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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么生物生物 选修选修3现代生物科技专题现代生物科技专题在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么目目 录录专题专题1 基因工程基因工程专题专题2 细胞工程细胞工程专题专题3 胚胎工程胚胎工程专题专题4 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题专题专题5 生态工程生态工程在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么专题1 基因工程在日常生活中，随处都可以看到浪费粮
2、食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么基础理论和技术的发展催生了基因工程基础理论和技术的发展催生了基因工程2020世纪中叶，世纪中叶，基础理论基础理论取得了重大突破取得了重大突破1.DNA1.DNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明2.DNA2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立3.3.遗传密码的破译遗传密码的破译在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么技术发明使基因工程的实施成为可能技术发明使基因工程的实施成为可能1.1.基因转移载体的发现基因转移载体的发现 2.2.工具酶的
3、发现工具酶的发现3.DNA3.DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明4.DNA4.DNA体外重组的实现体外重组的实现 5.5.重组重组DNADNA表达实验的成功表达实验的成功6.6.第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世 7.PCR 7.PCR技术的发明技术的发明在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 基因工程又叫基因拼接技术或基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生重组技术。该技术是在生物体外，通过对物体外，通过对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，对生物的基因进行改造和
4、重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，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胞内表达，产生出人类所需要的生物类型和生使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的生物类型和生物产品。物产品。一、基因工程的概念一、基因工程的概念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分子水平分子水平人类需要的生物类型和生物产品人类需要的生物类型和生物产品剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组在日常
5、生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么基本工具：基本工具：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”二、二、DNA DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么黏性末端：黏性末端：被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口，带有几个伸出的两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对
6、，这样的切口叫黏性末端。核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么当限制酶当限制酶从识别序列的从识别序列的中心轴线处中心轴线处切开时，切开时，产生的是产生的是平末端平末端。当限制酶当限制酶从识别序列的从识别序列的中心轴线两侧中心轴线两侧切开时，切开时，产生的是产生的是黏性末端。黏性末端。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到
7、浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么识别双链识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并，并且使每一条链中且使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。(6 6个个,4 4、5 5、8 8个个)主要是从主要是从原核生物原核生物中分离纯化出来的一种酶。中分离纯化出来的一种酶。40004000种。种。（1 1）来源：）来源：（2 2）种类：）种类：（3 3）作用：）作用：（4 4）结果：）结果：形成两种末端形成两种末端黏性末端黏性末端平末端平末端1 1、限制性核酸内切酶、限制
8、性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”（小结）（小结）在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，会用同一种限制酶来切割，会怎样呢？怎样呢？会产生相同的黏性末端。会产生相同的黏性末端。是不是是不是把两者的
9、黏性末端黏合起来，把两者的黏性末端黏合起来，这样就真的合成这样就真的合成 重组的重组的DNADNA分子了分子了?实际还不够实际还不够,还需要还需要DNADNA连接酶进行连接。连接酶进行连接。思考题：思考题：在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：Ecoli DNA连接酶连接酶（黏性末端）（黏性末端）T4 DNA连接酶连接酶（黏性末端和平末端黏性末端和平末端）磷酸二酯键磷酸二酯键 DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边起来，即把梯子两边
10、扶手的断口连接起来，这样一个重组的扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。2 2、DNA DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3 3、基因进入受体细胞的运载体基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”（1 1）运载体的作用）运载体的作用u作为运载工具，将外源基因作为运载工具，将外源基因(抗虫基因抗虫基因)转移到受体细胞转移到受体细胞(棉花细棉花细胞胞)中去。中去。u利用运载体在受体细胞利用运载体在受体细胞(棉花细胞棉花细胞)内，对外源基因内，对外源基因
11、(抗虫基因抗虫基因)进进行大量复制。行大量复制。（随载体的复制而复制）（随载体的复制而复制）（2）作为运载体必须具备的条件）作为运载体必须具备的条件u能够在宿主细胞中自我复制并稳定地保存。能够在宿主细胞中自我复制并稳定地保存。u具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。u具有某些标记基因，便于进行筛选。具有某些标记基因，便于进行筛选。u必需是安全的，不会对受体必需是安全的，不会对受体 细胞有害。细胞有害。u大小应适合，便于提取和操作大小应适合，便于提取和操作在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这
12、一点点算不了什么（3）常用的运载体）常用的运载体 3 3、基因进入受体细胞的运载体基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”u细菌细胞质的质粒细菌细胞质的质粒u噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物u动植物病毒动植物病毒注意：真正用作运载体的质粒都注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的。是人工改造过的。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3 3、基因进入受体细胞的运载体基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”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，其中常含有抗药基因，其中常含有抗药基因，如四环素的如
13、四环素的标记基因。标记基因。质粒的存在与否对宿主质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。只能在宿主细胞内成。质粒是质粒是一种裸露的、结构简单、独一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核立于细菌染色体（即拟核DNADNA）之外，）之外，并且具有自我复制能力的双链环状并且具有自我复制能力的双链环状DNADNA分子。分子。质粒是基因工程最常用的运载体。质粒是基因工程最常用的运载体。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（补充知识）基因的结构（补充知识）基因的结构1 1、
14、原核细胞的基因结构、原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子RNARNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。结合。转录开始后，转录开始后，RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA分子移动，并以分子移动，并以DNADNA分子分子的一条链为模板合成的一条链为模板合成RNARNA。转录完毕后，转录完毕后，RNARNA链释放出来，紧接着链释放出来，紧接着RNARNA聚合酶也从聚合酶也从DNADNA模板链上脱落下来。模
15、板链上脱落下来。原核原核细胞细胞的基的基因结因结构构能转录相应的信使能转录相应的信使RNARNA，能编码蛋白质，能编码蛋白质 编码区编码区非编码区非编码区不能转录为信使不能转录为信使RNARNA，不能编码蛋白质不能编码蛋白质。有调控遗传信息表达的核苷酸序列，有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在该序列中，在该序列中，最重要的是位于编码区最重要的是位于编码区上游的上游的RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点。启动子启动子在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2 2、真核细胞的基因结构、真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非
16、编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子内含子：内含子：外显子：外显子：真真核核细细胞胞的的 基基因因结结构构编码区编码区非编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列有调控作用的核苷酸序列，包括位于编有调控作用的核苷酸序列，包括位于编码区上游的码区上游的RNARNA聚合酶结合位点
17、。聚合酶结合位点。非编码序列：非编码序列：包括非编码区和内含子包括非编码区和内含子在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 启动子与起始密码启动子与起始密码 启启启启 动动动动 子子子子 起起起起 始始始始 密密密密 码码码码 位位位位 置置置置 DNADNADNADNA上上上上基基基基因因因因的的的的非非非非编编编编码码码码区区区区，在在在在编编编编码码码码区区区区上上上上游游游游段段段段（左左左左侧）侧）侧）侧）位位位位mRNAmRNAmRNAmRNA上上上上的的的的开开开开始始始始即即即即单单单单链链链链信信信信使使使使RN
18、A RNA RNA RNA（转转转转录产物）录产物）录产物）录产物）功功功功 能能能能 转转转转录录录录时时时时与与与与RNARNARNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶结结结结合合合合，对对对对转转转转录录录录mRNAmRNAmRNAmRNA起起起起调调调调控作用。控作用。控作用。控作用。是是是是翻翻翻翻译译译译的的的的开开开开始始始始，是是是是肽肽肽肽链链链链延延延延伸伸伸伸的的的的第第第第一一一一个个个个氨基酸的位点。氨基酸的位点。氨基酸的位点。氨基酸的位点。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到
19、浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、基因工程基本操作的四个步骤二、基因工程基本操作的四个步骤目的基因的目的基因的获取获取基因表达载体的基因表达载体的构建构建将目的基因将目的基因导入导入受体细胞受体细胞目的基因的目的基因的检测与鉴定检测与鉴定在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（一）目的基因的获取（一）目的基因的获取1 1、目的基因主要是指、目的基因主要是指_编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因2 2、获取目的基因的常用方法、获取目的基因的常用方法（1 1）从基因文库中获取）从基因
20、文库中获取（2 2）利用）利用PCRPCR技术扩增技术扩增（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在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（1 1）从基因文库中获取目的基因：）从基因文库中获取目的基因：基因文库基因文库:将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNADNA片段片段,导入导入受体菌受体菌的群体的群体中储存中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因因,称为基因文库称为基因文库(gene library)(gene library)基因组文库基因
21、组文库:基因文库中包含了一种基因文库中包含了一种生物所有的基因生物所有的基因,这种基因文库这种基因文库叫做基因组文库叫做基因组文库.部分基因文库部分基因文库:基因文库中包含了一种生物的基因文库中包含了一种生物的一部分基因一部分基因,这种基因文这种基因文库叫做部分基因文库库叫做部分基因文库.在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么基因组文库和部分基因组文库基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库文库)比较比较在日常生活中，随处都可
22、以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么利用利用PCRPCR技术扩增技术扩增在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)利用利用PCRPCR技术扩增技术扩增 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 条件：条件：_、_ _、_(_(做启动子做启动子)、_._.前提条件
23、：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使使目的基因目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增的片段在短时间内成百万倍地扩增在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么PCRPCR技术扩增过程技术扩增过程a a、DNADNA变性（变性（90-9
24、690-96）：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25-6525-65）：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端延伸，合成与模板互补端延伸，合成与模板互补 的的_。氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么5 5/3 3/GG
25、GGTCTC3 3/5 5/GAGACCCC5 5/3 3/AGAG引物引物5 5/3 3/GGGG引物引物PCRPCR原理原理变性变性复性复性延伸延伸在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（3）人工合成）人工合成反转录法：反转录法：以目的基因转录成的以目的基因转录成的信使信使RNARNA为模板，反转录成为模板，反转录成互补的单链互补的单链DNADNA，然后在酶，然后在酶的作用下合成双链的作用下合成双链DNADNA，从，从而获得所需的基因。而获得所需的基因。目的基因的目的基因的mRNAmRNA杂交双链杂交双链(单链单链RNA/R
26、NA/单链单链DNA)DNA)单链单链DNADNA反转录酶反转录酶DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNADNA(目的基因目的基因)在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（3）人工合成）人工合成根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNADNA法法 ：根据已知蛋白质的根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相氨基酸序列，推测出相应的信使应的信使RNARNA序列，然后序列，然后按照碱基互补配对原则，按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化核苷酸序列，再通过化学方法，以学方法，以单核苷酸单
27、核苷酸为为原料合成目的基因。原料合成目的基因。蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么1.1.用一定的用一定的_切割切割 质粒，使其出现一个切质粒，使其出现一个切 口，露出口，露出_。2.2.用用_切断目切断目 的基因，使其产生的基因，使其产生_ _ _。二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建 核心核心3.3.将切下的目的基因片段插入将切下的目的基因片段插入质粒的
28、质粒的_处，再加入适量处，再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组 DNA DNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么质粒质粒DNADNA分子分子一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）限制酶处理限制酶处理同一种同一种4.4.过程过程:（二）基因表达载体的构建（二）基
29、因表达载体的构建 核心核心在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么5.5.基因表达载体的组成：基因表达载体的组成：复制原点复制原点+目的基因目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因（二）基因表达载体的构建（二）基因表达载体的构建 核心核心启动子：启动子：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片断，它是片断，它是RNA聚合酶识别和聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转结合的部位，有了它才能驱动基因转录出录出mRNA，最终获得蛋白质，最终获得蛋白质终止子：终止子：位于基因的尾端的一段特殊位于基因
30、的尾端的一段特殊的的DNADNA片断，能终止片断，能终止mRNAmRNA的转录的转录标记基因标记基因的作用是为了鉴别受体细胞的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来基因的细胞筛选出来在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(三三)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞转化转化 方法方法将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花
31、粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞目的基因进入目的基因进入_内，并且在受体细内，并且在受体细胞内维持胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(三三)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞1 1、将目的基因导入植物细胞的方法：、将目的基因导入植物细胞的方法：农杆菌转化法农杆菌转化法（1 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农杆菌介绍农杆菌介绍:Ti质粒上有质粒上有T-DNA,称为可转移的称为可转移的DNA,
32、它可转移到受体细它可转移到受体细胞胞,并整合到受体细并整合到受体细胞染色体胞染色体DNA上上.在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2 2、将目的基因导入动物细胞、将目的基因导入动物细胞(受精卵受精卵)显微注射法显微注射法 -世界上第一例世界上第一例“超级小鼠超级小鼠”的成功的成功设备设备:显微注射仪显微注射仪3 3、将目的基因导入微生物细胞、将目的基因导入微生物细胞(三三)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞原核生物的特点：原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等过程
33、：过程：用用Ca2+处理细胞处理细胞,以增大细菌细胞壁的通透性以增大细菌细胞壁的通透性,使细胞处于一种使细胞处于一种能吸收周围环境中能吸收周围环境中DNA分子的生理状态分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞这种细胞称为感受态细胞.是将是将重组表达载体重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在在一定的温度下促进感受态细胞吸收一定的温度下促进感受态细胞吸收DNADNA分子分子,完成转化过程完成转化过程.目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基
34、因。非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因(四四)目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 检查是否成功检查是否成功在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么DNADNA分子杂交示意图分子杂交示意图 采用一定的技术手段，将两种生物的采用一定的技术手段，将两种生物的DNADNA分子的单分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，链放在一起，如果这两个单
35、链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。的单链。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(四四)目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 检查是否成功检查是否成功检测检测鉴定鉴定检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋
36、白质检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等过程过程:A.首先取出转基因生物的基因组首先取出转基因生物的基因组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标记片段用放射性同位素等作标记,以此做探针以此做探针C.使探针和转基因生物的基因组杂交使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体表明染色体已插入染色体DNA中中方法方法:DNADNA分子杂交分子杂交方法方法:分分 子子 杂杂 交交方法方法:抗原抗体杂交抗原抗体杂交过程过程:用上述探针和转基因生物的用上述探针和转基因生物的mRNA杂交
37、杂交,若出现杂若出现杂交带交带,表明目的基因转录出了表明目的基因转录出了mRNA.在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么蛋白质工程在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、蛋白质工程崛起的缘由 通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存在的活性物质，并借助转基因而改变动植物性状，在的活性物质，并借助转基因而改变动植物性状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。然而在广泛利用自然
38、界各种蛋白质的过程中就发现，然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现，这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对它们进这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对它们进行产业化开发往往不合意，需要加以改造。行产业化开发往往不合意，需要加以改造。1983年年Ulmer首先提出蛋白质工程，它是指按照特定的需首先提出蛋白质工程，它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此以要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为生物工程的重要后，蛋白质工程迅速发展，已成为生物工程的重要组成部分。组成部分。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪
39、费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工
40、业生产中一个非常重要的课题。蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么例如例如:干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干在大肠杆菌中进行表
41、达，产生的干扰素的抗病毒活性为扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然产品，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的-干扰素量很干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，这样？如何改变这种状况？研究发现，-干扰素蛋白干扰素蛋白质中有质中有3个半胱氨酸（第个半胱氨酸（第17位、位、31位和位和141位），推位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第键。研究人员将第17位的半胱氨酸
42、，通过基因定点位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的-干扰干扰素的抗病性活性提高到素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然，并且比天然-干干扰素的贮存稳定性高很多。扰素的贮存稳定性高很多。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么“后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”，即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究，包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互关系和作用。蛋白质工程就是在对蛋白质结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成，最终获得商业化的产品。
43、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、蛋白质工程原理二、蛋白质工程原理（）原理：由预期的（）原理：由预期的找到相应找到相应序列序列蛋白质功能蛋白质功能脱氧核苷酸脱氧核苷酸基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核
44、苷应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸酸序列酸序列酸在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1 1）从生物体中分离纯化目的蛋白；）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2 2）测定其氨基酸序列；）测定其氨基酸序列；（3 3）借借助助核核磁磁共共振振和和X X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地地了了解解蛋蛋白质的二维重组和三维晶体结构白质的二维重组和三维晶体结构;（4 4）设设计计各各种种处处理理条条件
45、件，了了解解蛋蛋白白质质的的结结构构变变化化，包包括括折折叠叠与与去去折折叠叠等对其活性与功能的影响；等对其活性与功能的影响；（5 5）设设计计编编码码该该蛋蛋白白的的基基因因改改造造方方案，如点突变；案，如点突变；（6 6）分分离离、纯纯化化新新蛋蛋白白，功功能能检检测测后投入实际使用。后投入实际使用。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（一）蛋白质的分子设计与改造（一）蛋白质的分子设计与改造 蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，通过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象的通过蛋白质的一
46、级结构、晶体结构和溶液构象的研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料，并编制成系统的数据库，得以从构的数据资料，并编制成系统的数据库，得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、结构与功能的关系方面的规律。级结构的关系、结构与功能的关系方面的规律。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的研究重点，大量蛋白质被分离纯化，测定了它们
47、的结构、研究重点，大量蛋白质被分离纯化，测定了它们的结构、性质和生物学作用。分子生物学有关基因组的研究，也性质和生物学作用。分子生物学有关基因组的研究，也可以用以推测出一些未知蛋白质的结构与功能。采用定可以用以推测出一些未知蛋白质的结构与功能。采用定位诱变的方法，可以对编码蛋白质的基因进行核苷酸密位诱变的方法，可以对编码蛋白质的基因进行核苷酸密码子的插入、删除、置换和改组，其结果为分子改造提码子的插入、删除、置换和改组，其结果为分子改造提供新的设计方案。现有的蛋白质是生物长期进化的结果，供新的设计方案。现有的蛋白质是生物长期进化的结果，蛋白质工程则是对生物进化的模拟，按照蛋白质形成的蛋白质工程
48、则是对生物进化的模拟，按照蛋白质形成的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。蛋白质的改造通常需要先经周密的分子设计，然后依蛋白质的改造通常需要先经周密的分子设计，然后依赖基因工程获得突变型蛋白质，以检验其是否达到了预赖基因工程获得突变型蛋白质，以检验其是否达到了预期的效果。如果改造的结果不理想，还需要从新设计再期的效果。如果改造的结果不理想，还需要从新设计再进行改造，往往经历多次实践摸索才能达到改进蛋白质进行改造，往往经历多次实践摸索才能达到改进蛋白质性能的预定目标。性能的预定目标。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为
49、浪费这一点点算不了什么（二）蛋白质改造工程举例（二）蛋白质改造工程举例1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。水个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，的设计方案，将将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），（
50、赖氨酸），使其与分子内第使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间形成氢（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高验抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2生长激素改造生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可