专题1基因工程

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基础理论和技术的发展催生了基因工程阅读课本第2页1.1DNA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（1）限制酶①分布：主要在原核生物中。②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。③结果：产生黏性未端和平末端④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：GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCC（2）DNA连接酶①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）②结果：两个相同的未端的连接。③举例：E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶与DNA聚合酶相同吗二者在性质上的区别（3）运载体①作用：将外源基因送入受体细胞。②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③举例：质粒、噬菌体和动植物病毒。为什么要具备这些条件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第一步：获取目的基因方法：1.从基因文库中获取目的基因。基因文库的构建模式图通过对受体菌的培养而储存基因第一步：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DNAPCR: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。PCR原理图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90oC-50oC-75oC，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（2n)高温的作用是？引物是怎样获得的？四种脱氧核苷三磷酸（4XdNTP)酶高温DNA聚合酶（Taq酶），原料第一步：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DNA3.mRNA差异显示法获得目的基因（反转录）由mRNA反转录形成cDNAmRNADNA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DNA3.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。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)ＲＰＯlacZlacYlacA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？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？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。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。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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）？（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。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DNA→mRNA→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。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。