第41章基因工程及蛋白质工程12PPT幻灯片

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基因工程和蛋白质工程-高中三年级生物课件

（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。
比较：基因工程和蛋白质工程
基因工程
相同点产生新的产生的蛋白质联系
蛋白质工程
都要改造基因，都属于分子水平基因型，无新基因基因（型）原有的新的
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)35.（8分）【生物—现代生物科技专题】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 a 处，DNA连接酶作用于 a 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基因枪法（花粉管通道法）法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用植物组织培养技术，该技术的核心是脱分化（去分化）再分化。和（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位耐盐基因（目的基因）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一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）植株的耐盐性。
基础回顾
基因工程
DNA重组技术 1、基因工程又叫做基因拼接技术或__________。 ________

基因工程及蛋白质工程

基因工程（gene engineering）:是对携带遗传信息的分子进行施工的分子工程，包括基因重组、克隆和表达。

基因工程这个术语既可用来表示特定的基因施工项目，也可泛指它所涉及的技术体系，其核心是构建重组体DNA的技术，因此基因工程和重组体D 技术(DNA recombination)有时也就成为同义词。

蛋白质工程（protein engineering):是在基因工程基础上发展起来的。

是指通过对蛋白质已知结构与功能的认识，借助计算机辅助设计，利用基因定位诱变等技术改造蛋白质，以达到改进其某些性能的目的。

技术上的三大发现限制性内切酶和DNA连接酶的发（标志着DNA重组时代的开始）。

载体的使用。

逆转录酶的发现。

载体应具备的条件具有自主复制的能力携带易于筛选的选择标记含有多种限制酶的单一识别序列，以供外源基因插入除保留必要序列外，载体应尽可能小，便于导入细胞和进行繁殖使用安全三、表达载体表达载体(expression vector)是用来在宿主细胞中表达外源基因的载体。

这类载体除具有克隆载体所具备的性质外，还带有表达构件-转录和翻译所必需的DNA序列。

表达载体包括原核细胞表达载体,哺乳动物细胞表达载体和植物表达载体三类。

基因克隆的基本程序包括五大步骤：①制备目的基因;②连接目的基因与裁体形成重组体;③将重组体转入宿主细胞；④重组体的筛选和鉴定；⑤重组体的扩增和表达．目的基因是指要克隆或表达的基因1．从基因文库中筛选：2．利用PCR合成：3．人工合成：4.CDNA文库三、重组DNA导入宿主细胞在基因克隆技术中，将质粒DNA及其重组体导入细菌称为转化(transformation)；将病毒及其重组体导入宿主细胞称为转染(transfection)；将噬菌体及其重组体才入宿主细胞称为转导(transduction)。

1.氯化钙法2. 2.电穿孔法3. 3. 脂质体转染法、4. 4.显微注射法5. 5.根瘤土壤杆菌法6. 6.基因枪法83 83四、重组体的筛选和鉴定由于重组体导入宿主细胞的比例通常较低，因此需要对含有重组体的宿主细胞进行筛选并作鉴定。

基因工程的应用蛋白质工程ppt课件

基因工程的应用蛋白质工程
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1
项目
具体应用
目的基因
作用
受体生物
备注
①抗虫但不
抗虫转基因植植物物基因工程常用的目
抗虫基因：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
抗虫：Bt毒蛋白水解成多肽与肠上皮细胞结合，形成穿孔，细胞肿胀裂解致死；两种抑制剂棉花、分别抑制相应酶活水稻、性，影响消化；植玉米等物凝集素为糖蛋白，与肠黏膜结合，影响营养物质的吸收和利用
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5
• 1．概念
•
蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构
和生物活性之间的关系，a按照人类自身的需
要，利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码
序列或直接对蛋白质进行有目的的改造，从
而创造出自然界本不存在的、具有优良特性
的蛋白质分子。
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6
• 2．过程
•
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结
•
(2)培育转植酸酶基因的大豆，可提高其
作为饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因
导入大豆细胞常用的方法是________。请简
述获得转基因植株的完整过程。
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14
•(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过________转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期后可通过________ 方法，从而一次得到多个转基因猪个体。
•_________________________________________ _______________________________。
•尝试自解：________

基因工程的应用及蛋白质工程的崛起精品课件

长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
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二、动物基因工程
1. 用于提高动物生长速度：由于外源生
长激素基因的表达可以使转基因动物生长得
更快。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
2. 用于改善畜产品的品质：基因工程可
用于改善畜产品的品质。如：将肠乳糖酶基
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20
利用微生物生产药物的优越性何在?
利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：
（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，
无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量
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1
一、植物基因工程的应用
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2
一、植物基因工程的应用 1. 提高抗逆性
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3
一、植物基因工程的应用 1. 提高抗逆性（1）常用抗虫基因： 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。
药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、
人脑激素、α－干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组
织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程
药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成
素、白细胞介素－2、肾素、心钠素等一大批珍
贵药品正处于试用或临床试验阶段。
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15
1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。
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特异性切割
24-26 bp处
8
（二) II型限制酶的识别和切割位点
II 型限制性核酸内切酶的基本特性:
识别双链DNA分子中4-8对碱基的特定序列,大部分酶的切割位点在识别序列内部或两侧,识别切割序列呈典型的旋转对称型回文结构(palindrome).
EcoR I的切割位点 EcoR I的识别序列
1973年，Cohen和Boyer获得了抗四环素和新霉素的重组菌落，标志着基因工程的诞生。
Kanamycin R6-5
Tetracycline pSC101
EcoR I
DNA Ligase
Kanr and Tetr
2
技术上的三大发现
➢ 限制性内切酶和DNA连接酶的发现（标志着DNA重组时代的开始）。 ➢ 载体的使用。 ➢ 逆转录酶的发现。
如EcoRI，当反应条件改变时，其特异性可由原来6 bp的GAATTC降为4 bp的AATT，一般用EcoRI＊表示，称为EcoRI的星活性。
14
同裂酶、同尾酶
由不同微生物分离得到的限制酶，如果识别位点和切割位点完全一样，称为同裂酶（isoschizomers）；如仅仅是粘性末端突出的单链相同，称为同尾酶（isocaudamers）。
由同尾酶切割的限制片段彼此相连，不能再被原来的限制酶切割。例如，BamH I限制片段与Bgl II的限制片段相连后，其序列变为，与原来两个限制酶的识别序列均不相同，因此不再为原来的酶所切割。
15
3 5 ''- -A T A T T A A T A T T A - -5 3 '' A D h ra a Ⅲ Ⅰ 3 5 ''- -A T A T T A +A T A T T A - -5 3 ''
6
（一)限制酶的命名和分类
1. 限制性核酸内切酶的命名
属名种名株名 Haemophilus influenzae d （嗜血流感杆菌d株）
H i n d II H i n d III
同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶
7
2. 限制性核酸内切酶的分类
主要特性 I 型
II 型
III 型
限制修饰
5‘ … G-C-T-G-A-A-T-T-C-G-A-G … 3’ 3‘ … C-G-A-C-T-T-A-A-G-C-T-C … 5’
EcoRI 37 ℃
5‘ … G-C-T-G-OH
P-A-A-T-T-C-G-A-G … 3’
3‘ … C-G-A-C-T-T-A-A-P
OH-G-C-T-C … 5’
PstI 37 ℃
5‘ … G-C-T-C-T-G-C-A-OH
P-G-G-A-G … 3’
3‘ … C-G-A-G-P
OH-A-C-G-T-C-C-T-C … 5’
退火 4-7 ℃
HO P 5‘ … G-C-T-C-T-G-C-A G-G-A-G … 3’ 3‘ … C-G-A-G A-C-G-T-C-C-T-C … 5’
第一节概述
基因工程（gene engineering）:是对携带遗传信息的分子进行施工的分子工程，包括基因重组、克隆和表达。基因工程这个术语既可用来表示特定的基因施工项目，也可泛指它所涉及的技术体系，其核心是构建重组体DNA的技术，因此基因工程和重组体DNA技术(DNA recombination)有时也就成为同义词。
蛋白质工程（protein engineering):是在基因工程基础上发展起来的。是指通过对蛋白质已知结构与功能的认识，借助计算机辅助设计，利用基因定位诱变等技术改造蛋白质，以达到改进其某些性能的目的。
1
1972年美国斯坦福大学的Berg和他的同事将λ噬菌体基因和大肠杆菌乳糖操纵子插入猴病毒SV40 DNA中，首次构建出DNA的重组体。
3
一、限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶(restriction endonuclease)又称限制性内切酶，简称为限制酶。这类酶能识别双链DNA分子内部的特异位点并且裂解磷酸二酯链。
主要存在于原核细菌中，帮助细菌限制外来DNA的入侵。1968年，Smith等人首先从流感嗜血杆菌d株中分离出Hind II和Hind III 。
退火 4-7 ℃ HO P
5‘ … G-C-T-C-T-G-C-A G-G-A-G … 3’
3‘ … C-G-A-G A-C-G-T-C-C-T-C … 5’ P OH
10
PstI 等产生的3‘粘性末端
5‘ … G-C-T-C-T-G-C-A-G-G-A-G … 3’ 3‘ … C-G-A-G-A-C-G-T-C-C-T-C … 5’
5‘ … G C T G A A T T C G A G … 3’ 3‘ … C G A C T T A A G C T C … 5’
5‘ … G C T G 3’‘ … C G A C T T A A
AATTCGAG… G C T C … 5’
EcoRI等产生的5‘粘性末端(Sticky end)
P OH
11
PvuII等产生的平头末端(blund end)
5‘ … G-C-T-C-A-G-C-T-G-G-A-G … 3’ 3‘ … C-G-A-G-T-C-G-A-C-C-T-C … 5’
PvuII 37 ℃
5‘ … G-C-T-C-A-G-OH 3‘ … C-G-A-G-T-C-P
P-C-T-G-G-A-G … 3’ OH-G-A-C-C-T-C … 5’
双功能
单功能
双功能
蛋白结构异源三聚体
同源二聚体
异源二聚体
辅助因子 ATP Mg2+ SAM
Mg2+
识别序列 TGAN8TGCT
旋转对称序列
A（AECcNo6BG）TGC（Eco C）
ATP Mg2+ SAM
GAGCC CAGCAG
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切割位点距识别序列1 kb处识别序列内或附近距识别序列下游
随机性切割
12
现巳提纯供商品用的限制酶有400余种，其中常用者列举于表下表
13
使用限制酶时应注意提供适宜的反应条件，如DNA底物的纯度、浓度、分子结构和构型、缓冲液的PH及离子强度等。如果反应体系不能满足最适条件，则可能导致酶产生第二活性，又称星活性(star activity)，即限制酶严格的识别特异性降低，导致其在DNA分子内产生附加切割。