基因工程与蛋白质工程.ppt

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,*,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,*,专题一 基因工程,1,专题,1,基因工程,1,、理解基因工程的原理和技术,2,、理解基因工程的应用,3,、蛋白质工程,考纲规定,基 因 工 程,2,基因工程又叫做,_,DNA,重组技术,按照人们的意愿，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而发明出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品,3,1,、,基因工程又叫做,_,。,基因工程,DNA,重组技术,2,、,基本工具,“分子手术刀”,“分子缝合针”,基因进入受体细胞的载体,3、基本操作环节,运载体,DNA,连接酶,限制性核酸内切酶,1、目的基因的获取 2、基因体现载体的构建（关键）,3、将目的基因导入受体细胞（转化）,4、目的基因的检测与鉴定,4,黏性末端,黏性末端,限制性内切酶,一种限制性内切酶只能,识别,双链,DNA,分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,断开（,切割,DNA,分子）,来源：重要从原核细胞分离,作用：,作用成果：,EcoRI,基因工程的“专用工具”,平未端及粘性未端,5,下列四条,DNA,分子，彼此间具有粘性末端的一组（）,A,B,C,D,6,1,、种类：,2,、作用部位：,E,coli DNA,连接酶,（黏性末端）,T,4,DNA,连接酶,（,黏性末端和平末端,）,磷酸二酯键,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一种重组的DNA分子就形成了。,DNA,连接酶,“,分子缝合针”,7,8,运载体的特点,1.对受体细胞无害,2.外源基因的插入不影响载体在宿主细胞内,的自我复制,3.最佳具有多种限制性内切酶的切点，供外源DNA插入,4.具有标识基因，供重组DNA的鉴定和选择,9,8除下列哪一项外，转基因工程的运载体必须具有的条件是：（）,A能在宿主细胞中复制并保留,B具有多种限制酶切点，以便与外源基因连接,C具有标识基因，便于进行筛选,D是环状形态的DNA分子,D,10,人们常选用的细菌质粒分子往往带有一种抗菌素抗性基因，该抗性基因的重要作用是,A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性 (),B.有助于对目的基因与否导入进行检测,C.增长质粒分子的分子量,D便于与外源基因连接,B,11,基因工程的一般程序,一、目的基因的获得,二、重组载体的构建,三、重组载体的导入和筛选,四、目的基因的体现与鉴定,12,（一）目的基因的提取,目的基因：重要是指_。,获取措施：,1、直接分离法,2、人工合成法：反转录法；化学措施合成法,PCR反应合成DNA,基本操作环节,编码蛋白质的构造基因,原理：,DNA,复制,过程：加热,DNA,解链 冷却引物结合到互补,DNA,链 互补链合成,条件：耐高温,DNA,聚合酶,13,一、目的基因的获得,直接分离法,（最常用的措施鸟枪法）,人工合成法,化学合成法,反转录法,外源,DNA,DNA,片段,目的基因,多种目的基因,信使,RNA,DNA,单链,双链,DNA,多种目的基因,多种目的基因,蛋白质氨基酸序列,目的基因核苷酸序列,目的基因,14,（一）目的基因的提取,获取措施：,1、直接分离法,2、人工合成法：反转录法；化学合成法,PCR反应合成DNA,基本操作环节,原理：,DNA,复制,过程：加热,DNA,解链 冷却引物结合到互补,DNA,链 互,补链合成,条件：耐高温,DNA,聚合酶,15,（二）基因体现载体构建,1、基因体现载体由_、_、,_、_四部分构成。,目的基因,启动子,标识基因,终止子,2,、启动子作用：,3、标识基因的作用：,RNA,聚合酶识别和结合的位点,抗生素基因,鉴别受体细胞中与否具有目的基因，筛选具有载体的细胞,16,二、重组载体的构建,基因体现载体的构成：,b,、目的基因,a,、启动子,c,、终止子,d、标识基因,e,、复制原点,提醒 与载体相比较,增长启动子、目的基因和终止子三个基因片段,其功能各不相似。,启动子(DNA片段)起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。,17,1、1997年，科学家将动物体内的可以合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中体现成功。请据右下图回答问题。,(1)此图表达的是采用_合成基因的措施获取_基因的过程。,(2)图中DNA是以_为模板，形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的目的基因。,(3)图中代表 ，它往往含 基因，以便对目的基因的检测。,人工,目的,信使,RNA,重组,DNA,分子,标识,18,三、重组载体的导入和筛选,受体细胞,导入方法,大肠杆菌,转化法：获得转基因大肠杆菌,酵母菌,转化法：获得转基因酵母菌,动物受精卵,显微注射法：转基因动物,植物体细胞,农杆菌转化法、基因枪法：转基因植物,植物受精卵,花粉管通道法、基因枪法，转化法：转基因植物,19,三、重组载体的导入和筛选,细胞,类型,常用,方法,受体,细胞,转化过程,植物,细胞,农杆菌,转化法,体细胞,将目的基因插入,Ti,质粒的,T-DNA,上,转入农杆菌导入植物细胞整合,到受体细胞的,DNA,上,动物,细胞,显微注,射技术,受精卵,将含有目的基因的表达载体提纯,取卵获得受精卵显微注射早,期胚胎培养胚胎移植发育成为,具有新性状的动物,微生,物细,胞,Ca2+,处,理增大,细胞壁,通透性,原核,细胞,或酵,母菌,用,Ca2+,处理细胞感受态细胞重组,表达载体,DNA,分子与感受态细胞混合,感受态细胞吸收,提醒 唯一不波及到碱基互补配对的操作环节。微生物做受体细胞重要是个体微小,代谢旺盛,繁殖速度快,获得目的基因产物多。植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。,20,1、基因工程的基本工具,（1）“分子手术刀”-。,来源：重要是从 生物中分离纯化出来的。,功能：可以识别双链DNA分子的某种 的 序列，并,且切割特定的两个脱氧核苷酸之间的 ，形成黏性末端。,2、“分子缝合针”-。,功能：缝合两个脱氧核苷酸之间的 。,与DNA聚合酶作用的异同：。,3、“分子运送车”-。,最常用的载体是：。必须具有的条件：,4、目的基因的获取措施：。,5、将目的基因导入植物细胞，最常用的措施是 ，另一方面,尚有 和 。受体细胞可以是受精卵、体,细胞（经组织培养成为完整个体）。,将目的基因导入动物细胞：最常用的措施是 。此措施的,受体细胞多是 。,复习回忆,限制性内切酶,原核,特定,脱氧,核苷酸,磷酸二酯键,DNA,连接酶,缺口,载体,细菌质粒,直接分离法、人工合成法,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,受精卵,连接酶在两个,DNA,片段之间形成磷酸二酯键,DNA,聚合酶将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸片段的,3,端的羟基上，形成磷酸二酯键,21,四、目的基因的体现与鉴定,基因体现,基因体现指基因组中某基因在细胞中转录为mRNA和翻译成蛋白质的过程。,基因体现的变化预示着细胞在分子水平上的变化。它往往是细胞形态功能变化之前的变化。,DNA,RNA,Protein,转录,翻译,22,目的基因与否插入转基,因生物染色体的DNA：,（,四）目的基因的检测与鉴定,目的基因与否体现：,目的基因与否转录：,方法,:,DNA,分子杂交,方法,:,分 子 杂 交,方法,:,抗原,-,抗体杂交,鉴定,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,检测,23,检测,24,DNA,分子杂交示意图,采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，假如这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。,25,基因文库,一种生物体的基因组DNA用限制性内切酶部分酶切后，将酶切片段插入到载体DNA分子中，所有这些插入了基因组DNA片段的载体分子的集合体，将包括这个生物体的整个基因组，也就是构成了这个生物体的基因文库。,将这些载体导入到受体细菌或细胞中，这样每个细胞就包括了一种基因组DNA片段与载体重组DNA分子，通过繁殖扩增，许多细胞一起包括了该生物所有基因组序列，我们将这一种集合体叫做基因文库。,由于制备DNA片段的切点是随机的，因此每一克隆内所含的 DNA片段既也许是一种或几种基因，也也许是一种基因的一部分或除完整基因外还包括着两侧的邻近DNA次序。,26,2、下图为运用生物技术获得动物乳腺反应器和抗虫棉的过程，据图回答：,在基因工程中，A表达，假如直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，过程使用的酶区别于其他酶的特点是 ，B表达。在研究过程中，研究人员首先从有关基因组中获取了目的基因，并采用 技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有 。,目的基因,识别特定的核苷酸序列，并且在特定的位点上切割,DNA,分子,重组,DNA,PCR,限制性内切酶、,DNA,连接酶,27,基因体现载体的构建是基因工程的关键，一种完整的基因体现载体至少包括哪些部分?,。将目的基因导入受体细胞的过程中，在过程中一般是采用 措施，在过程中一般采用 措施，,受体细胞一般是。由于转基因体现产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内与否出现药用蛋白，在分子水平上的检测措施及成果是什么?,。要确定目的的基因（抗虫基因）导入棉花细胞后，与否能稳定遗传并体现，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：。,目的基因、启动子、终止子、标识基因等部分,农杆菌转化法,显微注射技术,受精卵,进行抗原抗体杂交，假如出现杂交带，表明奶牛中出现了抗原蛋白；不出现杂交带，表明奶牛中未出现抗原蛋白,让害虫吞食棉花叶，观测害虫与否具有抗虫性状,28,3.为扩大可耕地面积，增长粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发运用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。,获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）,将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用措施有农杆菌转化法,和 法。,（3）为了确定耐盐转基因水稻与否培育成功，既要用放射性同位素标识的 做探针进行分子杂交检测，又要用 措施从,个体水平鉴定水稻植株的耐盐性,a,a,基因枪法（花粉管通道法）,耐盐基因（目的基因）,一定浓度的盐水浇灌（移植到盐碱地中）,29,1、抗虫转基因植物,措施：,从某些生物中分离出具有杀虫活性的,基因，将其导入农作物中，使其具有,抗虫性,Bt毒蛋白基因、蛋白酶克制剂基因、淀粉酶克制剂基因、植物凝集,素基因等,（一）植物基因工程硕果累累,2,、抗病转基因生物,目的基因包括：,病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、抗真菌转基因植物中的有几丁质酶基因和抗毒素合成基因,3、抗逆转基因作物,4、运用转基因改良植物的品质,基 因 工 程 的 应 用,30,用转基因动物生产药物,-,动物乳腺生物反应器,获取目的基因,（药用蛋白基因）,构建基因表达载体,（,在药用蛋白基因前加乳腺蛋白基因的启动子,）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成早期胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,（二）动物基因工程前景广阔,31,用转基因动物作器官移植的供体,供体动物：,存在的难题：,处理措施：,猪,免疫排斥,将供体基因组导入某种基因调整因子，以克制抗原决定基因的体现，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。,（三）基因工程药物异军突起工程菌：用基因工程的措施，使外源基因得到高效率体现的菌类细胞株系。我国已生产的产品：,白细胞介素,-2,、干扰素、乙肝疫苗等,32,（四）基因诊断与基因治疗,基因诊断：用放射性同位素等标识的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不仅精确并且迅速。,我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞,基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，到达治疗疾病的目的。,体外基因治疗,体内基因治疗,基因治疗的形式,33,蛋白质工程,蛋白质工程,34,什么是蛋白质工程,以蛋白质分子的构造规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对既有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。,35,蛋白质工程流程图,从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质构造,推测应用的氨基酸序列,找到对应的脱氧核苷酸序列,36,比较：基因工程和蛋白质工程,基因工程,蛋白质工程,相同点,都要改造基因，都属于分子水平,产生新的,基因型，无新基因,基因（型）,产生的蛋白质,原有的,新的,联系,蛋白质工程以基因工程为基础，,是基因工程的应用和延伸,37,(理综山东卷),为扩大耕地面积，增长粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发运用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）,（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用措施有农杆菌转化法和 法。,（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要运用,技术，该技术的关键是_ 和 。,（4）为了确定耐盐转基因水稻与否培育成功，既要用放射性同位素标识的 作探针进行分子杂交检测，又要用 措施从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。,a,植物组织培养,脱分化（去分化）,基因枪法（花粉管通道法）,再分化,耐盐基因（目的基因）,一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）,a,38,（上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为关键的基因工程正在变化着人类的生活。请回答问题。,（1）获得目的基因的措施一般包括 和 。,（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是,和 。,（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 ，后者的形状成 。,（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 ，因此在转化后一般需要进行 操作。,（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和 序列上是相似的。,答案：（,1,）从基因文库中获取 化学合成（人工合成）（,2,）限制性核酸内切酶（限制酶）,DNA,连接酶（连接酶）（,3,）质粒 小型环状（双链环状、环状）（,4,）低 筛选（,5,）氨基酸,39,（，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也获得了一定进展。近来，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：,（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用措施是 。,（2）进行基因转移时，一般要将外源基因转入_ 中，原因是 。,（3）一般采用 技术检测外源基因与否插入了小鼠的基因组。,（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的,细胞中特异体现。,（5）为使外源基因在后裔长期保持，可将转基因小鼠体细胞的,转入 细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相似性状的个体。该技术称为 。,显微注射法,受精卵（或初期胚胎）,DNA,分子杂交（核酸探针）,受精卵（或初期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在对应组织细胞体现,去核的卵,膀胱上皮,细胞核,核移植（或克隆）,40,放映,结束！,无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充斥但愿的明天。,41,