一轮复习 基因工程与蛋白质工程课件.ppt汇编

百分之一。
要对天然质粒进行人工改造
作为载体必须具备哪些条件？
1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；
2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因 连接；
3、具有某些标记基因，便于进行筛选。 （如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色 反应的基因等 ）
4、对受体细胞无害
原核细胞的基因结构(补充内容）
非编码区 编码区上游
切点：磷酸二酯键
举例：EcoRI限制酶能识别 GAATTC序列，并 在G和A之间切开 （黏性末端）
SmaI限制酶能识别 GGGCCC序列，并 在G和C之间切开 （平末端）
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。
➢退火：冷却至55～60℃ 变性 部分引物与模板的单链 DNA的特定互补部位相配 对和结合
PCR技术
原理： DNA复制 前提：
一段已知目的基因的核苷酸序列 原料
模板DNA；DNA引物；四种脱氧 核苷酸；热稳定DNA聚合酶 （Taq酶）；离子
方式：以_指__数__方式扩增，
PCR扩增仪
即_2_n__（n为扩增循环的次数）
过程 变性、退火、延伸三步曲
➢变性：加热至90～95℃ 双链D的基因
PCR——聚合酶链式反应 是一项生物体外复制特定DNA片
段的核酸合成技术。通过此技术，可 获取大量的目的基因。
外显子 内含子
真核 细胞
的
编码区 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
基因
结构 非编码区 ：有调控作用,上游有启动子，下
游有终止子
非编码序列： 包括非编码区和内含子

撬法·命题法 解生物技术的安全性与伦理问题的讨论。将目的基因导入另一生物体内 后，可能会产生新的有害成分，所以需严格选择目的基因，A 项正确；生殖性克隆人违反了人类现有伦理 道德，中国政府的态度是禁止生殖性克隆人实验，但不反对治疗性克隆，B 项正确；将试管婴儿技术用于 设计婴儿性别等是对设计婴儿技术的滥用，是反对设计试管婴儿的原因之一，C 项正确；干扰素是一种对 病毒具有特异性杀伤作用的物质，不能用作生物武器，D 项错误。
4 生物武器对人类的威胁 (1)生物武器种类
致病菌：鼠疫菌、炭疽杆菌等 病毒：天花病毒、痘病毒等 生化毒剂：肉毒杆菌毒素 经过基因重组的致病菌：重组流感病毒、新型鼠痘病毒
(2)我国政府观点 在任何情况下 不发展 、 不生产 、 不储存 生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
重难点 1 抗虫棉的培育 (1)目的基因：Bt 毒蛋白基因。 (2)抗虫原理：Bt 毒蛋白水解成的多肽与肠上皮细胞受体结合，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解， 最后造成害虫死亡。 注：Bt 毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。
易错警示 基因诊断与基因治疗
基因治疗
基因诊断
原理 基因重组及基因表达 DNA 分子杂交
将正常基因导入有基
因缺陷的细胞中，使 制作特定 DNA 探针与
方法 该基因的表达产物发 病人样品 DNA 混合，
挥功能，以达到治疗 分析杂交带情况
的目的
进展
临床实验
临床应用
1．思维辨析 (1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株。( √ ) (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋 白基因导入了动物的乳腺细胞中。( × ) (3)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。( × ) (4)国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害。( × ) (5)目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上。( √ ) (6)我国反对生物武器，但我国在特殊情况下可以生产生物武器。( × )

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。

(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

4.目的基因的检测与鉴定
拓展 提升科学思维
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各 种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在 该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题： (1)什么是引物？ 提示 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 (2)PCR技术为什么需要引物？ 提示 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。
拓展 提升科学思维
构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA
片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
，限制性内切
核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是
，根据图示分析回答下列问题：
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形 成黏性末端的过程。
提示 限制性内切核酸酶Ⅰ： 限制性内切核酸酶Ⅱ：
本质
DNA
DNA
mRNA
mRNA
位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端
RNA聚合酶识 别和结合的部 功能 位，驱动基因 转录出mRNA
翻译的起始 使转录在所需要
信号(编码氨 的地方停下来
基酸)
翻译的结束信 号(不编码氨 基酸)
3.将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法 农杆菌转化法、花__粉__管__通__道__法__ 显微注射法 Ca2＋ 处理法
(6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？ 第n轮循环需要消耗多少个引物数？ 提示 经过n轮循环需要消耗引物数为(2n＋1－2)个，第n轮循环需要消耗 的引物数为2n个。

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？

D.用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性 状发生变异的大豆
【 解 析 】 A项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B 项属于杂交育种，原理是基因重组；C项属于基因工程， 原理是基因重组；D项属于诱变育种，原理是基因突变。 选C。
【答案】 C
2.下列有关基因工程技术的原理或实质的叙述，合理的有
形成黏性末端或平 形成重组DNA 形成新的
作用结果
末端
分子
DNA分子
形成单链DNA 分子
（2）限制酶与DNA连接酶的关系：
① 限 制 酶 不 切 割 自 身 DNA的原因是：原核生物中不存 在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
②DNA连接酶起作用时不需要模板。 2.载体 （1）作用： ①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
连接黏性末端和平末端
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
（3）载体
双链环状DNA分子
限制酶 标记基因
②其他载体：λ噬菌体衍生物、 动植物病毒 等。
3.基因工程的基本工具（判一判） （1）限制酶只能用于切割目的基因（×） （2）限制酶切割DNA分子具有特异性（√） （3）限制酶切割DNA后可产生黏性末端和平末端两种类型（√） （4）DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 （×） （5）E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端（× ） （6）质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体（√） （7）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 （√）
（2）具备的条件： ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。 ②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。 ③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。 （3）种类： ①质粒：一种祼露的、结构简单、独立于细菌拟核 DNA之外，能够自我复制的很小的双链环状DNA分子； ②λ噬菌体的衍生物； ③动植物病毒。

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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）

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