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1、专题1 基因工程,什么是基因工程？,基因工程的原理,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。,基因结构研究的历史,从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：,泛基因（或前基因）,现代基因阶段,基因的定义基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。,基因的分类将编码蛋白质的基因根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类。具有转录和翻译功能；只有转录功能而没有翻
2、译功能的基因，包括tRNA基因和mRNA基因；不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。,一 原核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,编码区上游,编码区下游,调控遗传信息的表达(调控序列),一、原核生物的基因结构,原核细胞基因结构示意图,一 原核细胞的基因结构,与RNA聚合酶结合位点,RNA聚合酶是一种蛋白质，能识别并与调控序列中的结合位点结合，能催化DNA转录为RNA,一 原核细胞的基因结构,与RNA聚合酶结合位点,RNA聚合酶,一 原核细胞的基因结构,与RNA聚合酶结合位点,RNA聚合酶,A G G U C A C G U C G,一 原核细胞的基因结构,与
3、RNA聚合酶结合位点,A G G U C A C G U C G,组成原核基因的核苷酸序列可以分为不同的区段，有的能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，这样的区段叫编码区，有的区段不能转录为相应的信使RNA，也就是不能编码导蛋白质，这样的区段叫非编码区。非编码区是由编码区上游和编码区下游组成的，在非编码区上有调控遗传信息表达的核苷酸序列，其中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质，它的作用是催化DNA转录为RNA，RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与之结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并以DNA分子一条链作为摸板合
4、成RNA，转录完毕后，RNA链释放出来，RNA聚合酶从DNA模板链上脱落下来。,编码区,启动子,原核细胞的基因结构,非编码区,能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质的区段,不能编码蛋白质的区域，调控遗传信息的表达,终止子,位置,功能,位置,功能,编码区上游紧靠着转录起点,引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合,编码区下游紧靠着转录的终点的位置,阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来,二 真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,编码区下游,调控遗传信息的表达(调控序列),外显子(能编码蛋白质),内含子(不能编码蛋白质),二、真核生物的基因结
5、构,真核细胞基因结构示意图,真核生物的基因结构,信使RNA,成熟的信使RNA,编码区,启动子,真核细胞的基因结构,非编码区,间隔的、不连续的,不能编码蛋白质的区域，调控遗传信息的表达,终止子,外显子,内含子,位置,功能,编码区中能够编码蛋白质的序列,引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合,编码区下游紧靠着转录的终点的位置,阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来,编码区中不能够编码蛋白质的序列,位置,功能,编码区上游紧靠着转录起点,外显子和内含子,真核细胞基因结构的主要特点编码区是间隔的、不连续的。外显子在编码区能够编码蛋白质的序列内含子在编码区不能够编码蛋白质的序列真核细胞中，外
6、显子和内含子数目不同,启动子与终止子,启动子是在非编码区内紧靠转录起点，调控遗传信息表达的脱氧核苷酸序列，它能引导RNA聚合酶与正确的基因部位结合，使转录从起点开始，沿编码区进行。终止子是在非编码区内紧靠转录终点，调控遗传信息表达的脱氧核苷酸序列，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。,原核细胞的基因结构(1)由成百上千个核苷酸对组成(2)包括:编码区-能转录相应的信使RNA,指导蛋白质合成 非编码区 不能转录为信使RNA,不能编码蛋白质 有调控遗传信息表达的核苷酸序列 最重要的是有位于编码区上游的RNA 聚合酶结合位点真核细胞的基因结构 非编码区:有调控作用
7、的核苷酸序列,包括位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点.编码区:特点-间隔的不连续 包括 外显子-能编码蛋白质的序列 内含子-不能编码蛋白质的序列,原核细胞与真核细胞的基因结构,两者有如下相同点：都有编码区和非编码区，编码区上游都有启动子，下游都有终止子。有如下的不同点：真核细胞的基因结构与原核细胞相比结构更为复杂，在编码区中又可分外显子和内含子，原核细胞的基因结构不分外显子和内含子。转录过程:真核生物转录过程与原核生物大致相同，所不同的是，它、真核所转录出的RNA同时含有由外显子转录出的部分和内显子转录出的部分，转录结束后，需要将RNA中由内显子转录出的部分剪掉，然后将若干后由由外显子转录出
8、的部分的RNA拼接起来，才能形成完整的mRNA。,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,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切,拼接,导入,表达,基因重组,基因工程诞生的理论基础？,DNA 是生物遗传物质的发现 DNA 双螺旋结构的确立 遗传信息传递方式的认定,限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒载体的发现与应用,基因工程创建在技术上的保障？,1.1 DNA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
9、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,分布：主要在原核生物中。作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。结果：产生黏性未端和平末端 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,
10、以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC,限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。图1-1 限制酶识别序列的中心轴线,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,什么叫黏性末端？,限制酶,什么叫黏性末端？,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,什么叫平末端？,当限制酶从识别序列的中
11、心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,（2）DNA连接酶,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）结果：两个相同的未端的连接。举例：Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶,与DNA聚合酶相同吗,二者在性质上的区别,二、“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：2、作用部位：,两类,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，这样一个重组的DNA分子就形成了。,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E
12、coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？,（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DN
13、A连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。,（3）运载体,作用：将外源基因送入受体细胞。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 举例：质粒、噬菌体 和动植物病毒。,为什么要具备这些条件,限制性核酸内切酶,并在特定部位切割DNA分子,黏性末端,黏性末端,为什么具有相同的黏性末端？,质粒,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,步骤一 获得目的基因,人工合成,利用PCR技
14、术扩增,已知序列：,从基因文库获得,未知序列：,(DNA library),聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction),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。,基因文库的构建模式图,通过对受体菌的培养而储存基因,基因组文库和部分基因文库,基因组文库,部分基因文库,基因组文库和部分基因文库,cDNA合成过程,第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA
15、杂交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。,鸟枪法：散弹射击法,从基因文库获得,人工合成法,逆转录法,根据已知氨基酸序列直接合成DNA,利用PCR技术扩增目的基因,原理:DNA双链复制前提:要有一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列，以便合成引物。,氢键断裂，形成单链DNA。,引物与DNA模板结合，形成局部双链。,在酶的作用下，不断延伸，合成双链DNA。,多次循环，获得大量双链DNA分子。,PCR技术扩增,利用PCR技术合成DNA,PCR:聚合酶链式反应.是
16、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
17、三磷酸（4 X dNTP),酶,高温 DNA 聚合酶（Taq 酶），,原料,由mRNA反转录形成cDNA,mRNA DNA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,步骤二 形成重组DNA分子,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？,基因工程载体的构建需要考虑哪些因素,（1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含
18、子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器。（2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。（3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。,步骤三 将重组DNA分子导入受体细胞,1.基因工程中常用的受体细胞有哪些？,2.导入过程如
19、何？,大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,第三步：将目的基因导入受体细胞P11,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？,将目的基因导入受体细胞（植物细胞）,农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法,将目的基因导入受体细胞（动物细胞）,显微注射法,将目的基因导入受体细胞（微生物细胞）,Ca2+处理,步骤四 目的基因的检测和表达,1、筛选含有目的基因的受体细胞,2、目的基因的表达,通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入受体细胞。,目的基因导入受体细胞后，受体细胞必须表现特定的
20、性状。,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？,目的基因的检测与鉴定,检测:是否插入目的基因是否转录是否翻译鉴定:功能活性鉴定抗性鉴定,分别提取什么进行检测,归纳步骤,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。,基因操作的基本步骤,获得目的基因,形成重组DNA分子,目的基因的表达,将重组DNA分子导入受体细胞,筛选含有目的基因的受体细胞,归纳:基因工程的基本操作程序,获取目的基因从基因文库利用PCR化
21、学方法人工合成构建基因表达载体目的基因、启动子、终止子、标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法、显微注射法目的基因的检测与鉴定检测：是否插入、转录、翻译,1.3 基因工程的应用,一、基因工程与遗传育种,二、基因工程与疾病治疗,三、基因工程与生态环境保护,植物方面提高植物的抗虫、抗病、抗逆性改良植物的品质动物方面提高动物生长速度改善畜产品的品质用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体研制药物基因治疗,各类分别用什么方法,常见育种方式比较,保持优良性状,组合优良性状,提高变异频率，出现新性状,缩短育种进程，得到纯合体,器官大，营养成分含量高,目的性强，打破物种界限,一、基因工程与遗传育
22、种1、转基因植物（1）生产过程：（2）优点：（3）实例：,农杆菌的Ti质粒,高产、优质，缓解了粮食短缺,缩短了育种时间，克服了远缘亲本难杂交的特点,抗除草剂的转基因烟草、,抗虫棉,抗病毒的转基因烟草、,耐贮存的转基因番茄,改变花卉颜色,基因工程在农业上的应用：,1）高产、稳产和具优良品质的品种 用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“转基因高赖氨酸玉米”植株。2）抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,转基因工
23、程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,转基因植物,抗虫转基因植物,转基因抗虫棉,抗虫棉,普通棉,抗虫棉,普通棉,科学家从苏云金芽孢杆菌中提取出毒蛋白基因，并成功的导入棉细胞内使之合成毒蛋白。,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与运载体DNA拼接导入,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,抗虫基因与运载体DNA连接,关键步骤三：,抗虫基因导入受体(棉花)细
24、胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：,基因的剪刀限制酶基因的针线DNA连接酶基因的运载工具运载体,转鱼抗寒基因的番茄,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,一、基因工程与遗传育种2、转基因动物：转入外源基因的动物（1）受体细胞：（2）实例：,动物细胞的受精卵,生长速度加快的转基因鼠、鱼和猪,有抗病能力的转基因鸡和牛,能生产彩色羊毛的转基因羊（研究中）,外源基因：,生长激素基因,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。,基因工程在畜牧养殖业上
25、的应用主要是什么？,将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。,转基因鲑鱼,超级小鼠,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。,转基因动物：,该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。,用口径为1m的DNA注射器，将大量的目的基因片段注入到受精卵的核内，然后把经过注射的受精卵移植到另一只雌性动物的子宫内，使受精卵发育为转基因动物。,什么叫显微注射技术？,通过研究“基因异常”的耗子将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。,在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康
26、活泼的小猴“安迪”。通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。,1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？,二、基因工程与疾病治疗,1）生产基因药品2）基因诊断3）基因治疗,1、基因工程药物,蛋白质,治疗糖尿病,动物胰脏中提取,大肠杆菌细胞,糖蛋白,治疗病毒性肝炎和
27、肿瘤,人血液中提取,酵母菌细胞,乙肝抗原,预防乙肝,酵母菌细胞,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,二、基因工程与疾病治疗1、基因工程药物 生长激素,基因工程药物的优点：,大批量，成本低,1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充
28、分的修饰加工，具有稳定的生物活性。3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,动物哪个结构是基因药物最理想的表达场所呢？,二、基因工程与疾病治疗,乳腺,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),二、基因工程与疾病治疗2、基因治疗：向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因缺陷，达到治病的目的。,（1）实例：（2）研究现状：,重度免疫缺陷症（ADA基因突变）,T细胞,B型血友病,初级阶段,用于基因治疗的基因种类,1。用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2。反义基因。用mRNA分子与病变的mRNA分子进行
29、互补，阻断蛋白质的合成。3。自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？,药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。,传统生产方法的缺点,由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。,可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,基因工程胰岛素（一）,胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,胰岛素分子结构,基因工程胰岛素（二）,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000
30、L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!,胰岛素生产车间,基因工程干扰素（一）,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,干扰素生产车间,干扰素分子结构,基因工程干扰素(二）,基因工程人干扰素-2b（安达芬）是我国第一个全国产化基因工程人干扰素-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。,其它基因工程药物,人造血液、白细胞介素、
31、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。,人造血液及其生产,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品 生长激素,1基因治疗是指（）A.对有基因缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的B.把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的C.运用人工诱
32、变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D.运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,B,DNA分子杂交技术,该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。,3、基因诊断：,二、基因工程与疾病治疗,基因诊断：,也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原 理：利用DNA分子杂交原理。,基因探针：,基因探针就是一段与
33、目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,DNA分子杂交原理：,DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,1.DNA分子杂交技术可比较不同种生物DNA分子的差异。将来自不同种生物的两条DNA单链进行杂交，两种生物 的DNA分子碱基序列越相似，形成的杂合双链区的部位就越多。
34、某人用甲乙丙三种生物的DNA单链进行杂交实验，结果如右图所示，根据图判断，下列叙述中错误的是（多选）A游离的单链所对应的原物种DNA片段均不含遗传信息 B杂合双链区的存在表示两种生物携带的遗传密码相同 C甲与乙的亲缘关系比甲与丙的亲缘关系远 D甲与乙的亲缘关系比乙与丙的亲缘关系近,ABD,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。,1）珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,举例,基因诊断：,也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水
35、平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,原理：,利用DNA分子杂交原理。,基因治疗：,是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗
36、传病是可能的。,基因工程与食品业,基因工程为人类开辟新的食物来源。1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,三、基因工程与生态环境保护,生产可降解塑料的植物,分解石油能力强的“超级细菌”,处理工业废水的微生物,基因工程与生态环境保护1、生活现状；2、应用；,大量废弃物、生活垃圾,（1）生产聚羟基烷酯,传统方法；现代方法：,细菌发酵,转基因植物,（2）超级菌；,提高分解石油的能力,（3）转基因微生物；,吸收重
37、金属、降解有毒化合物、处理工业废水,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,请继续把表格完成,1.4蛋白质工程的崛起(了解),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
38、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,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
39、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DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，
40、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。,
