专题1,基因工程(一轮复习)

专题一基因工程 一 基因工程的概念 基因工程 按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 由于基因工程是在DNA分子水平上设计和施工的 因此又叫DNA重组技术 对基因工程的概念理解1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 4 原理 5 受体 表达目的基因6 本质 性状在 体内表达7 优点 克服 障碍 定向改造生物 目的基因 体处 分子水平 基因重组 受体 远缘杂交不亲和 性状 一 基因工程的基本工具 1 来源 主要从 生物中分离纯化出来 2 作用 识别特定的 并切开相应两个核苷酸之间的 3 结果 产生 或平末端 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 1 限制性核酸内切酶 简称 限制酶 2 DNA连接酶 1 种类 按来源可分为E coliDNA连接酶和T4DNA连接酶 2 作用 在两个核苷酸之间形成 以连接 磷酸二酯键 两段DNA片段 GAATTC 限制酶切割 分子示意图 CTTAAG 思考 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口 可产生几个黏性末端 两个切口 四个黏性末端 一 基因工程的基本工具 作用 具备的条件种类 将外源基因送入受体细胞 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 质粒 噬菌体和动植物病毒 使用运载体的目的 用它作为运载工具 将目的基因送到宿主细胞中去 一 基因工程的基本工具 基因的运输工具 运载体 质粒的特点 1 质粒是基因工程中最常用的运载体 2 存在于许多细菌及酵母菌等生物中 3 细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子 4 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒 5 质粒的存在对宿主细胞无影响 6 质粒的复制只能在宿主细胞内完成 质粒上会存在某些标记基因 标记基因有什么用途 要想将某个特定基因与质粒相连 需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理 思考 一 基因工程的基本工具 1 提取目的基因 取出DNA 用限制酶切断DNA 目前被较广泛提取使用的目的基因有 苏云金杆菌抗虫基因 人胰岛素基因 人干扰素基因 种子贮藏蛋白基因 植物抗病基因等 1 目的基因的概念 人们需要的特定基因 三 基因工程的基本操作程序 2 提取目的基因的途径 提取目的基因的途径 人工合成基因 真核细胞 反转录法 根据已知氨基酸序列合成DNA 从供体细胞的DNA中直接分离基因 方法 鸟枪法 三 基因工程的基本操作程序 2 目的基因与运载体结合 三 基因工程的基本操作程序 1 由图可知载体的组成 启动子 终止子 2 构建目的 使 在 中稳定存在 并且可以遗传给下一代 使 能够表达和发挥作用 目的基因 标记 基因 目的基因 目的基因 受体细胞 载体 质粒 同一种限制酶切割 带有黏性末端切口 带有相同黏性末端的目的基因片段 重组DNA 环状重组质粒 DNA连接酶 DNA分子 含目的基因 2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞 将目的基因导入受体细胞 将受体细胞进行扩增 三 基因工程的基本操作程序 1 转化 目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内维持 的过程 2 常用方法 导入植物细胞 基因枪法 花粉管通道法导入动物细胞 导入微生物细胞 感受态细胞法 或Ca2 处理法 稳定和表达 农杆菌转化法 显微注射技术 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 体细胞 受精卵 原核细胞 将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的DNA上 表达 将含有目的基因的表达载体提纯 取卵 受精卵 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动物 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DNA分子 4 目的基因的检测与表达 三 基因工程的基本操作程序 1 目的基因的有无 2 分子杂交技术 3 目的基因是否翻译 4 生物性状的表达与否 目的基因是否表达 个体水平 注 启动子 终止子与起始密码子 终止密码子不同 启动子 终止子在DNA上 在遗传信息转录时起调控作用 而起始密码子 终止密码子在mRNA上 在翻译时起作用 决定翻译的开始和结束 分子水平 DNA分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交 三 基因工程的基本操作程序 基因操作的工具 限制性内切酶 DNA连接酶 运载体 目的基因与运载体结合 目的基因的检测和表达 将目的基因导入受体细胞 目的基因的提取 利用生物工程获得胰岛素 四 基因工程的应用 1 转基因植物 杀虫的基因主要有Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 抗病毒基因 病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 抗真菌基因 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30 转基因延熟番茄储存时间可延长1 2个月 转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异 2 转基因动物 如转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长速率快 体型大 如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 使获得的转基因牛分泌的乳汁中 乳糖的含量大大减低 而其他营养成分不受影响 目前 已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶 血清白蛋白 生长激素和 抗胰蛋白酶等重要药品 科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造 抑制抗原决定基因的表达 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 3 基因工程药物 1 来源 转基因的 2 成果 抗体 激素等 3 作用 预防和治疗 心血管疾病 各种传染病 糖尿病 类风湿等疾病 4 基因治疗 1 方法 把 导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 2 效果 治疗 的最有效的手段 3 分类 基因治疗和 基因治疗 工程菌 细胞因子 人类肿瘤 遗传病 正常基因 遗传病 体内 体外 疫苗 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网 高尔基体等细胞器 产生的药物蛋白可能没有活性 动物的受精卵 微生物细胞 显微注射法 感受态细胞法 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 基因治疗与基因诊断 基因表达 碱基互补配对 利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中 以表达出正常性状来治疗 临床实验 制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况 临床应用 1 概念理解 1 基础 蛋白质分子的 及其与生物功能的关系 2 操作 或基因合成 3 结果 改造了现有蛋白质或制造出 4 目的 满足人类的 的需求 2 操作过程从预期的 出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 结构规律 基因修饰 新的蛋白质 生产和生活 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 五 蛋白质工程 蛋白质工程与基因工程 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性 获得人类所需的生物类型或生物产品 可生产自然界没有的蛋白质 原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 1 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 2 基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持 蛋白质工程可对基因工程中所需的某些酶进行修饰 改造 使之更符合需要 答案与提示