复习基因工程

基因工程专题复习,1.1DNA重组技术的基本工具,基因工程是指按照，进行严格的设计，并通过DNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在水平上进行设计和施工的，因此又叫做。,一、基因工程的概念,人们的意愿,体外,DNA重组技术,DNA分子,可以说这既是概念，也是原理。,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切,拼接,导入,表达,人类需要的基因产物(定向改造生物遗传特性),实质：基因重组,基因工程的特点：,二、基因操作的工具,1、基因的剪刀限制性内切酶,2、基因的针线DNA连接酶,3、基因的运输工具运载体,识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。具有异性,主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶化学本质：蛋白质。,1、来源：,3、作用：,4、结果：,形成两种末端,“分子手术刀”限制酶,可用于目的基因和载体的切割,2、特性：,限制酶是一类酶，而不是一种酶。,GAATTC,限制酶切割DNA分子示意图,CTTAAG,黏性末端,EcoR,中轴线,CCCGGG,限制酶切割DNA分子示意图,GGGCCC,平末端,Sma,中轴线,GAATTCCTTAAG,GAATTCCTTAAG,EcoR,不同来源的DNA片段混合,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,GAATTCCTTAAG,酶切,GAATTCCTTAAG,同一种,用同一种限制性酶处理不同DNA片段，会形成同样的黏性末端，可进行重组。,EcoliDNA连接酶：连接黏性末端,T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端,1.DNA连接酶的种类,2.DNA连接酶的作用部位：,脱氧核苷酸链上相邻的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,“分子缝合针”DNA连接酶,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？,作用：具备的条件种类：,将外源基因送入受体细胞。,对受体细胞的生存没有决定性作用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某些标记基因,质粒、噬菌体和动植物病毒。,使用运载体的目的,用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去。,“分子运输车”载体,质粒的特点,（）质粒上会存在某些标记基因，标记基因有什么用途？,思考,质粒：是一种的、，并具有能力的。,裸露,结构简单,独立于细菌染色体（拟核）之外,自我复制,双链环状DNA分子,鉴别和筛选含有目的基因的细胞,基因工程的基本操作程序,基因工程的基本操作程序,一、目的基因的获取,二、基因表达载体的构建,三、将目的基因导入受体细胞,四、目的基因的检测与鉴定,一、目的基因的获取,1、目的基因主要是_,编码蛋白质的基因,例子：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因,2、获取目的基因的常用方法,（1）从基因文库中获取,（2）利用PCR技术扩增,也可以是一些具有调控作用的因子,初始目的基因的来源,1.从生物中直接获取,2.人工合成（目的基因的核苷酸序列已知且较简单）,补充：基因的结构,（1）原核生物基因结构,编码区,非编码区,非编码区,编码区上游,编码区下游,编码蛋白质,调控遗传信息的表达,（调控程序）,AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC,启动子,终止子,编码区,非编码区,非编码区,启动子,终止子,ATGTGCACGTAGTTA,TACACGTGCATCAAT,RNA聚合酶,AUGUGCACGUAGUUA,启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。,RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.,终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。,编码区,非编码区,非编码区,（能编码蛋白质）,启动子,终止子,（2）真核与原核生物基因结构的比较,外显子,内含子,编码蛋白质,（不能编码蛋白质）,相同点：都是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区。,不同点：原核细胞基因的编码区是连续的；真核细胞的编码区是间隔的，不连续的。,（2）真核生物基因结构,外显子：真核细胞基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。,1、从基因文库中获取目的基因,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,提取某种生物的全部DNA,用适当的限制酶切,一定大小的DNA片段,将DNA片段与载体连接,导入受体菌中储存,基因组文库,a.直接分离法(鸟枪法),如何构建基因文库？,某种生物的单链mRNA,单链互补DNA,双链cDNA片段,导入受体菌中储存,与载体连接,cDNA文库,反（逆）转录酶,DNA聚合酶,b.反转录法：cDNA的合成流程图解,如何构建基因文库？,基因组DNA文库,cDNA文库,基因组DNA文库与cDNA文库的比较,为什么要构建基因文库？目的,怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢?,便于在不知道目的基因核苷酸序列的情况下，获得所需的目的基因。,依据：目的基因的有关信息。,如：根据基因的核苷酸序列基因的功能基因在染色体上的位置基因的转录产物mRNA基因翻译产物蛋白质等特性。,概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制_的核酸合成技术,条件：_、_、_、_(Taq酶）.,原理：_,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA复制,模板DNA,四种脱氧核苷酸,DNA引物,热稳定DNA聚合酶,2.利用PCR扩增目的基因,方式：以_方式扩增，即_（n为扩增循环的次数）,结果：,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,一段已知目的基因的核苷酸序列,指数,2n,过程,a、变性（90-95）：双链DNA模板在热作用下，_断裂，形成_,b、复性（复性55-60）：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，合成与模板互补的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,变性（90-95）,PCR技术扩增目的基因的过程：,3.人工合成,根据已知的氨基酸序列合成DNA,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,已知核苷酸序列的较小基因可以化学合成，不需要模板。,质粒,目的基因,限制酶处理,一个切口两个黏性末端,两个切口获得目的基因,DNA连接酶,表达载体,同一种,1.过程,二、基因表达载体的构建核心,限制酶切割位点的选择必须保证目的基因，标记基因的完整性，以便于检测和表达。,2、目的：,使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代同时使目的基因能够表达和发挥作用。,3、基因表达载体的组成：,复制原点+目的基因+启动子+终止子+标记基因,它们各自的作用是什么?,三、将目的基因导入受体细胞,（一）转化：,（二）方法,将目的基因导入植物细胞,将目的基因导入动物细胞,将目的基因导入微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,钙离子处理,目的基因进入_内，并且在受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,1、将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法农杆菌特点：,易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力,原理：Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。,过程：,优点：经济、有效,（2）基因枪法（3）花粉管通道法,目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）显微注射带目的基因受精卵新性状动物,2、将目的基因导入动物细胞方法：显微注射法程序：,3、导入微生物细胞,原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少,用Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子,方法：,四、目的基因的检测与鉴定,检测,导入检测：目的基因是否导入受体细胞,方法,DNA分子杂交,表达检测,转录检测分子杂交,翻译检测抗原抗体杂交,分子检测法,鉴定,抗虫鉴定抗病鉴定活性鉴定等,个体水平的鉴定,蛋白质工程的崛起,一、蛋白质工程的崛起的缘由,基因工程产物基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。,二、蛋白质工程的基本原理,1、蛋白质工程的目标,根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。,2、天然蛋白质的合成过程,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,、蛋白质工程的基本途径,预期的蛋白质功能,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）,4、蛋白质工程的概念,是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质工程的基础:,蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系,蛋白质工程的实质：,改造基因,蛋白质工程的产物：,新的蛋白质,5、蛋白质工程与基因工程的关系,蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的