,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专题1 基因工程,基因工程,又叫做,基因拼接技术,或,DNA重组技术,。,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,人类所需要的新的生物类型和生物产品,专题1 基因工程基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重,1,基础理论 和技术的发展 催生了基因工程,阅读课本第2页,基础理论,2,1.1,DNA重组技术的基本工具,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,人类所需要的新的生物类型和生物产品,分析概念,：,工,具,为什么,要加工,什么是,表达,用什么,导入,1.1 DNA重组技术的基本工具是在生物体外，通过对DNA分,3,基因操作的工具,基因的剪刀（分子手术刀）,限制性核酸内切酶（限制酶）,基因的针线（分子缝合针）,DNA连接酶,基因的运输工具（分子运输车）,运载体,到哪里去寻找这种酶,基因操作的工具 基因的剪刀（分子手术刀）到哪里去寻找这种酶,4,（,1）限制酶,分布：主要在原核生物中。,作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。,结果：产生黏性未端和平末端,举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶,与我们学过的,DNA酶相同吗？,识别序列的特点,作用是什么,两者的区别,这两种酶切的特点,切断的是什么键,（1）限制酶 分布：主要在原核生物中。与我,5,限制酶的识别特点,以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列,如：,GAA,TTC,CCC,GGG,CTT,AAG,GGG,CCC,限制酶的识别特点以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排,6,（2）DNA连接酶,连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键：,磷酸二酯键（梯子的扶手）,结果：两个相同的未端的连接。,举例：Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,与,DNA聚合酶,相同吗,二者在性质,上的区别,（2）DNA连接酶 连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间,7,（3）运载体,作用：将外源基因送入受体细胞。,具备的条件：,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,对受体细胞无害,举例：质粒、噬菌体,和动植物病毒。,为什么,要具备,这些条件,（3）运载体 作用：将外源基因送,8,1.2基因工程的,基本操作程序,为什么要获得目的基因,为什么要把目的基因,与载体结合,受体细胞是指什么,为什么要进行检测,1.2基因工程的为什么要获得目的基因为什么要把目的基因受体细,9,第一步：获取目的基因,方法,：,1,.从基因文库中获取目的基因。,第一步：获取目的基因方法：,10,基因文库的构建模式图,通过对,受体菌的,培养而,储存基因,基因文库的构建模式图通过对,11,第一步：获取目的基因,方法,：,1,.从基因文库中获取目的基因。,2.利用PCR技术合成DNA,PCR:,聚合酶链式反应.是以DNA变性、复制的,某些特性为原理设计的.,前提条件是必须对目的基因有一定的了解，,需要设计引物。,第一步：获取目的基因方法：1.从基因文库中获取目的基因。,12,PCR原理图,PCR原理图,13,PCR,的过程,（1）以DNA 片段作模板，在 90 高温下，分开成 为 单链DNA。,（2）以DNA 小段寡聚核苷酸做引物，在 50 的温度下，找到可以配对的正链和负链，形成互补结合,（3）在 70 高温下，合成一条与模板 DNA 单链（正链或负链）互补结合的DNA新链。,（4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从 90,o,C-50,o,C,-,75,o,C，目的基因的量不断增加,反应体系中经历：变性淬火合成重复。,结果：目的基因的量成指数形式扩增（2,n,),高温的作用是？,引物是怎样获得的？,四种脱氧核苷三磷酸（4 X dNTP),酶,高温 DNA 聚合酶,（Taq 酶），,原料,PCR的过程（1）以DNA 片段作模板，在 90 高温下，,14,第一步：获取目的基因,方法,：,1,.从基因文库中获取目的基因。,2.利用PCR技术合成DNA,3.mRNA差异显示法获得目的基因（反转录）,第一步：获取目的基因方法：1.从基因文库中获取目的基因。,15,由mRNA反转录形成cDNA,mRNA DNA单链,DNA单链 RNA DNA杂交分子,RNA DNA杂交分子 单链DNA,单链DNA 双链DNA,逆转录,使RNA降解,复制,核酸酶H,?,?,形成氢键,由mRNA反转录形成cDNAmRNA,16,第一步：获取目的基因,方法,：,1,.从基因文库中获取目的基因。,2.利用PCR技术合成DNA,3.mRNA差异显示法获得目的基因（反转录）,4.采用DNA合成仪人工合成长度不是很大的DNA片段。,5.用机械的方法，如超声波把打成片段。,第一步：获取目的基因方法：1.从基因文库中获取目的基因。,17,原核生物基因表达的调 控,乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时),lac,Z,lac,Y,lac,A,调节基 因,启动 子,操纵基 因,结构基 因,RNA聚合酶,信使 RNA,转 录,翻 译,阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与 操纵基因结合，使得结构基因进行转录。,阻抑 物,乳糖,转 录,半乳糖苷酶,酶,酶,原核生物基因表达的调 控乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时,18,第二步：基因表达载体的构建,核心,目的基因与载体结合成为重组基因,需要,哪两种,工具,第二步：基因表达载体的构建核心目的基因与载体结合成为重组基,19,总结：表达载体需由哪几部分组成,复制原点,启动子,目的基因,终止子,标记基因,它们的作用是？,总结：表达载体需由哪几部分组成复制原点它们的作用是？,20,第三步：将目的基因导入受体细胞,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,什么叫转化,常用的转化方法有哪些？,具体过程？,第三步：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入植物细胞什么叫,21,第四步：目的基因的检测与鉴定,首先：,其次：,最后：,还要：,检测与鉴定哪些环节,具体,方法？,第四步：目的基因的检测与鉴定首先：检测与鉴定哪些环节具体,22,DNA分子杂交技术,基因探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。,满足：（1）必须是单链，（2）带有容易被检测出来的标记物。,DNA分子杂交技术基因探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片,23,编码区上游,编码区下游,RNA聚合,酶结合位点,RNA聚合,酶结合位点,编码,蛋白质,调控,调控,原核细胞,真核细胞,真核细胞,编码区上游编码区下游RNA聚合原核细胞真核细胞真核细胞,24,1、3 基因工程的应用,转基因生物,目的基因,目的基因来源,抗虫植物,Bt毒蛋白基因,苏云金芽胞杆菌,（如：抗虫,蛋白酶抑制剂基因,植物,棉）,淀粉酶抑制剂基因,植物凝集素基因,抗病植物,病毒外壳蛋白基因,（如：转基,病毒的复制酶基因,因烟草）,几丁质酶基因,请继续把表格完成,1、3 基因工程的应用转基因生物目的基因目的基因来源抗虫植物,25,抗逆转基因植物,抗冻蛋白基因,鱼,抗除草剂基因,转基因玉米,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,转基因延熟番茄,控制番茄果实成熟的基因,转基因矮牵牛,植物花青素代谢有关的基因,转基因鲤鱼,外源生长激素基因,人,转基因牛,肠乳糖酶基因,人,转基因牛（羊）,抗凝血酶基因、血清白蛋白基因、生长激素基因、a-抗胰蛋白酶,转基因烟草,发光基因,萤火虫,抗逆转基因植物抗冻蛋白基因鱼抗除草剂基因转基因玉米富含赖氨酸,26,工程菌,细胞因子、抗体、疫苗、激素、白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗,基因治疗,腺苷酸脱氨酶基因,功能正常的基因,反义基因,自杀基因,器官移植的供体动物,被导入某种调节因子的器官供体基因组,工程菌细胞因子、抗体、疫苗、激素、白细胞介素-2、干扰素、乙,27,1、,4蛋白质工程的崛起,蛋白质工程的概念,是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地,设计,一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。,或者,从蛋白质结构与功能的关系出发，定向地,改造,天然蛋白质的结构，特别是对功能基因的修饰，也可以制造新型的蛋白质。,1、4蛋白质工程的崛起,28,专题1基因工程ppt课件,29,一、蛋白质的改造,干扰素在体外保存困难,玉米中赖氨酸含量比较低,将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸,第104位的,天冬酰胺,变成,异亮氨酸,第352位的,苏氨酸,变成,异亮氨酸,解除赖氨酸对酶活性的限制,赖氨酸,天冬氨酸激酶,二氢吡啶二羧酸合成酶,一、蛋白质的改造干扰素在体外保存困难将分子中的一个半胱氨酸转,30,二、蛋白质工程的基本原理,天然蛋白质的合成过程时怎样的？,遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变,二、蛋白质工程的基本原理天然蛋白质的合成过程时怎样的？遵循中,31,蛋白质工程的途径,预期蛋白质功能,设计蛋白质结构,推测氨基酸序列,相应的脱氧核苷酸序列（基因）,投入生产,依赖于什么工程,根据什么预期,包括哪些方面的结构,依据是什么,蛋白质工程的途径预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列相,32,讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：,丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯 丙氨酸,（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？,（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？,讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：,33,专题1基因工程ppt课件,34,（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？,（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？,mRNA序列为：,GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）,脱氧核苷酸序列：,CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。,16种,确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改,造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。,（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱,35,蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程的不同,基因工程,是遵循中心法则，,从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，,生产出自然界已有的蛋白质。,蛋白质工程是,：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列，,创造自然界不存在的蛋白质,。,蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程的不同 基因工程是遵,36,蛋白质工程的进展和前景,1、,蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着,分子生物学,、,晶体学,以及,计算机技术,的发展而诞生的，与,基因组学,、,蛋白质组学,、,生物信息学,的发展等因素有关,2、现状：成功的例子不多，,主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。,蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条,37,酶工程简介,酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。由,酶制剂的生产,和,应用,两方面组成的。,酶工程,通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶,的合理充分利用。,蛋白质工程,的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。,随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，,使酶工程成为蛋白质工程的一部分。,酶工程简介酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的,38,