课件18张PPT。zxxk1．基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外 和 等技术，赋予生物以新的_____ ______，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分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。DNA重组转基因遗传特性基因工程概念的理解 特别提醒 基因工程具有以下五个方面的特点：
(1)它是一种按照人们的意愿，定向地改造生物遗传特性的技术。
(2)在DNA分子水平进行操作。
(3)是在体外进行的人为的基因重组。
(4)一旦成功，便可遗传。
(5)主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。1．1 DNA重组技术的基本工具 1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)来源
主要来自于 。
(2)功能
①识别双链DNA分子的某种 序列；
②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断裂。
原核生物特定核苷酸磷酸二酯键 (3)作用结果
①黏性末端：在所识别序列的 将DNA的两条链分别切开时形成的末端。
②平末端：在所识别序列的 处切开时形成的末端。
中心轴线两侧中心轴线[思维激活2] 限制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何不切割自身的DNA?
提示 限制酶是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA，使之失效，从而达到保护自身的目的。细菌中限制酶之所以不剪切自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。学 科网1．限制酶与DNA连接酶比较
(1)区别 (2)两者的关系可表示为2．DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)种类
(2)作用结果：恢复被 切开的两个核苷酸之间的 ，拼接成新的DNA分子。大肠杆菌T4噬菌体互补的黏性末端黏性末端平末端限制酶磷酸二酯键（2）．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
1．载体的种类
、 的衍生物、 等。
2．常用载体——质粒
(1)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有 能力的 分子。
3.基因进入受体细胞的载体——
“分子运输车” 质粒λ噬菌体动植物病毒自我复制双链环状DNA (2)质粒DNA分子上有一至多个 位点，供 DNA片段插入其中。
(3)质粒上有特殊的 ，供重组DNA的 。
(4)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上经过 的。
限制酶切割外源标记基因鉴定和选择人工改造1．载体的作用
(1)用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。
(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
2．作为载体的必备条件
(1)有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。
(2)具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。
(3)带有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(4)必须是安全的，不会对受体细胞有害。3．载体的种类
(1)细菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状DNA，有的细菌只有一个，有的细菌有多个。
(2)λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。
一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。思维深化 基因工程的原理：
(1)不同生物DNA分子得以重新拼接的基础：
①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；
②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；
③所有生物DNA碱基对均遵循严格的“互补配对”原则，即A总与T配对，G总与C配对——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同DNA分子得以连接在一起。
(2)外源基因在受体内表达的理论基础：
①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位，具相对独立性；
②遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向；
③生物界共用一套遗传密码。
易错指导 不注意区分基因工程中的工具和工具酶：
①基因工程中有3种工具(包括载体)，但工具酶只有2种(限制酶和DNA连接酶)；②工具酶的本质为蛋白质，载体的本质为小型DNA分子，但不一定是环状(最常见的载体为质粒，动植物病毒等也可作为载体)。 课件20张PPT。1．2 基因工程的基本操作程序 zxxk
1．基因工程的基本操作程序
(1) 的获取。
(2) 的构建。
(3)将目的基因导入 。
(4)目的基因的 。目的基因基因表达载体受体细胞检测与鉴定2．目的基因的获取
(1)目的基因主要是指 的基因，也可以是一些具有 的因子。
(2)常见方法
①从基因文库中获取
基因文库的种类 编码蛋白质调控作用基因组文库cDNA文库②利用PCR技术扩增目的基因
a．原理： 。
b．条件： 、DNA模板、 、四种脱氧核苷酸。
c．过程：目的基因DNA受热变性后解链为单链， 与单链相应互补序列结合，然后在 作用下进行延伸，如此重复循环多次。
d．结果：每一次循环后，目的基因的量可以 ，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。
③人工合成法：如基因比较小， 又已知，可借助 用化学方法直接人工合成。DNA双链复制引物Taq酶引物DNA聚合酶增加一倍核苷酸序列DNA合成仪小结：1.提取目的基因方法的比较2．PCR技术与DNA复制的比较3．基因表达载体的构建
(1)基因表达载体的组成
①启动子
位置：基因的首端。
功能：是 识别和
结合的部位，驱动基因转录出 。RNA聚合酶mRNA②终止子
位置：基因的尾端。
功能：使 在所需要的地方停止下来。
③标记基因：鉴别受体细胞中是否含有 。
(2)基因表达载体的功能
使目的基因在受体细胞中 ，并且可以遗传给下一代，使目的基因能够 和发挥作用。
(3)基因表达载体的构建
一般用同一种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。转录目的基因稳定存在表达4．将目的基因导入受体细胞
(1)转化的概念
目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内 的过程。
(2)将目的基因导入植物细胞
① 法：将目的基因导入双子叶植物和祼子植物。
② 法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。
③ 法：我国科学家独创的一种方法。维持稳定和表达农杆菌转化基因枪花粉管通道学 科网(3)将目的基因导入动物细胞
方法： 法。
常用受体细胞： 。
(4)将目的基因导入微生物细胞
第一步：首先用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为 细胞。
第二步：将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收 ，完成转化过程。显微注射受精卵感受态DNA分子将目的基因导入受体细胞的方法比较目的基因导入受体细胞的结果分析 说明：上图中发生②与发生①相比，②会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，原因是在进行细胞分裂时，细胞核上的DNA经复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲子代遗传性状的稳定性，而①细胞分裂时，细胞质是不均分的，子细胞不一定含有目的基因。1．分子检测
(1)检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。
①方法： 技术(DNA探针＋转基因生物 )。
②结果：如果显示出杂交带，就表明目的基因 。
(2)检测目的基因是否转录
①方法： 技术(DNA探针＋转基因生物 )。
②结果：如果显示出杂交带，则表明目的基因 。5.目的基因的检测与鉴定 DNA分子杂交DNA已插入染色体DNA中分子杂交mRNA转录出了mRNA (3)检测目的基因是否翻译成蛋白质
①方法： 。
②结果：若有杂交带出现，则表明目的基因 。
2．个体水平鉴定
包括抗虫、抗病的 实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。抗原—抗体杂交已形成蛋白质产品接种课件23张PPT。1.3 基因工程的应用zxxk1．抗虫转基因植物与抗病转基因植物植物基因工程成果 杀虫活性抗病基因蛋白酶淀粉酶几丁质酶化学农药学 科网2.其他抗逆转基因植物
(1)抗逆基因：调节细胞 的基因，提高农作物抗盐碱和抗干旱能力；鱼的 基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。
(2)成果：抗盐抗旱烟草、耐寒番茄、抗除草剂玉米等。渗透压抗冻蛋白3．转基因改良植物品质
(1)优良基因：必需氨基酸含量多的 基因、控制番茄果实成熟的基因和与植物花青素代谢有关的基因。
(2)成果：富含 的转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。赖氨酸蛋白质编码植物基因工程的应用特别提醒 (1)抗虫转基因植物虽能抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等；(2)培育抗虫作物的优点：减少环境污染、降低生产成本；(3)不同的抗虫基因作用机理不同；(4)Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。动物基因工程的前景动物基因工程的应用 生长激素乳糖蛋白启动子抗原决定动物基因工程的应用特别提醒 (1)动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物等方面，不是为了产生体型巨大的个体。
(2)比乳腺生物反应器更具有优势的是(相同原理的)膀胱生物反应器，如收集蛋白容易，不会对动物造成伤害；不分性别、不分生殖期等。
1．基因工程药物异军突起
(1)来源
。
(2)成果
细胞因子、 、 、激素等。
(3)作用
预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、 、各种传染病、 、类风湿等疾病。基因工程药物及基因治疗 转基因工程菌抗体疫苗遗传病糖尿病2．基因治疗曙光初照
(1)概念
把 导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
(2)成果
将腺苷酸脱氨酶基因转入患者 或造血干细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。
(3)方法
①体外基因治疗：先从病人体内获得 ，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在 完成基因转移，再筛选成功转移的细胞 ，最后重新 。
②体内基因治疗：直接向人体组织细胞中 的治疗方法。正常基因淋巴细胞某种细胞体外扩增培养输入患者体内转移基因1．基因治疗
(1)概念
向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正和补偿基因的缺陷，达到治疗遗传病的目的。
(2)过程(3)途径2.基因诊断
(1)概念
也称DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。
(2)过程
用放射性同位素(如32P)或荧光分子标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交的原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
(3)特点
准确性高、不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。技巧点拨 (1)界定基因诊断与基因治疗(2)基因治疗的实质
在基因治疗的过程中，正常基因、病变基因都可以表达，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。课件12张PPT。1.4 蛋白质工程的崛起1.4 蛋白质工程的崛起1.4 蛋白质工程的崛起zxxk
1．蛋白质工程的崛起
(1)基因工程的优势与不足
①优势：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的 ，进而表现出 。这是基因工程的实质。
②不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的 。蛋白质工程及其原理蛋白质新性状蛋白质(2)天然蛋白质的特点
天然蛋白质是生物在 中形成的，它们的 符合 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
(3)蛋白质工程的提出
1983年，美国某基因公司的一名科学家提出了“ ”，随即被广泛地接受和采用。长期进化过程结构和功能特定物种生存蛋白质工程2．蛋白质工程的原理结构规律生物功能基因修饰基因合成满足人类生产和生活需求脱氧核苷酸序列(基因)1．蛋白质工程的崛起
(1)基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
(2)蛋白质工程的目的：生产符合人们生产与生活需要并非自然界已存在的蛋白质。2．蛋白质工程的流程图：特别提醒 (1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。
(2)基因工程中的目的基因一般为自然界中已存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界中已存在的。
(3)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。蛋白质工程进展
(1)科学家通过对 的改造，已使其成为速效型药品。
(2)生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有 的特点。蛋白质工程的进展和前景 胰岛素体积小、耗电少和效率高蛋白质工程与基因工程比较归纳提升 蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，而不是直接改造蛋白质的原因分析：
(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
