专题1基因工程.pptx

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1、专题专题(zhunt)1 基因基因工程工程基因工程又叫做基因拼接技术或基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。重组技术。 是在生物体外，通过是在生物体外，通过(tnggu)对对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切” 和和“拼接拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品第一页，共38页。 基础理论基础理论 和技术和技术(jsh)的发展的发展 催生了基因工程催生了

2、基因工程阅读阅读(yud)课本第课本第2页页第二页，共38页。1.1 DNA重组技术(jsh)的基本工具n是在生物是在生物(shngw)体外，通过对体外，通过对DNA分分子进行人工子进行人工“剪切剪切” 和和“拼接拼接”，对生物，对生物(shngw)的基因进行改造和重新组合，的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物的新的生物(shngw)类型和生物类型和生物(shngw)产品产品分析分析(fnx)概念：概念：工工具具为什么为什么要加工要加工什么是什

3、么是表达表达用什么用什么导入导入第三页，共38页。基因基因(jyn)操作的工具操作的工具 基因的剪刀（分子(fnz)手术刀） 限制性核酸内切酶（限制酶） 基因的针线（分子(fnz)缝合针） DNA连接酶 基因的运输工具（分子(fnz)运输车） 运载体 到哪里到哪里(n li)去寻找这种酶去寻找这种酶第四页，共38页。（1）限制(xinzh)酶 n 分布：主要在原核生物中。n 作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。n 结果：产生(chnshng)黏性未端和平末端n 举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶 与我们与我们(w men)学过的学过的DNA酶相同吗？酶相同吗？识别序列的特点

4、识别序列的特点作用是什么作用是什么两者的区别两者的区别这两种酶切的特点这两种酶切的特点切断的是什么键切断的是什么键第五页，共38页。限制限制(xinzh)酶的识别特点酶的识别特点n以中轴线双侧的以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称上碱基呈反向对称(duchn)，重复排列重复排列n n如：如：GAA TTC CCC GGGn CTT AAG GGG CCC第六页，共38页。（2）DNA连接酶连接酶 n连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键：连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键：n 磷酸二酯键（梯子的扶手）磷酸二酯键（梯子的扶手）n 结果：两个相同结果：两个相同(xin tn)的未端的的未端的连接。连接

5、。n举例：举例：Ecoli DNA连接酶连接酶 n T4 DNA连接酶连接酶 与与DNA聚合酶聚合酶相同相同(xin tn)吗吗二者在性质二者在性质(xngzh)上的区别上的区别第七页，共38页。（3）运载）运载(ynzi)体体 作用：将外源基因送入受体细胞。 具备的条件： 能在宿主细胞内复制 并稳定地保存。 具有(jyu)多个限制酶切点。 具有(jyu)某些标记基因 对受体细胞无害 举例：质粒、噬菌体 和动植物病毒。 为什么为什么要具备要具备(jbi)这些条件这些条件第八页，共38页。基本操作程序(chngx)为什么要获得为什么要获得(hud)目的基因目的基因为什么要把目的为什么要把目的(m

6、d)基因基因与载体结合与载体结合受体细胞是指什么受体细胞是指什么为什么要进行检测为什么要进行检测第九页，共38页。第一步：获取目的基因第一步：获取目的基因(jyn)方法：方法：1.从基因文库中获取目的(md)基因。第十页，共38页。基因文库的构建基因文库的构建(u jin)模模式图式图通过对通过对受体菌的受体菌的培养培养(piyng)而而储存基因储存基因第十一页，共38页。第一步：获取目的基因第一步：获取目的基因(jyn)方法：方法：1.从基因文库中获取目的基因。2.利用PCR技术(jsh)合成DNAPCR:聚合酶链式反应聚合酶链式反应.是以是以DNA变性变性(binxng)、复制的、复制的某

7、些特性为原理设计的某些特性为原理设计的. 前提条件是必须对目的基因有一定的了解，前提条件是必须对目的基因有一定的了解，需要设计引物。需要设计引物。 第十二页，共38页。 PCR原理图原理图 第十三页，共38页。PCR的过程(guchng)（1）以）以DNA 片段作模板，在片段作模板，在 90 高温下，分开成高温下，分开成 为为 单链单链DNA。（2）以）以DNA 小段寡聚核苷酸做引物，在小段寡聚核苷酸做引物，在 50 的温度下，找的温度下，找到可以配对的正链和负链，形成互补结合到可以配对的正链和负链，形成互补结合（3）在）在 70 高温下，合成一条与模板高温下，合成一条与模板 DNA 单链（正

8、链或负单链（正链或负链）互补结合的链）互补结合的DNA新链。新链。（4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从 90oC- 50oC- 75oC，目的基因的量不断增加，目的基因的量不断增加反应体系中经历：变性反应体系中经历：变性淬火淬火合成合成重复重复(chngf) 。结果：目的基因的量成指数形式扩增（结果：目的基因的量成指数形式扩增（2n)高温高温(gown)的作用是？的作用是？引物是怎样获得的？引物是怎样获得的？四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（4 X dNTP)酶酶高温高温 DNA 聚合酶聚合酶（Taq 酶），酶），原料原料第十四页，共3

9、8页。第一步：获取目的第一步：获取目的(md)基因基因方法：方法：1.从基因文库中获取目的基因。2.利用(lyng)PCR技术合成DNA3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）第十五页，共38页。由由mRNA反转录反转录(zhun l)形形成成cDNAnmRNA DNA单链单链 n DNA单链单链 RNA DNA杂交杂交(zjio)分子分子nRNA DNA杂交杂交(zjio)分子分子 单单链链DNAn单链单链DNA 双链双链DNA逆转录逆转录使使RNA降解降解(jin ji)复制复制核酸酶核酸酶H?形成氢键形成氢键第十六页，共38页。第一步：获取第一步：获取(huq)目的基因目的基因方

10、法：方法：1.从基因文库中获取目的基因。2.利用PCR技术(jsh)合成DNA3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）4.采用DNA合成仪人工合成长度不是很大的DNA片段。5.用机械的方法，如超声波把打成片段。 第十七页，共38页。原核生物原核生物(shngw)基因表达的调基因表达的调 控控乳糖代谢基因乳糖代谢基因(jyn)表达调控图解：表达调控图解：(有乳糖时有乳糖时) lacZ lacY lacA 调节调节(tioji)基基 因因启动启动 子子操纵基操纵基 因因结构基结构基 因因RNA聚合酶聚合酶信使信使 RNA转转 录录翻翻 译译阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与阻抑物

11、与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与 操操纵基因结合，使得结构基因进行转录。纵基因结合，使得结构基因进行转录。阻抑阻抑 物物乳糖乳糖 转转 录录半乳糖苷酶半乳糖苷酶 酶酶 酶酶 第十八页，共38页。第二步：第二步： 基因表达载体基因表达载体(zit)的构建的构建核心核心(hxn)目的基因目的基因(jyn)与载体结合成为重组基因与载体结合成为重组基因(jyn)需要需要哪两种哪两种工具工具第十九页，共38页。总结：表达载体需由哪几部分总结：表达载体需由哪几部分(b fen)组成组成n复制原点复制原点n启动子启动子n目的基因目的基因(jyn)n终止子终止子n标记基因标记基因(jyn)它们它们(t

12、men)的作用是？的作用是？第二十页，共38页。第三步：将目的第三步：将目的(md)基因导入受基因导入受体细胞体细胞将目的基因导入植物将目的基因导入植物(zhw)细胞细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞什么什么(shn me)叫转化叫转化常用的转化方法有哪些？常用的转化方法有哪些？具体过程？具体过程？第二十一页，共38页。第四步：目的第四步：目的(md)基因的检测基因的检测与鉴定与鉴定n首先：首先：n其次其次(qc)：n最后：最后：n还要：还要：检测检测(jin c)与鉴定哪些环节与鉴定哪些环节具体具体方法？方法？第二十二页，共38页

13、。DNA分子杂交分子杂交(zjio)技术技术n基因探针：核酸分子探针是指特定基因探针：核酸分子探针是指特定(tdng)的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定用于对待测核酸样品中特定(tdng)基因顺基因顺序的探测。序的探测。n 满足：（满足：（1）必须是单链，（）必须是单链，（2）带有容易）带有容易被检测出来的标记物。被检测出来的标记物。第二十三页，共38页。编码(bin m)区上游编码(bin m)区下游RNA聚合(jh)酶结合位点RNA聚合酶结合位点编码蛋白质调控调控原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞真核细胞第二十四页，共

14、38页。1、3 基因工程基因工程(jyn gngchng)的应用的应用转基因生物转基因生物目的基因目的基因目的基因来源目的基因来源抗虫植物抗虫植物Bt毒蛋白基因毒蛋白基因苏云金芽胞杆菌苏云金芽胞杆菌（如：抗虫（如：抗虫蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因植物植物棉）棉）淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因植物凝集素基因抗病植物抗病植物病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因（如：转基（如：转基病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因因烟草）因烟草）几丁质酶基因几丁质酶基因请继续把表格请继续把表格(biog)完成完成第二十五页，共38页。抗逆转基因植物抗逆转基因植物 抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因鱼鱼抗除草剂基

15、因抗除草剂基因转基因玉米转基因玉米富含赖氨酸的蛋白质编码基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因转基因延熟番茄转基因延熟番茄 控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因转基因矮牵牛转基因矮牵牛植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基因转基因鲤鱼转基因鲤鱼外源生长激素基因外源生长激素基因人人转基因牛转基因牛肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因人人转基因牛（羊）转基因牛（羊） 抗凝血酶基因、血清白蛋白基抗凝血酶基因、血清白蛋白基因、生长激素基因、因、生长激素基因、a-抗胰蛋抗胰蛋白酶白酶转基因烟草转基因烟草发光基因发光基因萤火虫萤火虫第二十六页，共38页。工程菌工程菌细胞因子、抗体、疫苗、细胞因子、抗体、疫苗、

16、激素、白细胞介素激素、白细胞介素-2、干、干扰素、乙肝疫苗扰素、乙肝疫苗基因治疗基因治疗腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因功能正常的基因功能正常的基因反义基因反义基因自杀基因自杀基因器官移植的供体器官移植的供体动物动物被导入某种调节因子的器被导入某种调节因子的器官供体基因组官供体基因组第二十七页，共38页。1、4蛋白质工程(gngchng)的崛起蛋白质工程的概念 是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。 或者从蛋白质结构与功能的关系出发，定向地改造(gizo)天然蛋白质的结构，特别是对功能基因的修饰，也可以制

17、造新型的蛋白质。 第二十八页，共38页。第二十九页，共38页。一、蛋白质的改造一、蛋白质的改造(gizo)n干扰素在体外保存困难n玉米中赖氨酸含量(hnling)比较低将分子将分子(fnz)中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸第第104位的位的天冬酰胺天冬酰胺变成变成异亮氨酸异亮氨酸第第352位的位的苏氨酸苏氨酸变成变成异亮氨酸异亮氨酸解除赖氨酸对酶活性的限制解除赖氨酸对酶活性的限制赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶第三十页，共38页。二、蛋白质工程二、蛋白质工程(gngchng)的基本原理的基本原理天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的

18、合成过程(guchng)时怎样的？时怎样的？遵循中心法则，并需经过高级遵循中心法则，并需经过高级(goj)空间结构的转变空间结构的转变第三十一页，共38页。蛋白质工程蛋白质工程(gngchng)的途的途径径预期预期(yq)蛋白质功能蛋白质功能设计设计(shj)蛋白质结构蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列（基因）相应的脱氧核苷酸序列（基因）投入生产投入生产依赖于什么工程依赖于什么工程根据什么预期根据什么预期包括哪些方面的结构包括哪些方面的结构依据是什么依据是什么第三十二页，共38页。n讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：n丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯 丙氨酸n（1） 怎样得

19、出(d ch)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。有多少种？n（2） 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（DNA）？第三十三页，共38页。第三十四页，共38页。（1） 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。有多少(dusho)种？（2） 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（DNA）？mRNA序列序列(xli)为：为：GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C） 脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列(xli)：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G

20、）。）。 16种种确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。 第三十五页，共38页。蛋白质工程蛋白质工程(gngchng)操作程序的操作程序的基本思路与基本思路与基因工程基因工程(gngchng)的不同的不同 n基因工程是遵循中心法则，基因工程是遵循中心法则，n从从DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能，折叠产生功能，n生产出自然界已有的蛋白质。生产出自然界已有的蛋白质。n蛋白质工程是：确定蛋白质的功能蛋白质工程是：确定蛋白质的功能蛋白质应蛋白质应有的高级结

21、构有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应应有的氨基酸序列有的氨基酸序列应有的碱基排列，应有的碱基排列，n创造创造(chungzo)自然界不存在的蛋白质。自然界不存在的蛋白质。 第三十六页，共38页。蛋白质工程的进展蛋白质工程的进展(jnzhn)和前景和前景n1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关n2、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥(fhu)其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。 第三十七页，共38页。酶工程简介酶

22、工程简介(jin ji)n酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活助工程学的手段，应用于生产、生活(shnghu)、医疗诊断和环境保护等方面的、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。由酶制剂的生产和应用两方面一门科学技术。由酶制剂的生产和应用两方面组成的。组成的。 酶工程通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶酶工程通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶的合理充分利用。的合理充分利用。蛋白质工程的重点则在于对已存在蛋白质工程的重点则在于对已存在(cnzi)的蛋白质分子的改造。的蛋白质分子的改造。随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 第三十八页，共38页。