基因工程知识结构.ppt

现代生物科技专题现代生物科技专题 基因工程基因工程 细胞工程 胚胎工程 基本工具基本工具 操作程序操作程序 生产应用生产应用 载体 DNA连接酶 限制性核酸内切酶 目的基因的检测与表达 目的基因导入受体细胞 基因表达载体的构建 目的基因的获取 转基因动物 转基因植物 工程菌 基因治疗 蛋白质工程蛋白质工程 基本原理 练练 练练 1、限制酶的作用：（体现了专一性） 2、限制酶的作用原理： 4、用途： 5、来源和种类：微生物、几千种 3、作用结果： “分子手术刀”限制性核酸内切酶 1）能识别特定核苷酸序列； 2）从特定部位的两个核苷酸之间切开。 催化磷酸二酯键断裂 形成黏性末端、平末端 1）切割目的基因和运载体（基因工程） 2）保护自身细胞原有的遗传信息 （原核微生物细胞） “分子手术刀”限制性核酸内切酶 “分子手术刀”限制性核酸内切酶 “分子缝合针”DNA连接酶 1、DNA连接酶的作用： 2、作用原理： 3、作用结果： 4、用途： 5、种类： DNA聚合酶与DNA连接酶 连接DNA片段 催化磷酸二酯键形成 获得重组DNA分子 1）构建基因表达载体（基因工程） 2）基因修复（原核微生物细胞） 1 1）E.coliE.coli DNA DNA连接酶连接酶 粘性末端粘性末端 2 2）T4 DNAT4 DNA连接酶连接酶 粘性末端和平末端粘性末端和平末端 2、作为载体的必要条件： 能自我复制 有切割位点 有遗传标记基因 另外，对受体细胞无害、容易分离等 1、载体的用途： 1 1）运载工具）运载工具 2 2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制 “分子运输车”载体 3、载体的种类： 1）细菌质粒 2）噬菌体的衍生物 3）动植物病毒 能复制并带着插 入的目的基因一 起复制 切割位点 有标记基因的存 在，将来可用含 青霉素的培养基 鉴别。 “分子运输车”载体 1 1、不属于质粒被选为基因运载体的理由是、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A A、能复制能复制 （ ） B B、有、有多个限制酶切点多个限制酶切点 C C、具有标记基因具有标记基因 D D、它是环状它是环状DNADNA D D 练习练习 2 2、以下说法正确的是、以下说法正确的是 （ ） A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列酸序列 B B、质粒是基因工程中唯一的运载体质粒是基因工程中唯一的运载体 C C、运载体必须具备的条件之一是：具有多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个限制酶切点，以便与外源基因连接 D D、基因控制的性状都能在后代表现出来基因控制的性状都能在后代表现出来 C C 练习练习 3 3、有关基因工程的叙述中，错误的是、有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A A、DNADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起连接酶将黏性末端的碱基对连接起 来来 B B、 限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C C、目的基因须由运载体导入受体细胞目的基因须由运载体导入受体细胞 D D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶 A A 练习练习 步骤一：步骤一：目的基因的目的基因的获取获取 方法1、从基因文库中获取 方法2、利用PCR技术获取和扩增目的基因 方法3、人工合成 步骤二：基因表达载体的构建步骤二：基因表达载体的构建 步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞 植物细胞 另有：基因枪法和花粉管通道法另有：基因枪法和花粉管通道法 步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞 动物细胞 1 1）将细菌用）将细菌用CaClCaCl 2 2 处理，以增大细菌细处理，以增大细菌细 胞壁的通透性，使其处于胞壁的通透性，使其处于感受态感受态。 2 2）使含有目的基因的）使含有目的基因的重组质粒进入重组质粒进入受体受体 细胞。细胞。 3 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而 复制复制，由于细菌，由于细菌繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很非常快，在很 短的时间内就能获得短的时间内就能获得大量大量的目的基因。的目的基因。 步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 微生物细胞微生物细胞 步骤四：步骤四：目的基因的检测与目的基因的检测与鉴定鉴定 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 、培养基鉴定培养基鉴定 目的基因的目的基因的mRNAmRNA 转录转录 翻译 双链双链DNADNA ( (即目的基因即目的基因) ) 蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列 参与代谢 表现出特定性状表现出特定性状 DNA探针DNA杂交 DNA探针mRNA杂交 抗原抗体杂交 、分子水平鉴定 、个体生物学水平鉴定 步骤四：步骤四：目的基因的检测与目的基因的检测与鉴定鉴定 受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明 目的基因完成了目的基因完成了表达表达。 步骤四：步骤四：目的基因的检测与目的基因的检测与鉴定鉴定 若不能表达， 要对抗虫基因 再进行修饰。 练习练习 1、在基因工程中，切割运载体和含有目的基 因 的DNA片段，需使用（ ） 同种限制酶 B. 两种限制酶 同种连接酶 D. 两种连接酶 2、基因工程常用的受体细胞有（ ） （1）大肠杆菌 （2）枯草杆菌 （3）支原体 （4）动植物细胞 A. （3）（4） B. （1）（2）（4） C. （2）（3）（4） D. （1）（2）（3） 3 3、 基因工程是在基因工程是在DNADNA分子水平上进行设计分子水平上进行设计 施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行 碱基互补配对的步骤是碱基互补配对的步骤是 （ ） A A、人工合成目的基因人工合成目的基因 B B、目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合 C C、将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 D D、目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 C C 练习练习 4 4、有关基因工程的叙述正确的是、有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A A、限制酶只在获得目的基因时才用限制酶只在获得目的基因时才用 B B、重组质粒的形成在细胞内完成重组质粒的形成在细胞内完成 C C、质粒都可作为运载体质粒都可作为运载体 D D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料资料 D D 练习练习 5 5、水母发光蛋白由、水母发光蛋白由236236个氨基酸构成，其中个氨基酸构成，其中AspAsp 、 GlyGly、SerSer构成发光环，现已将这种蛋白质的基构成发光环，现已将这种蛋白质的基 因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这 种蛋白质的作用是种蛋白质的作用是( )( ) A A、促使目的基因导入宿主细胞中、促使目的基因导入宿主细胞中 B B、促使目的基因在宿主细胞中复制、促使目的基因在宿主细胞中复制 C C、使目的基因容易被检测出来、使目的基因容易被检测出来 D D、使目的基因容易成功表达、使目的基因容易成功表达 C C 6 6科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人 的抗体。相关叙述正确的是（的抗体。相关叙述正确的是（ ） 该技术将导致定向变异该技术将导致定向变异 DNADNA连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对 连接起来连接起来 蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料 受精卵是理想的受体受精卵是理想的受体 该羊的产生要用到核移植技术该羊的产生要用到核移植技术 该羊的产生要用到胚胎移植技术该羊的产生要用到胚胎移植技术 A A B B C C D D D D 提高作物抗逆能力 改良农作物的品质 生产药物 抗虫转基因植物抗虫转基因植物 抗病转基因植物抗病转基因植物 其它抗逆转基因植物其它抗逆转基因植物 （抗旱、寒、盐碱等）（抗旱、寒、盐碱等） 如：转基因玉米如：转基因玉米 、转基因植物 提高动物生长速度 转基因绵羊、鲤鱼等 改善畜产品的品质 降低牛奶中乳糖的含量 生产药物 乳腺/房生物反应器 作为器官移植供体 、转基因动物 、工程菌：工程菌： 用基因工程方法，使外源基因得到高效表达的 菌类细胞株系。 生产应用：生产应用： 3）构建基因文库，保护生物多样性 2）环境保护（如分解石油的“超级菌”） 1）生产基因工程药物 细胞因子、抗体、 疫苗、激素等 、基因治疗： 把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物 发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。 1）体内治疗： 2）体外治疗： 直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。 先从病人体内获取某种细胞，例如T 淋巴细胞， 进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功 转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内的治 疗方法。 蛋白质工程的基本原理 需要的 （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， 通过蛋白质的一级结构、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 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 级结构的关系、结构与功能的关系方面的规律。 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 的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。 （二）蛋白质改造工程举例胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六 聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延 缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛 素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工 程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使 胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实 验。 何谓蛋白质工程？ 在现代生物技术中，蛋白质工程出现 得最晚，是在20世纪80年代初期出现的 。1983年 “蛋白质工程”这个名词出现后 ，随即被广泛接受和采用 。 蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质分子的是指以蛋白质分子的结结 构规律及其与生物功能的关系构规律及其与生物功能的关系作为基础作为基础, , 通过通过基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成, ,对现有蛋白质对现有蛋白质 进行改造进行改造, ,或制造一种或制造一种新新的蛋白质的蛋白质, ,以满足以满足 人类的生产和生活的需求。人类的生产和生活的需求。 蛋白质工程的进展和前景 蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科 的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白 质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来 研究。人们对蛋白质的高级空间结构，以及高人们对蛋白质的高级空间结构，以及高 级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故 研究难度较大研究难度较大。 蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭 新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药 方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开 创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的 蛋白质的新时期。 基因文库: 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入 受体菌的群体受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的 不同的基因,称为基因文库(gene library) 1） 基因组文库: 基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基 因文库叫做基因组文库. 2）部分基因文库: 基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基 因文库叫做部分基因文库.（如：cDNA文库） 1 1、原理原理 2 2、条件、条件 3 3、过程、过程 复性复性 变性变性 延伸延伸 引物引物 模板模板 原料原料 酶酶 缓冲液环境缓冲液环境 温控设备温控设备 DNADNA的半保留复制的半保留复制 目的基因的目的基因的mRNAmRNA 单链单链DNA(cDNADNA(cDNA) ) 反转录反转录 合成合成 双链双链DNADNA ( (即目的基因即目的基因) ) 蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列 mRNAmR