基因工程知识结构.ppt
现现代代生生物物科科技技专专题题基因工程基因工程细胞工程胚胎工程基本工具基本工具基本工具基本工具操作程序操作程序操作程序操作程序生产应用生产应用生产应用生产应用载体载体DNA连接酶连接酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞基因表达载体的构建基因表达载体的构建目的基因的获取目的基因的获取转基因动物转基因动物转基因植物转基因植物工程菌工程菌基因治疗基因治疗蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程 基本原理基本原理练练练练1 1、限制酶的作用：（体现了专一性）、限制酶的作用：（体现了专一性）2、限制酶的作用原理：、限制酶的作用原理：4、用途：、用途：5、来源和种类：微生物、几千种、来源和种类：微生物、几千种3、作用结果：、作用结果：“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶1 1）能识别特定核苷酸序列；）能识别特定核苷酸序列；）能识别特定核苷酸序列；）能识别特定核苷酸序列；2 2）从特定部位的两个核苷酸之间切开。）从特定部位的两个核苷酸之间切开。）从特定部位的两个核苷酸之间切开。）从特定部位的两个核苷酸之间切开。催化磷酸二酯键断裂催化磷酸二酯键断裂催化磷酸二酯键断裂催化磷酸二酯键断裂形成黏性末端、平末端形成黏性末端、平末端形成黏性末端、平末端形成黏性末端、平末端1 1）切割目的基因和运载体（基因工程）切割目的基因和运载体（基因工程）切割目的基因和运载体（基因工程）切割目的基因和运载体（基因工程）2 2）保护自身细胞原有的遗传信息）保护自身细胞原有的遗传信息）保护自身细胞原有的遗传信息）保护自身细胞原有的遗传信息（原核微生物细胞）（原核微生物细胞）（原核微生物细胞）（原核微生物细胞）“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶“分分子子缝缝合合针针”DNA连连接接酶酶1、DNA连接酶的作用：连接酶的作用：2、作用原理：、作用原理：3、作用结果：、作用结果：4、用途：、用途：5、种类：、种类：DNA聚合酶与聚合酶与DNA连接酶连接酶连接连接连接连接DNADNA片段片段片段片段催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成获得重组获得重组获得重组获得重组DNADNA分子分子分子分子1 1）构建基因表达载体（基因工程）构建基因表达载体（基因工程）构建基因表达载体（基因工程）构建基因表达载体（基因工程）2 2）基因修复（原核微生物细胞）基因修复（原核微生物细胞）基因修复（原核微生物细胞）基因修复（原核微生物细胞）1 1 1）E.coliDNAE.coliDNAE.coliDNA连接酶连接酶连接酶连接酶连接酶连接酶粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端2 2 2）T4DNAT4DNAT4DNA连接酶连接酶连接酶连接酶连接酶连接酶粘性末端和平末端粘性末端和平末端粘性末端和平末端粘性末端和平末端粘性末端和平末端粘性末端和平末端2、作为载体的必要条件：、作为载体的必要条件：能自我复制能自我复制有切割位点有切割位点有遗传标记基因有遗传标记基因 另外，对受体细胞无害、容易分离等另外，对受体细胞无害、容易分离等1、载体的用途：、载体的用途：1 1）运载工具）运载工具）运载工具）运载工具2 2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制“分分子子运运输输车车”载载体体3、载体的种类：、载体的种类：1 1 1 1）细菌质粒）细菌质粒）细菌质粒）细菌质粒2 2 2 2）噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物3 3 3 3）动植物病毒）动植物病毒）动植物病毒）动植物病毒能复制并带着插能复制并带着插入的目的基因一入的目的基因一起复制起复制切割位点切割位点有标记基因的存有标记基因的存在，将来可用含在，将来可用含青霉素的培养基青霉素的培养基鉴别。鉴别。“分分子子运运输输车车”载载体体1、不属于质粒被选为基因运载体的理由是、不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制、能复制（）B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点C、具有标记基因、具有标记基因D、它是环状、它是环状DNAD练习练习2、以下说法正确的是、以下说法正确的是（）A、所所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：具具有有多多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习练习3、有关基因工程的叙述中，错误的是（、有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连连接接酶酶将将黏黏性性末末端端的的碱碱基基对对连连接接起起来来B、限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞D、人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习练习步骤一：目的基因的获取步骤一：目的基因的获取方法方法1、从、从基因文库基因文库中获取中获取方法方法2、利用、利用PCR技术技术获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因方法方法3、人工合成人工合成步步骤骤二二：基基因因表表达达载载体体的的构构建建步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 植物细胞植物细胞另有：基因枪法和花粉管通道法另有：基因枪法和花粉管通道法另有：基因枪法和花粉管通道法另有：基因枪法和花粉管通道法步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 动物细胞动物细胞1）将细菌用）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使其处于胞壁的通透性，使其处于感受态感受态。2）使含有目的基因的）使含有目的基因的重组质粒进入重组质粒进入受体受体细胞。细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制复制，由于细菌，由于细菌繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很非常快，在很短的时间内就能获得短的时间内就能获得大量大量的目的基因。的目的基因。步骤三：步骤三：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 微生物细胞微生物细胞步骤四：目的基因的检测与鉴定步骤四：目的基因的检测与鉴定四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因、培养基鉴定培养基鉴定培养基鉴定培养基鉴定目的基因的目的基因的mRNA转录转录转录转录翻译翻译双链双链DNA(即目的基因即目的基因)蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列参与代谢参与代谢表现出特定性状表现出特定性状DNA探针探针DNA杂交杂交DNA探针探针mRNA杂交杂交抗原抗原抗体杂交抗体杂交、分分子子水水平平鉴鉴定定、个体生物学水平鉴定、个体生物学水平鉴定步骤四：目的基因的检测与鉴定步骤四：目的基因的检测与鉴定受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了目的基因完成了目的基因完成了目的基因完成了表达表达表达表达。步骤四：目的基因的检测与鉴定步骤四：目的基因的检测与鉴定若不能表达，若不能表达，要对抗虫基因要对抗虫基因再进行再进行修饰修饰。练习练习1、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的的DNA片段，需使用（片段，需使用（）A.同种限制酶同种限制酶 B.两种限制酶两种限制酶C.同种连接酶同种连接酶 D.两种连接酶两种连接酶2、基因工程常用的受体细胞有（、基因工程常用的受体细胞有（）（1）大肠杆菌）大肠杆菌 （2）枯草杆菌）枯草杆菌（3）支原体）支原体 （4）动植物细胞）动植物细胞A.（3）（）（4）B.（1）（）（2）（）（4）C.（2）（）（3）（）（4）D.（1）（）（2）（）（3）3、基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱基互补配对的步骤是碱基互补配对的步骤是（）A、人工合成目的基因、人工合成目的基因B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达C练习练习4、有关基因工程的叙述正确的是、有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用B、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体D、蛋蛋白白质质的的结结构构可可为为合合成成目目的的基基因因提提供供资料资料D练习练习5 5、水水水水母母母母发发发发光光光光蛋蛋蛋蛋白白白白由由由由236236个个个个氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸构构构构成成成成，其其其其中中中中AspAsp、GlyGly、SerSer构构构构成成成成发发发发光光光光环环环环，现现现现已已已已将将将将这这这这种种种种蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的基基基基因因因因作作作作为为为为生生生生物物物物转转转转基基基基因因因因的的的的标标标标记记记记，在在在在转转转转基基基基因因因因技技技技术术术术中中中中，这这这这种种种种蛋白质的作用是蛋白质的作用是蛋白质的作用是蛋白质的作用是()()AA、促使目的基因导入宿主细胞中、促使目的基因导入宿主细胞中、促使目的基因导入宿主细胞中、促使目的基因导入宿主细胞中BB、促使目的基因在宿主细胞中复制、促使目的基因在宿主细胞中复制、促使目的基因在宿主细胞中复制、促使目的基因在宿主细胞中复制CC、使目的基因容易被检测出来、使目的基因容易被检测出来、使目的基因容易被检测出来、使目的基因容易被检测出来DD、使目的基因容易成功表达、使目的基因容易成功表达、使目的基因容易成功表达、使目的基因容易成功表达C6 6科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人的抗体。相关叙述正确的是（的抗体。相关叙述正确的是（的抗体。相关叙述正确的是（的抗体。相关叙述正确的是（）该技术将导致定向变异该技术将导致定向变异该技术将导致定向变异该技术将导致定向变异DNADNA连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对连接酶把目的基因与运载体粘性末端的碱基对连接起来连接起来连接起来连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料受精卵是理想的受体受精卵是理想的受体受精卵是理想的受体受精卵是理想的受体该羊的产生要用到核移植技术该羊的产生要用到核移植技术该羊的产生要用到核移植技术该羊的产生要用到核移植技术该羊的产生要用到胚胎移植技术该羊的产生要用到胚胎移植技术该羊的产生要用到胚胎移植技术该羊的产生要用到胚胎移植技术AABBCCDDD提高作物抗逆能力提高作物抗逆能力改良农作物的品质改良农作物的品质生产药物生产药物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物其它抗逆转基因植物其它抗逆转基因植物其它抗逆转基因植物其它抗逆转基因植物（抗旱、寒、盐碱等）（抗旱、寒、盐碱等）（抗旱、寒、盐碱等）（抗旱、寒、盐碱等）如：转基因玉米如：转基因玉米如：转基因玉米如：转基因玉米、转基因植物、转基因植物提高动物生长速度提高动物生长速度 转基因绵羊、鲤鱼等转基因绵羊、鲤鱼等改善畜产品的品质改善畜产品的品质 降低牛奶中乳糖的含量降低牛奶中乳糖的含量生产药物生产药物 乳腺乳腺/房生物反应器房生物反应器作为器官移植供体作为器官移植供体、转基因动物、转基因动物、工程菌：工程菌：工程菌：工程菌：用基因工程方法，使用基因工程方法，使用基因工程方法，使用基因工程方法，使外源基因外源基因外源基因外源基因得到高效表达的得到高效表达的得到高效表达的得到高效表达的菌类细胞株系。菌类细胞株系。菌类细胞株系。菌类细胞株系。生产应用：生产应用：生产应用：生产应用：3 3）构建基因文库，保护生物多样性）构建基因文库，保护生物多样性）构建基因文库，保护生物多样性）构建基因文库，保护生物多样性2 2）环境保护（如分解石油的）环境保护（如分解石油的）环境保护（如分解石油的）环境保护（如分解石油的“超级菌超级菌超级菌超级菌”）1 1）生产基因工程药物）生产基因工程药物）生产基因工程药物）生产基因工程药物细胞因子、抗体、细胞因子、抗体、疫苗、激素等疫苗、激素等、基因治疗：基因治疗：基因治疗：基因治疗：把把把把正正正正常常常常基基基基因因因因导导导导入入入入病病病病人人人人体体体体内内内内，使使使使该该该该基基基基因因因因的的的的表表表表达达达达产产产产物物物物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。1 1）体内治疗：）体内治疗：）体内治疗：）体内治疗：2 2）体外治疗：）体外治疗：）体外治疗：）体外治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。先从病人体内先从病人体内先从病人体内先从病人体内获取获取获取获取某种细胞，例如某种细胞，例如某种细胞，例如某种细胞，例如TT淋巴细胞，淋巴细胞，淋巴细胞，淋巴细胞，进行进行进行进行培养培养培养培养，然后在体外完成，然后在体外完成，然后在体外完成，然后在体外完成基因转移基因转移基因转移基因转移，再，再，再，再筛选筛选筛选筛选成功成功成功成功转移的细胞转移的细胞转移的细胞转移的细胞扩增培养扩增培养扩增培养扩增培养，最后，最后，最后，最后重新输入重新输入重新输入重新输入患者体内的治患者体内的治患者体内的治患者体内的治疗方法。疗方法。疗方法。疗方法。蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理需要的需要的（一）蛋白质的分子设计与改造（一）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，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，得以从构的数据资料，并编制成系统的数据库，得以从中找出中找出蛋白质分子间的进化关系蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高一级结构和高级结构的关系级结构的关系、结构与功能的关系结构与功能的关系方面的规律。方面的规律。现有的蛋白质是生物长期进化的结果，蛋白现有的蛋白质是生物长期进化的结果，蛋白质工程则是对生物进化的模拟，按照蛋白质形成质工程则是对生物进化的模拟，按照蛋白质形成的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。（二）蛋白质改造工程举例（二）蛋白质改造工程举例胰岛素改造胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。验。何谓蛋白质工程？何谓蛋白质工程？在现代生物技术中，蛋白质工程出现在现代生物技术中，蛋白质工程出现得最晚，是在得最晚，是在20世纪世纪80年代初期出现的。年代初期出现的。1983年年“蛋白质工程蛋白质工程”这个名词出现后，这个名词出现后，随即被广泛接受和采用随即被广泛接受和采用。蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质分子的是指以蛋白质分子的结构结构规律及其与生物功能的关系规律及其与生物功能的关系作为基础作为基础,通过通过基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改对现有蛋白质进行改造造,或制造一种或制造一种新新的蛋白质的蛋白质,以满足人类的以满足人类的生产和生活的需求。生产和生活的需求。蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景 蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。研究。人们对蛋白质的高级空间结构，以及高人们对蛋白质的高级空间结构，以及高人们对蛋白质的高级空间结构，以及高人们对蛋白质的高级空间结构，以及高级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故级空间结构和生物功能之间的关系不太了解故研究难度较大研究难度较大研究难度较大研究难度较大。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。蛋白质的新时期。基因文库基因文库: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DNADNA片段片段,导入导入受体菌的群体受体菌的群体受体菌的群体受体菌的群体中储存中储存,各个受体菌分别含有这种生物的各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因不同的基因,称为基因文库称为基因文库(gene library)(gene library)1 1）基因组文库基因组文库:基因文库中包含了一种生物所有的基因基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基这种基因文库叫做基因组文库因文库叫做基因组文库.2 2）部分基因文库）部分基因文库:基因文库中包含了一种生物的一部分基因基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基这种基因文库叫做部分基因文库因文库叫做部分基因文库.（如：（如：cDNAcDNA文库）文库）1 1、原理、原理、原理、原理2 2、条件、条件、条件、条件3 3、过程、过程、过程、过程复性复性复性复性变性变性变性变性延伸延伸延伸延伸引物引物引物引物模板模板模板模板原料原料原料原料酶酶酶酶缓冲液环境缓冲液环境缓冲液环境缓冲液环境温控设备温控设备温控设备温控设备DNADNA的半保留复制的半保留复制的半保留复制的半保留复制目的基因的目的基因的mRNA单链单链DNA(cDNA)反转录反转录反转录反转录合成合成合成合成双链双链DNA(即目的基因即目的基因)蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列推测推测推测推测结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测化学合成化学合成化学合成化学合成目的基因目的基因常用的杀虫基因常用的杀虫基因常用的杀虫基因常用的杀虫基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因毒蛋白基因毒蛋白基因植物凝集素基因植物凝集素基因植物凝集素基因植物凝集素基因常用的抗病基因常用的抗病基因常用的抗病基因常用的抗病基因病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因几丁质酶基因几丁质酶基因几丁质酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因抗病毒抗病毒抗病毒抗病毒抗真菌抗真菌抗真菌抗真菌细菌细菌细菌细菌病病病病原原原原微微微微生生生生物物物物基因产物可破坏害虫的消化机能基因产物可破坏害虫的消化机能基因产物可破坏害虫的消化机能基因产物可破坏害虫的消化机能
