生物：專題1《基因工程》課件(新人教版選修3)2

1、專題1 基因工程,基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。 是在生物體外，通過對DNA分子進(jìn)行人工“剪切” 和“拼接”，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品,1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具,是在生物體外，通過對DNA分子進(jìn)行人工“剪切” 和“拼接”，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品,分析概念,工 具,什么是 表達(dá),用什么 導(dǎo)入,基因操作的基本工具,基因的剪刀（分子手術(shù)刀） 限制性核酸內(nèi)切酶（限制

2、酶） 基因的針線（分子縫合針） DNA連接酶 基因的運(yùn)輸工具（分子運(yùn)輸車） 運(yùn)載體,1）限制酶,分布： 作用特點(diǎn): 結(jié)果： 舉例,與我們學(xué)過的 DNA酶相同嗎,識別序列的特點(diǎn),作用是什么,兩者的區(qū)別,這兩種酶切的特點(diǎn),切斷的是什么鍵,主要在原核生物中,專一性，識別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn),產(chǎn)生黏性未端或平末端,EcoR1限制酶、Sma1限制酶,限制酶的識別特點(diǎn),1、DNA兩條鏈分別識別，識別序列相同但識別方向相反。 如：-GAA TTC - -CCC GGG- -CTT AAG- -GGG CCC,酶甲切割,酶乙切割,2、不同限制酶的識別序列、切割位點(diǎn)不同,兩種不同的末端,GAATTC C

3、TTAAG,CCCGGG GGGCCC,GA ATTC CTTAA G,CCC GGG GGG CCC,黏性末端,平末端,2）DNA連接酶,連接的部位： 磷酸和脫氧核糖之間的鍵： 磷酸二酯鍵（梯子的扶手） 結(jié)果：使兩個相同的未端的連接。 舉例：Ecoli DNA連接酶 T4 DNA連接酶,與DNA聚合酶 相同嗎,二者在性質(zhì) 上的區(qū)別,DNA分子的切割與連接,3）運(yùn)載體,作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。 具備的條件： 能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，并穩(wěn)定地保存。具有多個限制酶切點(diǎn)。具有某些標(biāo)記基因 對受體細(xì)胞無害 舉例：質(zhì)粒、噬菌體 和動植物病毒,為什么 要具備 這些條件,1.2基因工程的 基本操作程序,為

4、什么要獲得目的基因,為什么要把目的基因 與載體結(jié)合,受體細(xì)胞是指什么,為什么要進(jìn)行檢測,第一步：獲取目的基因方法,1.從基因文庫中獲取目的基因,基因文庫的構(gòu)建模式圖,通過對 受體菌的 培養(yǎng)而 儲存基因,編碼區(qū)上游,編碼區(qū)下游,RNA聚合 酶結(jié)合位點(diǎn),RNA聚合 酶結(jié)合位點(diǎn),編碼 蛋白質(zhì),調(diào)控,調(diào)控,原核細(xì)胞,真核細(xì)胞,真核細(xì)胞,第一步：獲取目的基因方法,1.從基因文庫中獲取目的基因。 2.利用PCR技術(shù)合成DNA,PCR:聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng).是以DNA變性、復(fù)制的 某些特性為原理設(shè)計的. 前提條件是必須對目的基因有一定的了解， 需要設(shè)計引物,PCR原理圖,PCR的過程,1）以DNA 片段作模板，在

5、 90 高溫下，分開成 為 單鏈DNA。 （2）以DNA 小段寡聚核苷酸做引物，在 50 的溫度下，找到可以配對的正鏈和負(fù)鏈，形成互補(bǔ)結(jié)合 （3）在 70 高溫下，合成一條與模板 DNA 單鏈（正鏈或負(fù)鏈）互補(bǔ)結(jié)合的DNA新鏈。 （4）以上三個步驟周而復(fù)始，即反應(yīng)體系的溫度從 90oC- 50oC- 75oC，目的基因的量不斷增加 反應(yīng)體系中經(jīng)歷：變性淬火合成重復(fù) 。 結(jié)果：目的基因的量成指數(shù)形式擴(kuò)增（2n,高溫的作用是,引物是怎樣獲得的,四種脫氧核苷三磷酸（4 X dNTP,酶,高溫 DNA 聚合酶 （Taq 酶,原料,第一步：獲取目的基因方法,1.從基因文庫中獲取目的基因。 2.利用PCR

6、技術(shù)合成DNA 3. mRNA差異顯示法獲得目的基因 （反轉(zhuǎn)錄,由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA,mRNA DNA單鏈 DNA單鏈 RNA DNA雜交分子 RNA DNA雜交分子 單鏈DNA 單鏈DNA 雙鏈DNA,逆轉(zhuǎn)錄,使RNA降解,復(fù)制,核酸酶H,形成氫鍵,第一步：獲取目的基因方法,1.從基因文庫中獲取目的基因。 2.利用PCR技術(shù)合成DNA 3.采用DNA合成儀人工合成長度不是很大的DNA片段,第二步： 基因表達(dá)載體的構(gòu)建,核心,目的基因與載體結(jié)合成為重組基因,需要 哪兩種 工具,總結(jié)：表達(dá)載體需由哪幾部分組成,復(fù)制原點(diǎn) 啟動子 目的基因 終止子 標(biāo)記基因,它們的作用是,第三步：將目的基因

7、導(dǎo)入受體細(xì)胞,將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞,什么叫轉(zhuǎn)化,常用的轉(zhuǎn)化方法有哪些,具體過程,第四步：目的基因的檢測與鑒定,首先： 其次： 最后： 還要,檢測與鑒定哪些環(huán)節(jié),具體 方法,DNA分子雜交技術(shù),基因探針：核酸分子探針是指特定的已知核酸片段，能與互補(bǔ)核酸序列退火雜交，用于對待測核酸樣品中特定基因順序的探測。 滿足：（1）必須是單鏈，（2）帶有容易被檢測出來的標(biāo)記物,1、3 基因工程的應(yīng)用,請繼續(xù)把表格完成,1、4蛋白質(zhì)工程的崛起,蛋白質(zhì)工程的概念 是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，然后人為地設(shè)計一個新蛋白質(zhì)，并按這個設(shè)計的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)去改變其基

8、因結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。 或者從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系出發(fā)，定向地改造天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，特別是對功能基因的修飾，也可以制造新型的蛋白質(zhì),一、蛋白質(zhì)的改造,干擾素在體外保存困難 玉米中賴氨酸含量比較低,將分子中的一個半胱氨酸轉(zhuǎn)變成絲氨酸,第104位的天冬酰胺變成異亮氨酸,第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,天然蛋白質(zhì)的合成過程時怎樣的,遵循中心法則，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,蛋白質(zhì)工程的途徑,預(yù)期蛋白質(zhì)功能,設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測氨基酸序列,相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因,投入生產(chǎn),依賴于什么工程,根據(jù)什么預(yù)期,包括哪些方面的結(jié)構(gòu),依據(jù)是什么,討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列

9、是： 丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯 丙氨酸 （1） 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。有多少種？ （2） 確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）,1） 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。有多少種？ （2） 確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）,mRNA序列為： GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C,脫氧核苷酸序列： CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G,16種,確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改 造它，通過人工合成的方法

10、或從基因庫中獲取,蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程的不同,基因工程是遵循中心法則， 從DNAmRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能， 生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)工程是：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的堿基排列， 創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,1、蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的，它是隨著分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而誕生的，與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)的發(fā)展等因素有關(guān) 2、現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少,酶工程簡介,酶工程就是指將酶所具有的生物催化