一轮复习：选修3-基因工程

1、zxxk黏性末端黏性末端平末端平末端ATGCATGC限制酶切割磷酸二酯键限制酶切割磷酸二酯键G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割ATGCATGC连接酶连接磷酸二酯键连接酶连接磷酸二酯键DNADNA连接酶的作用过程：连接酶的作用过程：二、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶作用部位：作用部位：（扶手）（扶手）（梯子）（梯子）连接黏性末端连接黏性末端连接黏性末端和平末端连接

2、黏性末端和平末端分类分类作用作用E.coli DNA连接酶连接酶连接酶种类：连接酶种类：T4DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶和和DNA连接酶有何连接酶有何相同点和不同点？相同点和不同点？DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶连接连接DNA链链连接部位连接部位双链双链在两在两DNADNA片片断之间形成断之间形成磷酸二脂键磷酸二脂键单链单链将单个核苷酸加将单个核苷酸加到已存在的核酸到已存在的核酸片断片断3 3末端形成末端形成磷酸二脂键磷酸二脂键 目前被较广泛提取使目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因等。基因、

3、人干扰素基因等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤一、目的基因的获取一、目的基因的获取将需要的基因从供体生物将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。的细胞内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶主要是指主要是指_编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因一、目的基因的获取一、目的基因的获取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）人工合成概念：概念：基因文库基因文库 （gene libra

4、ry）基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库（如（如cDNA文库）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DNA片段片段,导入受体菌的群体中储存导入受体菌的群体中储存,各个受体菌各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因分别含有这种生物的不同的基因,称为基因称为基因文库文库(gene library)某生物体内某生物体内全部全部DNA 许多许多DNA片段片段受体菌群体受体菌群体限制酶限制酶与运载体连接与运载体连接 导入导入基因组文库基因组文库某种生物某个时期的某种生物某个时期的mRNAcDNA反转录反转录受体菌群体受体菌群体与运载体连接与运载体连接 导入导入cDNA文

5、库文库（2 2）利用）利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因PCR聚合酶链式反应聚合酶链式反应 是一项生物是一项生物体外复制体外复制特定特定DNA片片段的核酸合成技术。通过此技术，可段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。获取大量的目的基因。PCR技术技术 原理：原理： 前提：前提： 原料原料 方式方式PCR扩增仪扩增仪DNA复制复制一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列：以：以_方式扩增，方式扩增， 即即_ _ _（n n为扩增循环的次数）为扩增循环的次数）指数指数2 2n n模板模板DNA；DNA引物；四种脱氧引物；四种脱氧核苷酸；热稳定核苷酸；热稳

6、定DNA聚合酶聚合酶（Taq酶）；酶）；n 过程变性、退火、延伸三步曲变性：加热至加热至9095双链DNA解链成为单链DNA退火：冷却至冷却至5560部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：加热至加热至7075以目的基因为模板，合成互补的新DNA链变性变性退火退火延伸延伸（3 3）人工合成目的基因）人工合成目的基因 如果基因比较小，核苷酸序列又如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过已知，也可以通过DNADNA合成仪用化学合成仪用化学方法直接合成。方法直接合成。质粒质粒目的基因目的基因限制酶处理限制酶处理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

7、获得目的基因DNADNA连接酶连接酶表表达达载载体体同种同种1.1.过程过程: :二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建核心核心2、基因表达载体的作用、基因表达载体的作用a、使目的基因在受体细胞中稳、使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给子代定存在并遗传给子代b、使目的基因能表达和发挥作用、使目的基因能表达和发挥作用3.3.基因表达载体的组成基因表达载体的组成：它们有什么作用？它们有什么作用？a、目的基因、目的基因b、启动子、启动子c、终止子、终止子d、标记基因、标记基因位于基因的首端位于基因的首端,是是mRNA结合位点结合位点位于基因的末端位于基因的末端,终终止转录止转录检测目的基因是

8、否导入受体细胞检测目的基因是否导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞1、将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞（1）农杆）农杆菌转化法菌转化法特点特点:能感染能感染双子叶植物双子叶植物和和祼子植物祼子植物,对对大多数单子叶植物无感染能力大多数单子叶植物无感染能力Ti质粒质粒的的TDNA可转移至受体细可转移至受体细胞并整合到其染色体上胞并整合到其染色体上转化过程转化过程:Ti质粒质粒目的基因目的基因构建构建表表达达载载体体导入导入植植物物细细胞胞插入插入植物细胞植物细胞染色染色DNA表达表达新新性性状状转入转入农农杆杆菌菌2、将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动

9、物细胞方法方法:显微注射技术显微注射技术操作程序操作程序:提纯含目的基提纯含目的基因表达载体因表达载体取受精卵取受精卵显微注射显微注射移植到子宫移植到子宫受精卵发育受精卵发育新性状动物新性状动物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常用法：常用法：Ca2+处理处理常用菌：大肠杆菌常用菌：大肠杆菌微生物作受体细胞原因：微生物作受体细胞原因：繁殖快、繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少多为单细胞、遗传物质相对少过程：过程：Ca2+处理处理大肠杆菌大肠杆菌感受态感受态细胞细胞表达载体表达载体与感受态与感受态细胞混合细胞混合感受态细感受态细胞吸收胞吸收DNA( (四四) )目的基因的检测与

10、鉴定目的基因的检测与鉴定检测检测导入检测：目的基因是否导入受体细胞导入检测：目的基因是否导入受体细胞方法方法 DNADNA分子杂交分子杂交表达检测表达检测转录检测转录检测分子杂交分子杂交翻译检测翻译检测抗原抗体抗原抗体杂交杂交分分子子检检测测法法鉴定鉴定抗虫鉴定抗虫鉴定抗病鉴定抗病鉴定活性鉴定等活性鉴定等个体水平的鉴定个体水平的鉴定 杀虫基因Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因导入作物抗虫植物意义：减少化学农药的使用，降低生产成本，减轻对环境的污染目的基因Bt毒蛋白本身有毒性吗？目的基因：抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基

11、因意义：为培育抗病毒新品种开辟了新的途径例如：注意：引起植物生病的微生物有哪些？主要病毒、细菌、真菌等富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米控制番茄果实成熟的基因导入番茄番茄与植物花青素代谢有关的基因改变花瓣颜色高赖氨酸玉米乙型肝炎疫苗目的基因：作用：生产合成受体生物： 微生物，如大肠杆菌、酵母菌等思考：为什么常选择微生物作受体？产品名称菌株或细胞 应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a干扰素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓剂哺乳动物细胞治疗糖尿病治疗生长缺陷症治疗烫伤、胃溃疡治疗某些癌症治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎治疗心血管病（心脏病）可分为：体外一

12、、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由有些蛋白质只是适应生物自身有些蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要类生产和生活需要，所以需要加以改造。加以改造。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。质，进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白在原则上只能生产自然界

13、已存在的蛋白质。质。（2）基因工程的不足：）基因工程的不足： 天然蛋白质是生物在长期进化过程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。类生产和生活的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。需要的蛋白质。满足人类生满足人类生产和生活的产和生活的需要需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰

14、素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应

15、该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改对天然蛋白质改造，主要原因如下：造，主要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过改造过的蛋白质可以遗传下去的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容容易操作，难度要小得多。易操作，难度要小得多。 二、

16、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：、目标：2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变. 途径途径:预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计

17、预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（基因）蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链基因基因DNADNA预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计mRNA生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因都要改造基因，都属于分子水平都属于分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系