1、一基因工程医学知识又叫又叫DNADNA重组技术，是按人们愿望，重组技术，是按人们愿望，进行严格设计，通过体外进行严格设计，通过体外DNADNA重组和重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造更符合人们需要的新的生物性，创造更符合人们需要的新的生物类型与产品。类型与产品。基因工程基因工程 （一）概念（一）概念 一基因工程医学知识2一基因工程医学知识3 一基因工程医学知识4（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具、分子手术刀、分子手术刀限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）能识别双链能识别双链DNADNA分分子的某种特定核苷酸子的某种特定核苷酸序列
2、，并且使每一条序列，并且使每一条链中特定部位的两个链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二核苷酸之间的磷酸二酯键酯键指一类酶，非一种酶。指一类酶，非一种酶。一基因工程医学知识5 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有4000多种。一基因工程医学知识61、限制性核酸内切酶（3）.举例：大肠杆菌的一种限制酶能大肠杆菌的一种限制酶能识别识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。（1 1）作用部位：磷酸二酯键）作用部位：磷酸二酯键（2）特点：专一性，即识别特定核苷专一性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
3、酸序列，切割特定切点。一基因工程医学知识7一基因工程医学知识8（5）作用结果：形成）作用结果：形成DNA片段末端片段末端平末端：平切（相同部位）平末端：平切（相同部位）黏性末端：错位切（不同部位）黏性末端：错位切（不同部位）一基因工程医学知识9重播重播一基因工程医学知识10DNADNA被限制酶切断后有两个反向互补的被限制酶切断后有两个反向互补的“黏黏性末端性末端”。被同一种限制酶切断的几个。被同一种限制酶切断的几个DNADNA具有具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。一基因工程医学知识11一基因工程医学知识12一基因工程医学知识13例题、限制性内切酶例
4、题、限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATC，限制性内切酶，限制性内切酶的识别序列和切的识别序列和切点是点是GATC。在质粒上有酶。在质粒上有酶的一个位点，的一个位点，在目的基因的两侧各有一个酶在目的基因的两侧各有一个酶的切点。的切点。（1）请画出质粒被限制酶）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏切割后所形成的黏性未端。性未端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所切割后所形成的黏性未端。形成的黏性未端。（3）在）在DNA連接酶的作用下，上述两种不同限連接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性未端能否連接起来？为什制酶切割后形成的黏性未端能
5、否連接起来？为什么？么？一基因工程医学知识14（1）GGATCCTAGG用酶用酶切割切割GGATCCTAGG（2）GATC目的基因目的基因GATC CTAG 目的基因目的基因CTAG用酶用酶切割切割GATC目的基因目的基因GATC CTAG目的基因目的基因CTAG（3）可以連接。因为由两种限制性内切酶切割可以連接。因为由两种限制性内切酶切割后形成的黏性未端是相同的（或是可以互补后形成的黏性未端是相同的（或是可以互补的）的）一基因工程医学知识15重重播播、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶（1）连接的部位：）连接的部位：DNA双链片段间的双链片段间的 磷酸二酯键。磷酸二酯键。一基因工
6、程医学知识16（2）常用种类：E.coliDNA连接酶连接酶：来源：大肠杆菌来源：大肠杆菌作用：连接黏性末端作用：连接黏性末端T T4 4DNADNA连接酶：连接酶：来源：来源：T T4 4噬菌体噬菌体作用：连接黏性末端、作用：连接黏性末端、平末端平末端一基因工程医学知识17（3）与DNA聚合酶的比较DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶化学本质化学本质作用部位作用部位模板模板一基因工程医学知识183 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体3.3.种类：种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。质粒、噬菌体和动植物病毒。1.1.作用：作用：将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞
7、。在宿主细胞内对目的基因进行大量复制在宿主细胞内对目的基因进行大量复制2.2.条件：条件：1)1)能在宿主细胞内复制并稳定地存在。能在宿主细胞内复制并稳定地存在。2)2)具有一个至多个限制酶单一切点，使外源基因插具有一个至多个限制酶单一切点，使外源基因插入其中。入其中。3)3)具有某些标记基因，供重组具有某些标记基因，供重组DNADNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。4)4)对受体细胞无害，不影响其正常活动。对受体细胞无害，不影响其正常活动。一基因工程医学知识19运载体最常用的运载体最常用的运载体-质粒质粒一基因工程医学知识20注 意 在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基
8、础上进行过人工改造的一基因工程医学知识21一基因工程医学知识22一基因工程医学知识23一基因工程医学知识24基因文库：储存基因文库：储存某种生物基因某种生物基因的菌群的总的菌群的总称，不是指生物基因。称，不是指生物基因。基因组文库：某个含有某种生物所有基因基因组文库：某个含有某种生物所有基因的受体菌。的受体菌。部分基因文库（部分基因文库（cDNA文库）：某个含有文库）：某个含有某种生物部分基因的受体菌。某种生物部分基因的受体菌。基因库：一个种群所有基因的总称，指基基因库：一个种群所有基因的总称，指基因。因。一基因工程医学知识25一基因工程医学知识26一基因工程医学知识27cDNA合成过程 第一
9、步，反转录酶以第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与为模板合成一条与RNA互补互补的的DNA单链，形成单链，形成RNA-DNA杂交分子。杂交分子。第二步，核酸酶第二步，核酸酶H使使RNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNA链链降解，使之变成单链的降解，使之变成单链的DNA。第三步，以单链第三步，以单链DNA为模板，在为模板，在DNA聚合酶的作用下聚合酶的作用下合成另一条互补的合成另一条互补的DNA链，形成双链链，形成双链DNA分子。分子。一基因工程医学知识28一基因工程医学知识29一基因工程医学知识30优点优点缺点缺点鸟枪法鸟枪法反转录法反转录法根据已知氨基酸根据已知氨基酸合成合成DNAD
10、NA法法一基因工程医学知识314）目的基因的扩增：）目的基因的扩增：PCR技术技术原理：原理：DNA复制复制结果：目的基因成指数增长结果：目的基因成指数增长步骤：变性（解旋为单链）步骤：变性（解旋为单链）+引物，退火，引物，退火，延伸（延伸（DNA聚合酶作用），多次重复聚合酶作用），多次重复原料：原料：DNA模板、模板、4种脱氧核苷酸、引物、种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、聚合酶、ATP（2 2n n）一基因工程医学知识32利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因一基因工程医学知识332 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合-核心步骤核心步骤运载体和表达载体的运载体和表
11、达载体的区别：区别：表达载体的组成：表达载体的组成：启动子启动子+目的基因目的基因+终止子终止子+标记基因标记基因+复制原点复制原点运载体即质粒运载体即质粒表达载体即重组质粒表达载体即重组质粒一基因工程医学知识342、目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）、目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）质粒质粒DNA分子分子同一种限制酶处理同一种限制酶处理 一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端 两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNA连接酶连接酶重组重组DNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？三种情况：目的基因
12、与目的基因结合三种情况：目的基因与目的基因结合 质粒与质粒结合质粒与质粒结合 目的基因与质粒结合目的基因与质粒结合一基因工程医学知识3539（选修模块3：现代生物科技专题）图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI、BamHI的酶切位点，ampR为青霉素抗性基因，tctR为四环素抗性基因，P为启动子，T为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。（1）将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有 、三种。若要从这些连接产物中分离
13、出重组质粒，需要对这些连接产物进行 。（2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 ；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 。（3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是 ，其合成的产物是 。（4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是 。一基因工程医学知识36基因工程载体的构建需要考虑哪些因素（1）基因的特点：如果一个）基因的特点：如果一个来自动物来自动物的目的基因含有的目的基因含有内含子，就内含子，就不能用于转基因植物不能用于
14、转基因植物，因为动物中内含因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的。基因的产物如果是一个产物如果是一个糖蛋白糖蛋白，那么该基因在，那么该基因在原核生物细原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性性，因为，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器加上的，而细菌无这些细胞器。（2）要选择）要选择强启动子强启动子或或组织特异性启动子组织特异性启动
15、子。启动子有。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。的启动子。（3）要有）要有选择标记基因选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。真正的转基因生物。一基因工程医学知识37（三）将目的基因导入受体细胞（三）将目的基因导入受体细胞转化转化 方法方法将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基
16、因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞目的基因进入目的基因进入_内，并且在内，并且在 受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达一基因工程医学知识381 1、将目的基因导入植物细胞的方法：、将目的基因导入植物细胞的方法：农杆菌转化法农杆菌转化法农杆菌介绍、原理及适用范围农杆菌介绍、原理及适用范围一基因工程医学知识39授粉前：将含目的基因的溶液滴加在柱头授粉前：将含目的基因的溶液滴加在柱头 上，或用含目的基因的溶液处理花粉粒
17、，上，或用含目的基因的溶液处理花粉粒，让花粉粒吸入目的基因。让花粉粒吸入目的基因。授粉：利用花粉管作为通道导入外源基因。授粉：利用花粉管作为通道导入外源基因。利用植物的自然生殖过程，省去了组利用植物的自然生殖过程，省去了组织培养阶段，既简单、经济，又快捷实用，织培养阶段，既简单、经济，又快捷实用，原则上适用于任何原则上适用于任何开花植物开花植物。一基因工程医学知识40 植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，
18、滴加前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。因借助花粉管通道进入受体细胞。一基因工程医学知识41受体细胞：细菌受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙氯化钙导入动物细胞导入动物细胞-显微注射法，将目的基因显微注射法，将目的基因注射到卵细胞中，受精后，胚胎移植。注射到卵细胞中，受精后，胚胎移植。导入微生物细胞导入微生物细胞-感受态细胞法感受态细胞法一基因工程医学知识42（四）目的基因的检测与鉴定（四）目的基因的检测
19、与鉴定检查是否成功检查是否成功检测检测个体生物学水平的鉴定个体生物学水平的鉴定检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质方法方法方法方法方法方法DNADNA分子杂交分子杂交分子杂交分子杂交（注意与上不同之处）（注意与上不同之处）抗原抗体杂交抗原抗体杂交一基因工程医学知识43知识延伸知识延伸DNADNA分子杂交技术分子杂交技术该方法根据该方法根据碱基互补配对原则碱基互补配对原则，把互补的双链，把互补的双链DNA解解开，把
20、单股的开，把单股的DNA小片段用小片段用同位素同位素、荧光分子荧光分子或或化学化学发光催化剂发光催化剂等等进行标记进行标记，之后同被检测的，之后同被检测的DNA中的中的同同源互补序列杂交源互补序列杂交，从而检出所要查明的，从而检出所要查明的DNA或基因。或基因。一基因工程医学知识44一基因工程医学知识45一基因工程医学知识464 4、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。菌落，检测菌落中是否有目
21、的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。步培养、研究。（2）表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达）表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达一基因工程医学知识47一基因工程医学知识49基因工程的成果在实际生产、生活中的应用有哪些？基因工程的成果在实际生产、生活中的应用有哪些？医药卫生医药卫生利用转基因的工程菌等生产基因工程药品利用转基因的工程菌等生产基因工程药品基因诊断：基因诊断：用同位素或荧光分子制备用同位素或荧光分子制备DNA探针，利用探针，利用DNA 分子杂交的原理检验被试样品的遗传信息分子
22、杂交的原理检验被试样品的遗传信息基因治疗：用健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞基因治疗：用健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞农牧业农牧业培育优良品质的转基因作物或抗逆性转基因作物培育优良品质的转基因作物或抗逆性转基因作物培育优良品质的转基因动物培育优良品质的转基因动物培育巨型的转基因动物，获得乳腺反应器培育巨型的转基因动物，获得乳腺反应器食品工业：开发新的食品来源食品工业：开发新的食品来源单细胞蛋白单细胞蛋白环境保护环境保护生产可分解多种烃的转基因超级细菌等生产可分解多种烃的转基因超级细菌等利用利用DNA分子探针检测环境中的细菌和病毒等。分子探针检测环境中的细菌和病毒等。一基因工程医学知识50
23、、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 基因工程药品的生产基因工程药品的生产淋巴因子：淋巴因子：干扰素：抑制病毒增殖干扰素：抑制病毒增殖白细胞介素白细胞介素-2-2：增强有关免疫细胞杀伤能力增强有关免疫细胞杀伤能力一基因工程医学知识51干扰素治疗病毒感染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因
24、工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产一基因工程医学知识52 基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗运用基因工程设运用基因工程设计制造的计制造的“DNA“DNA探针探针”检测肝炎病毒等病毒检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞治疗的基因工程细胞基因治疗：体外基因基因治疗：体外基因治疗、体内基因治疗治疗、体内基因治疗直接把健康外源基因导入缺陷细胞中直
25、接把健康外源基因导入缺陷细胞中一基因工程医学知识53、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业运用基因工程技术，不但可以培养优质、运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。以培养出具有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼质好的转基因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛(阿根廷阿根廷)一基因工程医学知识54转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青
26、枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆一基因工程医学知识55通过研究通过研究“基因基因敲除敲除”的耗子将帮助的耗子将帮助研究人类的癌症、糖研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。疾病与遗传的关系。转基因羊转基因羊具有生长快、具有生长快、毛质、肉质好、疾毛质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等病少及耐粗饲料等优点。优点。一基因工程医学知识56导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物一基因工程医学知识57
27、3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来一基因工程医学知识58利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。一基因工程医学知识59环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。一基因工程医学知识60一基因工程医学知识61祝同学们，将来在这一祝同学们，将来在这一领域有所作为！领域有所作为！一基因工程医学知识62
