基因工程与蛋白质工程

专题1基因工程1、理解基因工程的原理和技术Ⅱ2、理解基因工程的应用Ⅱ3、蛋白质工程Ⅰ考纲要求基因工程基因工程又叫做_________DNA重组技术按照人们的意愿，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，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1、基因工程又叫做_________。基因工程DNA重组技术2、基本工具“分子手术刀”“分子缝合针”基因进入受体细胞的载体3、基本操作步骤运载体DNA连接酶限制性核酸内切酶1、目的基因的获取2、基因表达载体的构建（核心）3、将目的基因导入受体细胞（转化）4、目的基因的检测与鉴定黏性末端黏性末端限制性内切酶一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开（切割DNA分子）来源：主要从原核细胞分离作用：作用结果：EcoRI基因工程的“专用工具”平未端及粘性未端下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组（）A．①②B．②③C．③④D．②④1、种类：2、作用部位：E·coliDNA连接酶（黏性末端）T4DNA连接酶（黏性末端和平末端）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——“分子缝合针”运载体的特点1.对受体细胞无害2.外源基因的插入不影响载体在宿主细胞内的自我复制3.最好具有多个限制性内切酶的切点，供外源DNA插入4.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择8．除下列哪一项外，转基因工程的运载体必须具备的条件是：（）A．能在宿主细胞中复制并保存B．具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C．具有标记基因，便于进行筛选D．是环状形态的DNA分子D人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性()B.有利于对目的基因是否导入进行检测C.增加质粒分子的分子量D．便于与外源基因连接B基因工程的一般程序一、目的基因的获得二、重组载体的构建三、重组载体的导入和筛选四、目的基因的表达与鉴定（一）目的基因的提取目的基因：主要是指___________________。获取方法：1、直接分离法2、人工合成法：反转录法；化学方法合成法PCR反应合成DNA基本操作步骤编码蛋白质的结构基因原理：DNA复制过程：加热DNA解链冷却引物结合到互补DNA链互补链合成条件：耐高温DNA聚合酶一、目的基因的获得直接分离法（最常用的方法——鸟枪法）人工合成法化学合成法反转录法外源DNADNA片段目的基因多个目的基因信使RNADNA单链双链DNA多个目的基因多个目的基因蛋白质氨基酸序列目的基因核苷酸序列目的基因（一）目的基因的提取获取方法：1、直接分离法2、人工合成法：反转录法；化学合成法PCR反应合成DNA基本操作步骤原理：DNA复制过程：加热DNA解链冷却引物结合到互补DNA链互补链合成条件：耐高温DNA聚合酶（二）基因表达载体构建1、基因表达载体由________、_______、______、________四部分组成。目的基因启动子标记基因终止子2、启动子作用：3、标记基因的作用：RNA聚合酶识别和结合的位点抗生素基因鉴别受体细胞中是否含有目的基因，筛选含有载体的细胞二、重组载体的构建基因表达载体的组成：b、目的基因a、启动子c、终止子d、标记基因e、复制原点提醒①与载体相比较,增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段,其功能各不相同。②启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。1、1997年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。请据右下图回答问题。(1)此图表示的是采取__________合成基因的方法获取__________基因的过程。(2)图中①DNA是以_________为模板，形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的目的基因。(3)图中③代表，它往往含基因，以便对目的基因的检测。人工目的信使RNA重组DNA分子标记三、重组载体的导入和筛选受体细胞导入方法大肠杆菌转化法：获得转基因大肠杆菌酵母菌转化法：获得转基因酵母菌动物受精卵显微注射法：转基因动物植物体细胞农杆菌转化法、基因枪法：转基因植物植物受精卵花粉管通道法、基因枪法，转化法：转基因植物1、基因工程的基本工具（1）“分子手术刀”---。①来源：主要是从生物中分离纯化出来的。②功能：能够识别双链DNA分子的某种的序列，并且切割特定的两个脱氧核苷酸之间的，形成黏性末端。2、“分子缝合针”-----。①功能：缝合两个脱氧核苷酸之间的。②与DNA聚合酶作用的异同：。3、“分子运输车”--。最常用的载体是：。必须具备的条件：4、目的基因的获取方法：。5、将目的基因导入植物细胞，最常用的方法是，其次还有和。受体细胞可以是受精卵、体细胞（经组织培养成为完整个体）。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是。此方法的受体细胞多是。复习回顾限制性内切酶原核特定脱氧核苷酸磷酸二酯键DNA连接酶缺口载体细菌质粒直接分离法、人工合成法农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射法受精卵连接酶在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸片段的3’端的羟基上，形成磷酸二酯键四、目的基因的表达与鉴定基因表达基因表达指基因组中某基因在细胞中转录为mRNA和翻译成蛋白质的过程。基因表达的改变预示着细胞在分子水平上的变化。它往往是细胞形态功能变化之前的变化。DNARNAProtein转录翻译目的基因是否插入转基因生物染色体的DNA：（四）目的基因的检测与鉴定目的基因是否表达：目的基因是否转录：方法:DNA分子杂交方法:分子杂交方法:抗原-抗体杂交鉴定——抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等检测—DNA分子杂交示意图采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。2、下图为利用生物技术获得动物乳腺反应器和抗虫棉的过程，据图回答：⑴在基因工程中，A表示，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶区别于其他酶的特点是，B表示。⑵在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因，并采用技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有。目的基因识别特定的核苷酸序列，并且在特定的位点上切割DNA分子重组DNAPCR限制性内切酶、DNA连接酶⑶基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分?。⑷将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用方法，在②过程中一般采用方法，受体细胞一般是。⑸由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么?。⑹要确定目的的基因（抗虫基因）导入棉花细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：。目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分农杆菌转化法显微注射技术受精卵进行抗原—抗体杂交，如果出现杂交带，表明奶牛中出现了抗原蛋白；不出现杂交带，表明奶牛中未出现抗原蛋白让害虫吞食棉花叶，观察害虫是否具有抗虫性状3.为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。⑴获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的处，DNA连接酶作用于处。（填“a”或“b”）⑵将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法。（3）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的做探针进行分子杂交检测，又要用方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性aa基因枪法（花粉管通道法）耐盐基因（目的基因）一定浓度的盐水浇灌（移植到盐碱地中）1、抗虫转基因植物方法：从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入农作物中，使其具有抗虫性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（一）植物基因工程硕果累累2、抗病转基因生物目的基因包括：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、抗真菌转基因植物中的有几丁质酶基因和抗毒素合成基因3、抗逆转基因作物4、利用转基因改良植物的品质基因工程的应用用转基因动物生产药物---动物乳腺生物反应器获取目的基因（药用蛋白基因）构建基因表达载体（在药用蛋白基因前加乳腺蛋白基因的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成早期胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）（二）动物基因工程前景广阔用转基因动物作器官移植的供体供体动物：存在的难题：解决方法：猪免疫排斥将供体基因组导入某种基因调节因子，以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。（三）基因工程药品异军突起工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。我国已生产的产品：白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等（四）基因诊断与基因治疗基因诊断：用放射性同位素等标记的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞基因治疗：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。体外基因治疗体内基因治疗基因治疗的形式蛋白质工程蛋白质工程什么是蛋白质工程以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，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。蛋白质工程流程图1.从预期的蛋白质功能出发2.设计预期的蛋白质结构3.推测应用的氨基酸序列4.找到相应的脱氧核苷酸序列比较：基因工程和蛋白质工程基因工程蛋白质工程相同点都要改造基因，都属于分子水平产生新的基因型，无新基因基因（型）产生的蛋白质原有的新的联系蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸(2008理综山东卷)为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中处，DNA连接酶作用于处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用技术，该技术的核心是__________和。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的作探针进行分子杂交检测，又要用方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。a植物组织培养脱分化（去分化）基因枪法（花粉管通道法）再分化耐盐基因（目的基因）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）a（2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括和。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是和。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或，后者的形状成。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率，所以在转化后通常需要进行操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和序列上是相同的。答案：（1）从基因文库中获取化学合成（人工合成）（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（连接酶）（3）质粒小型环状（双链环状、环状）（4）低筛选（5）氨基酸（2007，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是。（2）进行基因转