选修三专题一基因工程复习

1、基因工程概念基因工程概念 基因工程是指按照人们的意愿，进行基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过严格的设计，并通过体外体外DNADNA重组重组和和转转基因基因等技术，赋予生物以等技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。物类型和生物产品。 由于基因工程是在由于基因工程是在DNADNA分子水平分子水平上进上进行设计和施工的，因此又叫做行设计和施工的，因此又叫做DNADNA重组重组技术技术。基因工程相关要点基因工程相关要点基因工程相关要点基因工程相关要点2、基本工具：、基本工具： “分子手术刀分子手术刀

2、”: “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:3、基本操作步骤：基本操作步骤： 1 1、目的基因的、目的基因的获取获取 2 2、基因表达载体的、基因表达载体的构建构建（核心）（核心）3 3、将目的基因、将目的基因导入导入受体细胞受体细胞 4 4、目的基因的、目的基因的检测检测与鉴定与鉴定 黏性末黏性末端端黏性末端黏性末端 1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶EcoRI一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具 来源：来源：原核生物原核生物 作用特点：作用特点：特异性，即识别特异性，即识别特定核苷酸序列（反向对特定核苷酸序列（反向对称重复排列）称重复排列）

3、，切割，切割特定切点（磷酸二酯键）。特定切点（磷酸二酯键）。 结果：结果：产生黏性末端产生黏性末端（EcoRI）（碱基互补配对）或平（碱基互补配对）或平末端末端（SmaI）。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” 2.DNA2.DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”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连接酶连接酶可把平末端或黏性末端之间的缝隙可把平末端或黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，即相当于把梯子两边

4、的扶手的断起来，即相当于把梯子两边的扶手的断口连接起来，这样一个口连接起来，这样一个重组重组DNA分子分子就形成了。就形成了。对比DNA聚合酶具有具有1至多个至多个限制酶切点限制酶切点，供外，供外源源DNADNA片段插入片段插入在受体细胞中在受体细胞中能复制并稳定保存能复制并稳定保存具有具有标记基因标记基因，供重组，供重组DNADNA的鉴的鉴定和选择定和选择对宿主细胞无害对宿主细胞无害作用：作用：将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。常用载体：常用载体：拟核外环状拟核外环状DNA （质粒）（质粒）其他种类：其他种类：噬菌体衍生物和动植物病毒噬菌体衍生物和动植物病毒条件：条件： 3.

5、3.分子运载车分子运载车载体载体质粒质粒细菌拟核细菌拟核DNADNA之外结构简单、能之外结构简单、能自主复自主复制制的很小的的很小的环状环状DNADNA分子分子。小结小结基因工基因工程程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性(识别序列识别序列)切开切开DNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4 DNADNA连接酶连接酶运载运载工具工具具备的具备的条件条件具一个或多个限制酶切位点具一个或多个限制酶切位点能在宿主细胞中自我复制并能在宿主细胞中自我复制并稳定存在稳定存在具

6、标记基因具标记基因对宿主细胞无害对宿主细胞无害质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒噬菌体衍生物、动植物病毒二、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1 1、目的基因的获取、目的基因的获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定（一）目的基因的提取（一）目的基因的提取1.目的基因：主要是指目的基因：主要是指_ 。2.获取方法：获取方法：1）_中中获取目的基因获取目的基因2）PCR反应扩增反应扩增DNA3）人工合成法：化学方法合成）人工合成法：化学方法合成DNA片段（反转

7、录片段（反转录法、直接合成法）法、直接合成法）从基因文库从基因文库编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因 文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小基因中启动子基因中启动子基因中内含子基因中内含子基因多少基因多少种间基因交流种间基因交流小小大大无无有有无无有有某生物的部分某生物的部分基因基因某生物的全部基某生物的全部基因因可以可以部分可以部分可以利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCRPCR）模板模板DNA DNA 4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸一对引物一对引物热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(T

8、aq酶）酶）原理：原理：DNADNA半保留复制半保留复制前提：前提：一段已知目一段已知目的基因的核苷酸序的基因的核苷酸序列列条件：条件：延伸延伸(70(70 -75-75 )变性变性(90-95(90-95 ) 退火退火(55(55 -60-60 ) 过程：过程：（二）基因表达载体构建二）基因表达载体构建1、基因表达载体由、基因表达载体由 _、_ _、_、 四部分组成。四部分组成。目的基因目的基因启动子启动子标记基因标记基因 终止子终止子2、启动子作用：、启动子作用：3、标记基因的作用：、标记基因的作用： RNA聚合酶识别和结合的位点，聚合酶识别和结合的位点，启动转录的启动转录的“开关开关”。

9、 鉴别受体细胞中是否含有鉴别受体细胞中是否含有目的基因目的基因 ，从普通细胞，从普通细胞中筛选出含目的基因的受中筛选出含目的基因的受体细胞体细胞（1 1）用一定的）用一定的_切割质粒，使其出现一个切割质粒，使其出现一个切口，露出切口，露出_。（2 2）用）用_切断目的基因，使其产生切断目的基因，使其产生 _。（3 3）将切下的目的基因片段插入质粒的）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，处，再加入适量再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组DNADNA分分子（重组质粒）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相同相同的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接

10、酶重组质粒形成过程重组质粒形成过程: :转化转化: :目的基因目的基因进入受体细胞内进入受体细胞内，并且在受体细胞，并且在受体细胞内维持内维持稳定和表达稳定和表达的过程。的过程。（三）将目的基因导入受体细胞（三）将目的基因导入受体细胞受体细胞种类受体细胞种类方法方法植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法（双子叶植物、裸子植物）农杆菌转化法（双子叶植物、裸子植物）基因枪法（单子叶植物）基因枪法（单子叶植物）花粉管通道法花粉管通道法显微注射技术：显微注射技术：目的基因表达载体提纯目的基因表达载体提纯 取卵取卵（受精卵受精卵）显微注射显微注射受精卵发育受精卵发育新性状动物新

11、性状动物用用CaCa2+2+处理处理细胞细胞感受态细胞感受态细胞表达载体与感表达载体与感受态细胞混合受态细胞混合感受态细胞吸收感受态细胞吸收DNADNA分子分子将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞 原核生物原核生物繁殖快、多为单细胞、遗繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，故早期常作为受体传物质相对较少，故早期常作为受体细胞。细胞。大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞用用Ca2+处理处理感受态细胞感受态细胞重组表达载体重组表达载体DNA溶于缓冲液溶于缓冲液混合混合导入导入分子水平检测：分子水平检测：检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了目的上是否插入了目的基因：基

12、因：方法方法DNADNA分子杂交分子杂交( (探针与基因组探针与基因组DNA)DNA)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：方法方法分子杂交（探针与生物体分子杂交（探针与生物体mRNAmRNA）检测目的基因是否翻译成蛋白质：检测目的基因是否翻译成蛋白质：方法方法抗原抗原抗体杂交抗体杂交( (生物中蛋白质与抗体生物中蛋白质与抗体) )个体水平鉴定个体水平鉴定（性状）（性状）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（四）目的基因的检测与鉴定（四）目的基因的检测与鉴定分子探针：分子探针：同位同位素标记的素标记的目的基目的基因因的的单链单链 转基因生物转

13、基因生物 转基因生物是指利用转基因生物是指利用 技术导入技术导入 _培育出的能够将新性状培育出的能够将新性状稳定地稳定地_ 给后代的给后代的 生物。生物。基因工程基因工程外源基因外源基因遗传遗传基因工程基因工程优点：优点： 打破了常规育种难以突破的打破了常规育种难以突破的 _ ， _ _ 的改的改变了生物的遗传性状变了生物的遗传性状. .物种之间的界限物种之间的界限( (生殖隔离生殖隔离) )定向定向三、 基因工程的应用1、植物基因工程成果、植物基因工程成果2、动物基因工程成果、动物基因工程成果抗虫转基因植物抗虫转基因植物（抗虫棉）（抗虫棉）抗病转基因植物抗病转基因植物（病毒外壳蛋白基因）（病

14、毒外壳蛋白基因）抗逆转基因植物抗逆转基因植物（抗性基因）（抗性基因）改良植物品质改良植物品质（营养、实用、观赏价值）（营养、实用、观赏价值）提高动物生长速度提高动物生长速度（外源生长激素基因）（外源生长激素基因）改善畜产品质量改善畜产品质量生产药物生产药物（乳腺生物反应器）（乳腺生物反应器）做器官移植供体做器官移植供体（导入调节因子，避免（导入调节因子，避免排异反应）排异反应）基因工程药物基因工程药物（转基因工程菌生产抗体、（转基因工程菌生产抗体、细胞因子等）细胞因子等）3 3、基因诊断、基因诊断: :用放射性同位素用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子等、荧光分子等标记的标记的D

15、NADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理，鉴，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。4 4、基因治疗、基因治疗: :把把健康的外源基因健康的外源基因导入有基因缺陷导入有基因缺陷的细胞中，达到的细胞中，达到治疗疾病的目的。治疗疾病的目的。 取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内四、蛋白质工程概念：概念：以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有的，对现有的蛋白质蛋白质进

16、行进行改造改造，或制造一种或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以满足人类生产生活的需要。，以满足人类生产生活的需要。原理：原理：步骤：步骤：DNADNAmRNAmRNA翻译翻译转录转录肽链肽链复制复制折叠折叠具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物表达生物特有的功特有的功能或性状能或性状基因基因DNADNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNAmRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNADNA合成合成分子设计分子设计比较：基因工程和蛋白质工程比较：基因工程和蛋白质工程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，都属于

17、分子水平都要改造基因，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可以是新的可以是新的联系联系蛋白质工程是以基因工程为基础，蛋白质工程是以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸；前者是基因工程的应用和延伸；前者可为后者修饰、改造酶可为后者修饰、改造酶基因工程步骤基因工程步骤1342概念：概念：原理：原理：工具工具步骤步骤应用应用基基因因工工程程小小结结限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶：DNA连接酶：连接酶：载体：载体：来源；作用及特点；结果来源；作用及特点；结果种类；作用种类；作用作用；必备条件；常用载体作用；必备条件；常用载体目的基