法 根据已知氨基酸
8、根据已知氨基酸序列合成序列合成DNADNA从供体细胞的从供体细胞的DNADNA中直接分离基因中直接分离基因 方法：鸟枪法方法：鸟枪法 三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序92 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序（1 1）由图可知载体的组成：）由图可知载体的组成：_、启动子、终止子、启动子、终止子、_ _ _。（2 2）构建目的：）构建目的： 使使_在在_中稳定存在，并且可以遗传给下一代；中稳定存在，并且可以遗传给下一代； 使使_能够表达和发挥作用。能够表达和发挥作用。目的基因目的基因标记标记基因基因目的基因目的基因
9、目的基因目的基因受体细胞受体细胞10载体载体( (质粒质粒) )同一种限制酶切割同一种限制酶切割带有黏性带有黏性末端切口末端切口带有相同黏性末端带有相同黏性末端的目的基因片段的目的基因片段重组重组DNA(DNA(环状重组质粒环状重组质粒) )DNADNA连接酶连接酶DNADNA分子分子( (含目的基因含目的基因) )2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合113 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞将目的基因导将目的基因导将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞入受体细胞入受体细胞将受体细胞将受体细胞将受体细胞将受体细胞进行扩增进行扩增进行扩增进行扩增三、基因工程的
10、基本操作程序三、基因工程的基本操作程序12（1 1）转化）转化: :目的基因进入受体细胞内目的基因进入受体细胞内, ,并且在受体细胞内维持并且在受体细胞内维持_的过程。的过程。（2 2）常用方法）常用方法 ： 导入植物细胞导入植物细胞:_:_、基因枪法、花粉管通、基因枪法、花粉管通 道法道法 导入动物细胞导入动物细胞:_:_ 导入微生物细胞导入微生物细胞: :感受态细胞法（或感受态细胞法（或CaCa2+2+处理法）处理法）稳定和表达稳定和表达农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术13生物种类生物种类植物植物动物动物微生物微生物常用方法常用方法受体细胞受体细胞转化过程转化过程农杆菌转化
11、法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术感受态细胞法感受态细胞法体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞将目的基因插入将目的基因插入到到TiTi质粒的质粒的T-T-DNADNA上上农杆菌农杆菌导入植物细胞导入植物细胞整合整合到受体细胞的到受体细胞的DNADNA上上表达表达将含有目的基将含有目的基因的表达载体因的表达载体提纯提纯取卵取卵( (受精卵受精卵)显显微注微注射射受精卵发受精卵发育育获得具有获得具有新性状的动物新性状的动物CaCa2+2+ 处理细处理细胞胞感受态细感受态细胞胞重组表达重组表达载体载体DNADNA分子分子与感受态细与感受态细胞混合胞混合感感受态细胞吸受态细胞吸收收DNADNA
12、分子分子144 4、目的基因的检测与表达、目的基因的检测与表达三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序（1 1）_目的基因的有无目的基因的有无（2 2）分子杂交技术）分子杂交技术_（3 3）_目的基因是否翻译目的基因是否翻译（4 4）生物性状的表达与否）生物性状的表达与否目的基因是否表达（个体水平）目的基因是否表达（个体水平）注：启动子、终止子与起始密码子、终止密码子不同：启动子、终注：启动子、终止子与起始密码子、终止密码子不同：启动子、终止子在止子在DNA DNA 上上, ,在遗传信息转录时起调控作用；而起始密码子、终止在遗传信息转录时起调控作用；而起始密码子、终止密码子在密码子
13、在mRNAmRNA上上, ,在翻译时起作用在翻译时起作用, ,决定翻译的开始和结束。决定翻译的开始和结束。 分分子子水水平平DNADNA分子杂交技术分子杂交技术目的基因是否转录目的基因是否转录抗原抗原抗体杂交抗体杂交15三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序16基因工程的基本内容 基因操作的基本步骤 基因操作的工具限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶运载体运载体运载体运载体目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达将
14、目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的提取目的基因的提取目的基因的提取目的基因的提取172DNADNA 质粒质粒细菌细胞细菌细胞DNADNA人体细胞人体细胞胰岛素基因胰岛素基因限制酶限制酶限制酶限制酶胰岛素胰岛素利用生物工程获得胰岛素利用生物工程获得胰岛素1四、基因工程的应用四、基因工程的应用181.1.转基因植物转基因植物类别类别应应 用用 实实 例例抗虫抗虫抗病抗病抗逆抗逆改良改良杀虫的基因主要有杀虫的基因主要有BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等酶抑制剂基因、植
15、物凝集素基因等抗病毒基因抗病毒基因: :病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因; ;抗真菌基因抗真菌基因: :几丁质酶基因和抗毒素合成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、抗除草剂基因除草剂基因转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%30%转基因延熟番茄储存时间可延长转基因延熟番茄储存时间可延长1 12 2个月个月转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异192.2.转基因动物转基因动物类别类别应应 用
16、用 实实 例例提高生提高生长速度长速度改善畜改善畜产品品质产品品质生产药物生产药物作器官移作器官移植的供体植的供体如转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长如转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长速率快、体型大速率快、体型大如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组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使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳汁中, ,乳糖的含量大大减低乳糖的含量大大减低, ,而其他营养成分不受影响而其他营养成分不受影响目前目前, ,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、生长激素和酶、
17、血清白蛋白、生长激素和- -抗胰蛋白酶等重要药品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, ,抑制抗抑制抗原决定基因的表达原决定基因的表达, ,或设法除去抗原决定基因或设法除去抗原决定基因, ,再结合克隆技再结合克隆技术术, ,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官203.3.基因工程药物基因工程药物（1 1）来源：转基因的）来源：转基因的_。（2 2）成果：）成果：_、抗体、抗体、_、激素等。、激素等。（3 3）作用：预防和治疗）作用：预防和治疗_、心血管疾病、心血管疾病、_、
18、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。4.4.基因治疗基因治疗（1 1）方法：把）方法：把_导入病人体内，使该基因的表达产物导入病人体内，使该基因的表达产物 发挥功能。发挥功能。（2 2）效果：治疗）效果：治疗_的最有效的手段。的最有效的手段。（3 3）分类：）分类：_基因治疗和基因治疗和_基因治疗。基因治疗。工程菌工程菌细胞因子细胞因子人类肿瘤人类肿瘤遗传病遗传病正常基因正常基因遗传病遗传病体内体内体外体外疫苗疫苗21比较项目比较项目乳腺生物反应器乳腺生物反应器工程菌工程菌基因结构基因结构基因表达基因表达受体细胞受体细胞导入目的基因导入目的基因的方式的方式动物基
19、因的结构与人类基动物基因的结构与人类基因的结构基本相同因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构的结构与人类基因的结构有较大差异有较大差异合成的药物蛋白与天然蛋合成的药物蛋白与天然蛋白质相同白质相同细菌细胞内没有内质网、细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器高尔基体等细胞器, ,产生产生的药物蛋白可能没有活性的药物蛋白可能没有活性动物的受精卵动物的受精卵微生物细胞微生物细胞显微注射法显微注射法感受态细胞法感受态细胞法乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较22基因治疗与基因诊断基因治疗与基因诊断原理原理操作过程操作过程进展
20、进展基因治疗基因治疗基因诊断基因诊断基因表达基因表达碱基互碱基互补配对补配对利用正常基因导入有基因缺陷的细利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中胞中, ,以表达出正常性状来治疗以表达出正常性状来治疗临床实验临床实验制作特定制作特定DNADNA探针与病人样品探针与病人样品DNADNA混合分析杂交带情况混合分析杂交带情况临床应用临床应用231.1.概念理解概念理解（1 1）基础：蛋白质分子的）基础：蛋白质分子的_及其与生物功能的关系。及其与生物功能的关系。（2 2）操作：）操作：_或基因合成。或基因合成。（3 3）结果：改造了现有蛋白质或制造出）结果：改造了现有蛋白质或制造出_。（4 4）目的：满足人
21、类的）目的：满足人类的_的需求。的需求。2.2.操作过程操作过程 从预期的从预期的_出发出发设计预期的设计预期的_ _ 推测应推测应 有的有的_找到相对应的找到相对应的 _(_(基因基因) ) 基因表达基因表达产生需要的蛋白质。产生需要的蛋白质。结构规律结构规律基因修饰基因修饰新的蛋白质新的蛋白质生产和生活生产和生活蛋白质功能蛋白质功能蛋白质结构蛋白质结构氨基酸序列氨基酸序列脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列五、蛋白质工程五、蛋白质工程24蛋白质工程与基因工程蛋白质工程与基因工程 比较比较蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过过程程目目的的结结果果联系联系从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质
22、功能出发设设计预期的蛋白质结构计预期的蛋白质结构推测应推测应有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到相对应找到相对应的脱氧核苷酸序列的脱氧核苷酸序列( (基因基因) )目的基因的获取目的基因的获取基因表达载体基因表达载体的构建的构建将目的基因导入受体细将目的基因导入受体细胞胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定定向改造或生产人类所需的蛋定向改造或生产人类所需的蛋白质白质定向改造生物的遗传特性定向改造生物的遗传特性, ,获得人获得人类所需的生物类型或生物产品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原则上只能生产自然界已存在的蛋白质蛋白质(1)(1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程(2)(2)基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持, ,蛋白质工程蛋白质工程可对基因工程中所需的某些酶进行修饰、改造可对基因工程中所需的某些酶进行修饰、改造, ,使之更符合需要使之更符合需要25答案与提示：答案与提示：26
