基因工程高三复习用课件

第35讲

基因工程转鱼抗寒基因的番茄转基因鲑鱼人类按照自己的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物新的遗传特征。抗虫害的玉米第一章：基因工程一、概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。

基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物实质：基因重组限制酶的识别序列限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为回文序列

黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割

被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。平末端平末端SmaI限制酶的切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。二、操作的工具2、基因的针线——DNA连接酶

（1）作用：将互补配对的DNA片段连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。（2）作用部位：形成磷酸二酯键（3）常见DNA连接酶①EcoliDNA连接酶(来自大肠杆菌)-----只作用于黏性末端。②T4噬菌体连接酶-----既连接黏性末端又作用于平末端，但连接平末端的效率较低。两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来DNA连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质不同点模板作用对象作用结果 用途都能催化形成磷酸二酯键都是蛋白质

不需要需要形成完整的重组DNA分子形成DNA的一条链基因工程DNA复制（4）DNA连接酶与DNA聚合酶的比较只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键载体的作用载体的必要条件载体的种类3、基因的运输工具--载体1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。4）必须是安全的，对受体细胞无害。5）载体DNA分子应大小适中，以便于提取和操作1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制①细菌的质粒②病毒：噬菌体、动植物病毒等。

有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。有切割位点能复制并带着插入的目的基因一起复制质粒——裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。最常用运载体——质粒

实际上在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。1.2基因工程的基本操作程序提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴直接分离基因——鸟枪法将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。

该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：

①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。（4）聚合酶链反应（PCR）扩增

概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术

聚合酶链式反应体外特定DNA片段原理：DNA复制四种脱氧核苷酸(dNTP)等

模板DNA(需含有目的基因)

条件：一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物前提：TaqDNA聚合酶等

PCR仪2、构建表达载体用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。一个完整的表达载体包括：目的基因，标记基因，启动子，终止子。知识点一：1.原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游与RNA聚合酶结合位点启动子终止子启动子：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。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。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.(以模板转录然后脱落)①不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质编码区非编码区原核细胞的基因结构②有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在该序列中，最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子真核细胞的基因结构编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：有调控作用的核苷酸序列，包括位于编码区上游的RNA

聚合酶结合位点等。非编码序列：包括非编码区和内含子原核细胞真核细胞不同点编码区是_____的编码区是间隔的、_____的相同点都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较思考编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续不连续编码区非编码3、将目的基因导入受体细胞（转化）导入扩增要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。（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——感受态细胞目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达【将目的基因导入植物细胞的方法】（1）农杆菌转化法

①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【将目的基因导入动物细胞】

方法：显微注射法

程序：目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）显微注射受精卵新性状动物【将目的基因导入微生物细胞】

原核生物特点：繁殖快、单细胞、

遗传物质少

方法：

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分子检测—鉴定—①检测转基因生物染色体的DNA

上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法——方法——方法——DNA分子杂交基因探针与mRNA杂交抗原抗体杂交4、目的基因的检测和表达基因探针

基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。归纳步骤【检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因】①首先取出转基因生物的基因组DNA；②用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针；③使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中。（1）方法:DNA分子杂交（2）过程:【检测目的基因是否转录出了mRNA】【检测目的基因是否翻译成蛋白质】①方法:基因探针与mRNA杂交方法：抗原抗体杂交②过程:

用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等鉴定（个体生物学水平）基因操作的基本步骤（四）基因工程的成果与发展前景1、基因工程与医药卫生2、基因工程与农牧业、食品工业3、基因工程与环境保护1、基因工程与医药卫生我国生产的部分基因

工程疫苗和药物（1）基因工程药品的生产微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。如利用大肠杆菌生产胰岛素、干扰素、白细胞介素—2等。既增加产量，又降低成本。胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。基因工程药品——胰岛素治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——生长激素（2）基因诊断基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。1）β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症2）苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病（3）基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。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（1）农业上：获得高产、稳产和具优良品质的农作物

用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。培育具抗逆性的作物新品种

将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。2、基因工程与农牧业、食品工业繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。（2）畜牧养殖业上将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。

基因工程为人类开辟新的食物来源。

1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。

2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。（3）食品工业中：转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄3、基因工程与环境保护（1）环境监测

基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。（2）环境污染治理

基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。1、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。2、大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。3、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。基因工程的弊端蛋白质工程一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的

转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的

，进而表现出新的

。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的

。2、天然蛋白质的不足天然蛋白质是生物在长期

过程中形成的，它们的

符合特定物种

的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活的需要的

。基因蛋白质性状蛋白质进化结构和功能生存蛋白质1、蛋白质工程的概念基础:蛋白质工程的实质：途径:目标:蛋白质的结构和功能基因修饰或基因合成改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要是对编码蛋白质的基因进行改造二、蛋白质工程的概念和原理对天然蛋白质进行改造，你认为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？蛋白质工程的流程基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计2、蛋白质工程原理天然蛋白质的合成途径：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预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列酸蛋白质工程的途径：对蛋白质进行改造大改中改小改设计、制造出自然界不存在的全新蛋白质替代某一个肽段或一个特定的结构域改造某个活性单位的一个或几个氨基酸残基（定点诱变技术）核心技术

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。基因定点诱变技术的示意图异亮氨酸苏氨酸天门冬酰胺天门冬酰胺酵母菌丙糖磷酸异构酶热稳定性提高50％工业生产上三、蛋白质工程的应用1、改造酶结构，提高酶的热稳定性和催