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1、关于基因工程和蛋白关于基因工程和蛋白质工程公开课质工程公开课第1页，讲稿共61张，创作于星期日 基因工程又叫做 或 。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加以 ，然后放到另一种生物的细胞里，改造生物的遗传性状。基因拼接技术基因拼接技术DNADNA重组技术重组技术基因基因修饰改造修饰改造定向地定向地一、基因工程的概念第2页，讲稿共61张，创作于星期日操作对象：操作环境：原理：操作水平：目的：体外基因重组DNA分子水平基因定向地改造生物的遗传特性一、基因工程的概念第3页，讲稿共61张，创作于星期日为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？为什么能把一种生物的基因可以在另
2、一种生物体内表达？不同生物的DNA都具有规则的双螺旋结构和4种脱氧核苷酸组成不同的生物共用一套遗传密码思考思考第4页，讲稿共61张，创作于星期日(1)来源：(2)特点：一种限切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定位点准确切割DNA主要来自原核生物二、基因工程的基本工具1.基因工程的 限制性内切酶 限制酶具有专一性第5页，讲稿共61张，创作于星期日EcoR 黏性末端黏性末端限制性内切酶的作用过程第6页，讲稿共61张，创作于星期日Sma 平末端平末端第7页，讲稿共61张，创作于星期日 G1234512345 A第8页，讲稿共61张，创作于星期日(1)来源：(2)特点：一种限切酶只能识别一种特
3、定的脱氧核苷酸序列并在特定位点准确切割DNA (3)作用部位 磷酸二酯键主要来自原核生物二、基因工程的基本工具1.基因工程的 限制性内切酶第9页，讲稿共61张，创作于星期日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？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。用同种限制酶切割来源不同的DNA获得的黏性末端是否相同？相同思考思考不同的限制酶呢？不同第10页，讲稿共61张，创作于星期日GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGEcoRGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGGGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGG
4、不同来源的不同来源的DNA片段混合片段混合将不同种来源的将不同种来源的DNA片段连接起来片段连接起来生物生物A基因片段基因片段生物生物B基因片段基因片段GGAATTCAATTCCTTAACTTAAGGGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGG酶切酶切第11页，讲稿共61张，创作于星期日（1）作用:催化磷酸二酯键形成，连接DNA片段二、基因工程的基本工具2.基因工程的 DNA连接酶第12页，讲稿共61张，创作于星期日 可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来，起来，Ecoli DNA连接酶连接酶即即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸
5、之间的磷酸二酯键 第13页，讲稿共61张，创作于星期日（2）类型：EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别（1）作用:催化磷酸二酯键形成，连接DNA片段二、基因工程的工具2.基因工程的 DNA连接酶第14页，讲稿共61张，创作于星期日寻根问底寻根问底DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?GCTTAAGCTTAA第15页，讲稿共61张，创作于星期日（1）运载体种类：质粒、噬菌体、动植物病毒等二、基因工程的工具3.基因工程的 运载体 质粒：细菌细胞中一种很小的质粒：细菌细胞中一种很小的质粒：细菌细胞中
6、一种很小的质粒：细菌细胞中一种很小的环状环状环状环状DNADNA分子。裸露的、结分子。裸露的、结构简单、独立于细菌之外，构简单、独立于细菌之外，并且有自我复制能力并且有自我复制能力 （）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切酶和几种DNA连接酶处理？第16页，讲稿共61张，创作于星期日二、基因工程的工具3.基因工程的 运载体 （2）条件：能自我复制并在受体细胞中稳定存在具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接具有标记基因，便于进行筛选结构简单，大小适中第17页，讲稿共61张，创作于星期日小结小结基因工程的工具限制酶主要存在于原核
7、生物中具有专一性(识别序列)切开DNA分子的磷酸二酯键DNA连接酶连接磷酸二酯键 种类E.coliDNA连接酶T4 DNA连接酶运载工具具备的条件结构简单,大小适中能在宿主细胞中自我复制并稳定存在具一个多个限制酶切位点具标记基因质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒第18页，讲稿共61张，创作于星期日1.科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是A.定向提取生物体的DNA分子B.定向地对DNA分子进行人工“剪切”C.在生物体外对DNA分子进行改造D.定向地改造生物的遗传性状D练习练习第19页，讲稿共61张，创作于星期日2.下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是 A
8、.一种限制酶只能识别一种特定的脱氧苷酸序列B.限制酶的活性受温度的影响C.限制酶能识别和切割RNAD.限制酶可从原核生物中提取练习练习C第20页，讲稿共61张，创作于星期日2.下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是 A.一种限制酶只能识别一种特定的脱氧苷酸序列B.限制酶的活性受温度的影响C.限制酶能识别和切割RNAD.限制酶可从原核生物中提取练习练习C第21页，讲稿共61张，创作于星期日3.关于限制酶说法中，正确的是（）A限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序列BEcoRI切割的是GA之间的氢键C限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD限制酶只存在于原核生物中练习练习C第22页
9、，讲稿共61张，创作于星期日4.以下说法正确的是 （）A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B.质粒是基因工程中唯一的运载体 C.运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D.DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键C练习练习第23页，讲稿共61张，创作于星期日1.基因工程的操作工具：限制性内切酶、DNA连接酶2.基因工程的工具酶：限制性内切酶、DNA连接酶、载体复习旧知3.限制性内切酶的化学本质是 ；DNA连接酶的化学本质是 ；载体的化学本质是 。蛋白质蛋白质DNA4.限制性内切酶的作用部位是 ；DNA连接酶的作用部位 。磷酸二酯键磷酸二酯键第24页，讲稿共61
10、张，创作于星期日复习旧知5.限制性内切酶的特点：一种限制性内切酶只能识别一种特定的 序列，并于 上准确地切割双链DNA分子。脱氧核糖核苷酸 特定位点6.载体必需具备的特点1.结构简单,大小适中2.能在宿主细胞中 并稳定存在3.具一个或多个 。4.具 基因自我复制限制酶切位点标记第25页，讲稿共61张，创作于星期日1.目的基因的获取基因工程的一般程序2.基因表达载体的构建3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与鉴定第26页，讲稿共61张，创作于星期日（一）目的基因的获取三、基因工程的基本操作程序1.目的基因：主要指的是编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。2.获取方法：（1）
11、从基因文库中获取目的基因（2）利用PCR技术扩增目的基因（3）通过DNA合成仪用化学方法直接合成第27页，讲稿共61张，创作于星期日（1）从基因文库中获取目的基因基因文库 将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因文库 基因组文库部分基因文库（cDNA文库）第28页，讲稿共61张，创作于星期日基因文库的构建方法（1）从基因文库中获取目的基因a.直接分离“鸟枪法”（原核细胞）优点：操作简便 缺点：工作量大，具一定盲目性b.人工合成 反转录（真核细胞）取出取出DNADNA用限制酶用限制酶切断切断DNADNADNADNA第2
12、9页，讲稿共61张，创作于星期日通过对受体菌的培养而储存基因基因文库的储存（1）从基因文库中获取目的基因第30页，讲稿共61张，创作于星期日（2）利用PCR技术扩增目的基因PCR全称为多聚酶链式反应，在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。第31页，讲稿共61张，创作于星期日条件：_、_、_、_。原理：_DNA复制脱氧核苷酸DNA引物热稳定DNA聚合酶模板DNA（2）利用PCR技术扩增目的基因PCR全称为多聚酶链式反应，在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。过程：第32页，讲稿共61张，创作于星期日模板DNA95第33页，讲稿共61张，创作于星期日PCRPCR的基本原理的基本原理lP
13、CR反应条件lPCR过程lPCR的特点50引物1引物2DNA引物第34页，讲稿共61张，创作于星期日PCRPCR的基本原理的基本原理lPCR反应条件lPCR过程lPCR的特点引物1引物2DNA引物72Taq酶Taq酶第35页，讲稿共61张，创作于星期日PCRPCR的基本原理的基本原理lPCR反应条件lPCR过程lPCR的特点72第1轮结束第2轮开始第36页，讲稿共61张，创作于星期日过程：a.DNA变性（90-95）：双链DNA模板 在热作用下，_断裂，形成_b.退火（复性55-65）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部_。c.延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，从 引物的5端3
14、端延伸，合成与模板互补 的_。氢键单链DNA双链DNA链第37页，讲稿共61张，创作于星期日蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测目的基因化学合成（3）化学方法人工合成目的基因DNA合成仪第38页，讲稿共61张，创作于星期日l从基因文库中获取l利用PCR技术扩增l利用化学方法人工合成（一）目的基因的获取三、基因工程的基本操作程序第39页，讲稿共61张，创作于星期日 用一定的_切割 质粒，使其出现一个切 口，露出_。用_ 切断目 的基因，使其产生_ _。将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量_，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶
15、相同的黏性末端DNA连接酶（二）基因表达载体的构建（核心步骤）三、基因工程的基本步骤第40页，讲稿共61张，创作于星期日重组载体组成：三、基因工程的基本步骤a.目的基因b.启动子c.终止子d.标记基因（二）基因表达载体的构建（核心步骤）第41页，讲稿共61张，创作于星期日将目的基因导入将目的基因导入将目的基因导入将目的基因导入受体细胞受体细胞受体细胞受体细胞将受体细胞进将受体细胞进将受体细胞进将受体细胞进行扩增行扩增行扩增行扩增（三）将目的基因导入受体细胞三、基因工程的基本步骤1.植物细胞：2.动物细胞：3.微生物细胞：（受精卵、卵细胞、体细胞）（受精卵或早期胚胎干细胞）农杆菌转化法、基因枪法
16、、花粉管通道法显微注射法感受态细胞法第42页，讲稿共61张，创作于星期日1.将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法（双子叶植物和裸子植物）Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌第43页，讲稿共61张，创作于星期日2.将目的基因导入动物细胞 方法：显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）思考：为什么要用受精卵而不用体细胞？第44页，讲稿共61张，创作于星期日微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA3.将目的基因导入微生物细胞用Ca2处理，增加细菌
17、细胞壁的通透性第45页，讲稿共61张，创作于星期日受精卵体细胞受精卵细胞/个体农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术用Ca2+处理成感受态细胞（三）将目的基因导入受体细胞三、基因工程的基本步骤第46页，讲稿共61张，创作于星期日1.检测（四）目的基因的检测与鉴定三、基因工程的基本步骤导入检测：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA分子杂交法（或核酸探针法）第47页，讲稿共61张，创作于星期日转录检测：检测目的基因是否转录出了mRNA分子杂交法（核酸探针法）翻译检测：检测目的基因是否翻译成蛋白质免疫法，提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交1.检测（四）目的基因的检测与鉴
18、定三、基因工程的基本步骤导入检测：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA分子杂交法（或核酸探针法）第48页，讲稿共61张，创作于星期日1.检测:l是否插入目的基因l是否转录l是否翻译2.鉴定:个体生物学水平鉴定（四）目的基因的检测与鉴定三、基因工程的基本步骤第49页，讲稿共61张，创作于星期日第50页，讲稿共61张，创作于星期日归纳:基因工程的基本操作程序1.获取目的基因2.构建基因表达载体3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与鉴定u从基因文库u利用PCRu化学方法人工合成u目的基因、启动子、终止子、标记基因u载体转化法（微生物）、农杆菌转化法（植物）、显微注射法（动物
19、）第51页，讲稿共61张，创作于星期日第二节 基因工程的应用第52页，讲稿共61张，创作于星期日一、基因工程在农业上的应用抗虫棉金米第53页，讲稿共61张，创作于星期日一、基因工程在农业上的应用提取 基因 构建基因表达载体：将目的基因与 结合（酶）将目的基因导入 细胞 目的基因的检测与鉴定 载体毒蛋白限制性内切酶、DNA连接棉花第54页，讲稿共61张，创作于星期日1.基因工程药物2.基因诊断我国生产的部分基因工程疫苗和药物诊断原理：DNA分子杂交原理生产胰岛素二、基因工程在医学上的应用第55页，讲稿共61张，创作于星期日镰刀型细胞贫血症的治疗方案正常基因正常基因克隆人体中编码血红蛋白的正常基因
20、将正常基因插入到载体中载体载体载体插入到造血干细胞的染色体中，其中包括含有正常的基因造血干细胞的染色体造血干细胞的染色体将经基因工程改造的造血干细胞回输到病人的骨髓中，以产生正常的血细胞3.基因治疗第56页，讲稿共61张，创作于星期日蛋白质工程：根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人类自身的需要，利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列或直接对蛋白进行有目的的改造，从而创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。第三节 蛋白质工程(第二代基因工程)第57页，讲稿共61张，创作于星期日1.蛋白质的分子设计*探究活动：追寻速效胰岛素制剂的生产过程步骤1 测定胰岛素的一级结构；步骤2
21、 测定胰岛素的二、三级结构；步骤3 胰岛素结构的变化对其活性和功能的影响；步骤4 通过碱基替换方法，改造胰岛素的结构。第58页，讲稿共61张，创作于星期日*探究活动：追寻速效胰岛素制剂的生产过程步骤1 测定胰岛素的一级结构；步骤2 测定胰岛素的二、三级结构；步骤3 胰岛素结构的变化对其活性和功能有一定影响；步骤4 通过碱基替换方法，改造胰岛素的结构。蛋白质的分子设计可分三类小改：小改：少数氨基酸替换中改：不同蛋白质拼接组装中改：不同蛋白质拼接组装大改：从头设计蛋白质1.蛋白质的分子设计第59页，讲稿共61张，创作于星期日2.蛋白质工程的应用 提高蛋白质的稳定性（T T4 4溶菌酶）溶菌酶）SS SST4溶菌酶第60页，讲稿共61张，创作于星期日感谢大家观看第61页，讲稿共61张，创作于星期日