一轮复习 基因工程与蛋白质工程课件.ppt.ppt

基因编辑技术如CRISPR-Cas9在理论上可以用于修改人类胚 胎基因，可能导致遗传信息的永久改变。这种技术的潜在滥 用可能对人类基因库造成不可逆的影响，引发一系列伦理问 题。
基因歧视问题
随着基因检测技术的发展，个人基因信息可能被用于不公平 的决策，如就业、保险和医疗保健。这可能导致基因歧视， 侵犯个人权利。
Part
02
基因工程的应用
基因治疗
基因治疗是指通过改变人类基因来治疗遗传性疾病和 获得性状的一种方法。
输标02入题
基因治疗可以分为直接基因治疗和间接基因治疗两种 类型。
01
03
目前，基因治疗已经在一些遗传性疾病的治疗中取得 了显著成果，如囊性纤维化、镰状细胞贫血等。
04
直接基因治疗是直接将正常的基因导入人体细胞中， 以替代缺陷基因；而间接基因治疗则是通过调节人体 内的某些基因的表达来达到治疗目的。
合成生物学结合了工程学和生命科学 的原理，通过设计和构建人工生物系 统，解决实际问题，未来发展潜力巨 大。
基因治疗的研究进展
基因治疗是当前研究的热点领域，通 过向患者体内导入功能正常的基因， 治疗遗传性疾病和癌症等疾病，未来 有望取得突破性进展。
蛋白质工程技术的发展趋势
蛋白质结构和功能的深入研究
01
定向进化的方法
包括基因突变、基因重组、基因 体外合成等技术，通过这些技术 可以实现对蛋白质的定向进化。
蛋白质工程在药物研发中的应用
药物靶点的发现
通过蛋白质工程可以发现新的药物靶 点，为新药的研发提供基础。
药物设计和优化
通过蛋白质工程可以对药物进行设计 和优化，提高药物的疗效和降低副作 用。
蛋白质工程在农业和工业生产中的应用
目前，基因改良作物已经在世界 范围内得到广泛应用，但同时也 面临着社会接受程度和生态安全 等方面的挑战。

溶解DNA 丝状物
―→取两支试管，各加入物质的量浓度为2
mol/L的NaCl溶液，将丝状物放入其中一支试管中，并用玻 璃棒搅拌。
DNA的鉴定 ―→向两支试管中分别加入二苯胺试剂， 沸水中加热一段时间，待试管冷却后，看溶解有DNA的溶 液是否变蓝。
3．方法突破 (1)做该实验时，不能用猪血代替鸡血，因为哺乳动物成 熟的红细胞中没有细胞核，不能提取DNA。 (2)制备鸡血细胞液时，要注意向鸡血中加柠檬酸钠，防 止血液凝固。
人的胰岛素基因可以在大肠杆菌体内得以表达，但是由 于大肠杆菌是原核生物，没有内质网、高尔基体等细胞器的 加工，合成的胰岛素原不具有胰岛素的功能，即没有生物活 性；作为标记基因，有利于重组基因在细胞内表达的鉴定筛
选，但对于目的基因的表达没有促进等调控作用。
答案：D
二、基因工程的基本操作程序 1．构建基因表达载体(核心步骤)
DNA连接酶
DNA聚合 酶
解旋酶
作用特 点
将双链DNA片 段“缝合”起 来，恢复被限 制切开了的两 个核苷酸之间 的磷酸 二酯键
只能将单 个脱氧核 苷酸添加 到脱氧核 苷酸链上
将DNA 两条链 之间的 氢键打 开
作用结 果
形成单 形成重组DNA 形成新的 链DNA DNA分子 分子 分子
(2)限制酶与DNA连接酶的关系
(1)主要来源：原核生物。
(2)特点：能够识别DNA特定的 磷酸二酯键 开两个核苷酸之间的 核苷酸序列 。 ， 切
(3)DNA末端：限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种 形式： 黏性末端 和平末端。
2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：将双链 DNA片段 制酶切开的两个核苷酸之间的 (2)种类 ①E·coli DNA连接酶：只能缝合DNA的黏性末端。 “缝合”起来，恢复被限 。 磷酸二酯键

(2)基因治疗 a.概念:把⑤ 正常基因 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。
b.
c.成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能产 生腺苷酸脱氨酶,然后,再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型 免疫缺陷症。
二、蛋白质工程 1.蛋白质工程崛起的缘由 (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)基因工程的不足:在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程的基本原理
物反应器”。 因此以胡萝卜为转化受体,研究FMDV的VP1基因在转基因 胡萝卜中的表达情况 , 为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供 了一条新途径。 问题探究 (1)构建基因表达载体的目的是什么? (2)将VP1基因转入胡萝卜细胞最常用的是什么方法?其原理是什么? (3)一般来说,切割目的基因或运载体为何使用两种不同的限制酶? 要点点拨 (1)使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一 代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)将目的基因(VP1基因)导入植物细胞最常用的是农杆菌转化法。当植 物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向 这些细胞,这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受 体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,利用这一特点,可将目的基
d.扩增过程
过程 变性 复性
延伸
说明
图解
当温度上升到90 ℃以上时,双链 DNA解聚为单链
温度下降到50 ℃左右,两种引物 通过碱基互补配对与两条单链 DNA结合
72 ℃左右时,Taq DNA聚合酶活 性高,可使DNA新链由5'端向3' 端延伸

或其他数量的核苷酸组成。
6.切割结果：切口有两种：黏性末端和平末端 当限制酶在它识别序列的_中__轴__线__两__侧__将DNA分子的两条链分别切 开时，产生的是黏__性__末__端____； 当限制酶在它识别序列的_中__轴__线__处__切开时，产生的是_平__末__端_；
EcoRⅠ SmaⅠ
不会对人畜有害的原理？①Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人畜的胃液 呈酸性 ②人畜的肠道细胞没有特异性受体。 一、目的基因的筛选与获取 1.何为目的基因？P76用于改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基因，主要指编码蛋白质的基因 库是由mRNA逆转录形成的，只包含真核细胞基因结构中外显子的序列，可在不同物种之间交流；
物细胞 哺乳 不的到溶丝解状。沉淀物、
方案： ①4℃冰箱静置后取 上清液 ②离心后取上清液
2mol/L的 NaCl溶液， 2只试管
二苯胺 沸水浴加热 蓝色
加①体低积温相放等置、几预分冷钟酒的精作（用体？积分数95%）静置，得白色丝状物 提②取搅方拌案时：应轻缓、并沿一个方向的原因？
①抑用制玻核璃酸棒水沿解一酶个的方活向性搅，拌进，而卷抑起制丝D状NA物降，解并；用抑滤制纸DN吸A分取子上面运 动的，水使DNA易形成沉淀析出；低温有利于增加DNA分子柔韧性，
6
●1.基因表达载体的构建目的？ ●2.基因表达载体组成？ ●3.基因表达载体各组成部分的作用？ ●4.转化的概念？ ●5.将目的基因导入受体细胞的方法及适用范围？
7
1.在培养有些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是什么？ 2.原理？ 3.采用农杆菌转化法导入目的基因时，为什么目的基因可以整合到染色体的DNA 上? 4.目的基因插入染色体DNA上的目的是什么？ 5.两次拼接、两次导入 6.转基因的植物细胞如何获得最终的新品种？

(7)用于载体的质粒 DNA 分子上至少含一个限制酶识别位点(√ )
(8)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在
并表达
(√)
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
2．载体需具备的条件及其作用(连线)
对点落实
返回
1．(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了
EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和 Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列
与 切 割 位 点 ， 图 (b) 为 某 种 表 达 载 体 的 示 意 图 ( 载 体 上 的
EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
↓
↓
↓
——GAATTC—— ——GGATCC—— ——GATC——
返回
(2)写出产生的末端的种类：①产生的是黏性末端；②产生的 是 平末端 。 (3)EcoRⅠ限制酶和 SmaⅠ限制酶识别的碱基序列 不同，切割 位点不同 (填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性 。
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
图(b)
图(c)
(3)DNA 连接酶是将两个 DNA 片段连接起来的酶，常见的
有__E_·_c_o_l_i__D_NA_连__接__酶_和____T_4D_N_A_连___接__酶___，其中既能连接黏 性末端又能连接平末端的是__T_4D_N_A__连__接__酶___。
解析
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么

b.用农杆菌感染时，优先选择 受伤的
（受伤的/完好的）叶
片与重组质粒的农杆菌培养，选用该叶片的理由
是
叶片伤口处的细胞可释放大量的酚类。物质，可吸引农杆菌
三.基因工程的基本操作程序 3DNA三.基因工程的基本操作程序
1.目的基因的获取 ②基因的种类: 基因组和部分基。因
基因组DNA与cDNA的比较类型 大小基因中启动子（具有启动作用 的DNA片段） 基因中内含子(位于编码蛋白质 序列的非编码DNA片段）
2.基因表达载体的构建—基因工程的核心：
（1）构建目的：
①使目的基因在受体细胞中稳定；存在,并且可以遗传给下一代。
②使目的基因能够表达和发挥作。用
（2）构建过程：
同种限制酶
如果使用两种限制酶同时切割目的基因和质粒，有何优点?
。
可防止目的基因和质粒自身环化以及目的基因与运载体的反向连接
若只考虑两两连接，质粒和目的基因至少可以连接 3 种；
【思考】合成引物时是否需要知道目的基因的所有的碱基序列？
三.基因工程的基本操作程序 1.目的基因的获取
(3)利用PCR技术扩增目的基因 ⑥两种引物的要求：
引物自身不能环化 两种引物之间不能互补配对 引物长度不宜过短，防止。引物随机结合
三.基因工程的基本操作程序 例.设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标 注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。
③终止子：使 转录 终止的特殊结构的DNA片段。
④标记基因：四环素抗性基因，卡那霉素抗性基因，氨苄青霉素抗性基
种类：
因等抗生素抗性基因 。
作用： 用于鉴别和筛选含有目的基。因的受体细胞
⑤复制原点： DNA分子复制的。起点

生物医学
蛋白质工程可用于研究 和治疗疾病，例如设计 和优化抗体、酶和细胞
因子等。
农业与食品工业
蛋白质工程可用于改良 农作物和食品品质，提
高产量和营养价值。
环保与能源领域
蛋白质工程可用于设计 和优化微生物，以实现 废物处理、生物燃料生
产等目标。
CHAPTER 02
蛋白质的结构与功能
蛋白质的一级结构
重要性
功能域和活性位点是理解蛋白质功能的关键，对蛋白质工程和药物 设计具有重要意义。
影响因素
功能域和活性位点的形成受一级结构、二级结构和高级结构的影响 ，同时与蛋白质与其他分子的相互作用有关。
CHAPTER 03
蛋白质工程的遗传操作
基因突变技术
随机突变
01
通过化学诱变、物理诱变等方法在基因序列中引入随机突变，
定义
蛋白质的二级结构是指局部主链的折叠方式，常见的二级结构包括 α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等。
重要性
二级结构是构成蛋白质三级结构的重要基础，对蛋白质的功能具有 重要影响。
影响因素
二级结构的形成受一级结构的影响，同时与蛋白质所处的环境条件有 关。
蛋白质的高级结构
定义
蛋白质的高级结构是指整条肽链 中不同二级结构的组合方式，包 括蛋白质的构象、亚基聚合方式 以及与其他分子间的相互作用等
通路分析
通过分析蛋白质在生物体内的相互作用网络，揭示其在信号转导、代谢等通路中的作用，为药物研发 和疾病治疗提供靶点。
CHAPTER 05
蛋白质工程的实验技术
蛋白质的分离与纯化
蛋白质的分离与纯化是蛋白质工程实 验技术的关键步骤之一，其目的是将 目标蛋白质从复杂的生物样本中分离 出来，并提高其纯度。

D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二 代基因工程
4、蛋白质工程的基本流程正确的是（Ｃ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋 白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序 列
A．①②③④ B．④②①③ C．③①④② D．③④①②
5、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，其结果产生的蛋白质 是（ Ｄ ）
体外很难保存
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
满足人类 生产和生 活的需要
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
改造
天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分 子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程
蛋白质工程
相同点 操作环境——生物体外；操作对象—— 基因；操作水平——分子
结果 天然存在的蛋白 自然不存在的蛋白
实质
基因重组 基因修饰或基因合成
流程
中心法则
中心法则逆推
蛋白质工程是在基因工程基础上的延伸， 联系 是第二代基因工程
三、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 2.前景
目标: 改造或制造新的蛋白质，满足人类的 生产或生活的需要
蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
讨论：对照密码表，至少写出三种决定
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。（P27）
—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列 20种氨基酸的密码子表

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10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。15:51:3415:51:3415:518/26/2021 3:51:34 PM
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11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。21.8.2615:51:3415:51Aug-2126-Aug-21
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17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。下午3时51分34秒下午3时51分15:51:3421.8.26
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You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
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基因操作的工具
2.基因的针线—DNA连接酶
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14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年8月26日星期四下午3时51分34秒15:51:3421.8.26
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15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年8月下午3时51分21.8.2615:51August 26, 2021
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16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021年8月26日星期四3时51分34秒15:51:3426 August 2021
同一种限制酶处理
一个切口 两个黏性末端
两个切口 获得目的基因
DNA连接酶 重组DNA分子（重组质粒）
步骤二：基因表达载体的构建 基因表达载体的组成：
步骤二：基因表达载体的构建
注意
①载体与表达载体的区别： 二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在 载体基础上增加了目的基因动子 （具有启动作用的DNA片段）

限制性核酸内切酶
w 同裂酶:来源不同,但有相同的识别序列.或称 异源同工酶.
w 同切点酶:不仅识别序列相同,而且切点也相同.
w 同尾酶:酶的识别序列不完全相同,但切出的粘 性末端相同.
第十切酶的作用位点
第十四章基因工程与蛋白质工程
几种限制性内切酶的作用位点
第十四章基因工程与蛋白质工程
点，以便所要克隆的DNA片段能被插入载体.
第十四章基因工程与蛋白质工程
克隆载体
w 3、外源DNA片段插入载体后，不得使载体 的复制功能丧失.
w 4、具有某种明显的标志，例如抗药性标记， 以便利用这些标志筛选阳性克隆.
w 5、携带外源DNA的幅度较宽. w 6、生物防护是安全的.
第十四章基因工程与蛋白质工程
第十四章基因工程与蛋白质工程
限制性核酸内切酶
w 能识别DNA特定核苷酸序列的核酸内切 ➢ 酶分类:三类. 命名: EcoRI
➢ 分布：主要来源于原核生物。 ➢ 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，
切割特定切点。 ➢ 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）或平
端。 ➢ 举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别
GAATTC序列，并在G和A之间切开。
基团及其空间取向。 w 专一性设计：指功能性蛋白质在发挥其生理功能的时，
总是与其他分子发生专一性相互作用。 w 框架设计：是指对蛋白质分子的立体设计。 w （二）、定点突变技术 w 通过删除或置换DNA片段中的核苷酸，使基因发生改变，
从而产生新的蛋白质。 w 改变DNA核苷酸序列的几种方法： w 1.基因的化学合成. w 2.基因直接修饰法. w 3.盒式突变技术.
w 主要步骤： 1.带有目的基因的DNA片段的获得； 2、构建DNA重组分子； 3、重组DNA分子引入宿主细胞和筛选鉴定； 4、基因的表达.

答案:(1)4 质粒—质粒连接物 目的基因—目的基因连接物
质粒—目的基因连接物
(2)EcoRⅠ SmaⅠ
考点二
基因工程的基本操作程序和应用
1.基因工程的基本操作程序
(②人工化学合成:适用于分子较小的基因。
(2)基因表达载体的构建:
1.限制酶只能用于切割目的基因。( × ) 【分析】限制酶既能用于切割目的基因,也能用于切割载体。 2. DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。( × ) 【分析】DNA连接酶连接的是两个双链DNA片段之间的磷酸二酯 键。
3.E·coliDNA连接酶既可以连接平末端,又可以连接黏性末
端。( × )
形成产物
黏性末端或平 末端 重组DNA分子 子代DNA 形成脱氧核苷 酸单链
DNA聚合酶 脱氧核苷酸 解旋酶 DNA分子 DNA分子
DNA (水解)酶
游离的脱氧核 苷酸
【典例1】(2012·江苏高考)图1表示含有目的基因D的DNA片段 长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和 部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性 核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、 G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题:
选修 3
专题1 基因工程
一、基因工程的概念理解 1.供体:提供_________;2.操作环境:_____; 目的基因 体外 3.操作水平:_________;4.原理:_________; 分子水平 基因重组
5.受体:表达目的基因;6.本质:性状在_____体内表达; 受体
7.优点
(1)与杂交育种相比:克服了_______________的障碍。 远缘杂交不亲和

(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞) 没有碱基互补配对现象。
(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传 物质相对较少。 (4)转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
考点二
基础回扣
要点探究
命题设计
返回
考点二 基因工程的操作与应用
(1)基因工程中，构建基因表达载体的目的是使__目__的__基__因__在__受_ _体__细__胞__中__稳__定__存__在__，__能__遗__传__给__后__代__，__并__表__达__和__发__挥__作__用___。 (2)限制酶 EcoRⅠ的识别序列和切割位点是—G↓AATTC—， SmaⅠ的识别序列和切割位点是—CCC↓GGG—。图中目的基 因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应
考点一 基因工程的概念和基本工具
二、DNA 重组技术的基本工具
1．限制性核酸内切酶(简称： 限制酶 ) (1)来源：主要是从 原核 生物中分离纯化出来的。 (2)作用：识别特定的 核苷酸序列 并切开相应两个核苷酸之 间的 磷酸二酯键。 (3)结果：产生 黏性末端 或平末端。
考点一 基因工程的概念和基本工具
(1) 限 制 酶 和 DNA 连 接 酶 的 作 用 部 位 相 同 吗？ 相同 。 (2)DNA 连接酶起作用时是否需要模板？ 不需要 。
考点一
基础回扣 要点探究 命题设计 技法提炼 返回
考点一 基因工程的概念和基本工具
易错警示
巧辨基因工程操作基本工具的 8 个易错点 (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件， 高温、强酸或强碱均易使之变性失活。 (3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相 同的黏性末端。 (4)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端。 (5)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同 一个 DNA 分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。