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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,基因的結(jié)構(gòu),基因的定義,基因是,DNA,分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是,遺傳物質(zhì)的最小功能單位,。,基因的分類,將編碼蛋白質(zhì)的基因根據(jù)其是否具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能可以把基因分為三類。,具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能；,只有轉(zhuǎn)錄功能而沒有翻譯功能的基因，

2、包括,tRNA,基因和,rRNA,基因；,不轉(zhuǎn)錄的基因，它對基因表達起調(diào)節(jié)控制作用，包括啟動基因和操縱基因。,原核細胞的基因結(jié)構(gòu),IMN,非,編碼區(qū),非,編碼區(qū),編碼區(qū),編碼區(qū)上游,編碼區(qū)下游,與,RNA,聚合酶結(jié)合位點,啟動子,終止子,編碼區(qū),非編碼區(qū),編碼蛋白質(zhì),連續(xù)不間斷,不編碼蛋白質(zhì)，,但,有調(diào)控作用,真核細胞的基因結(jié)構(gòu),編碼區(qū),非編碼區(qū),外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列,內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列,不編碼蛋白質(zhì)，有調(diào)控作用,編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),啟動子,終止子,編碼區(qū)上游,編碼區(qū)下游,外顯子,內(nèi)含子,與,RNA,聚合酶,結(jié)合位點,IMN,非編碼序列,非編碼序列指不編碼蛋白質(zhì)的序列。

3、,真核生物的基因結(jié)構(gòu),編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),與,RNA,聚合酶結(jié)合位點,mRNA,前體,成熟的信使,RNA,將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的,mRNA,切割掉,原核細胞,真核細胞,不同點,編碼區(qū)是,_,的,編碼區(qū)是間隔的、,_,的,相同點,都由,能夠編碼蛋白質(zhì)的,_,和具有調(diào)控作用的,_,區(qū)組成的,原核細胞與真核細胞的基因結(jié)構(gòu)比較,思考,編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核細胞與真核細胞基因結(jié)構(gòu)一樣長嗎？,連續(xù),不連續(xù),編碼區(qū),非編碼,啟動子,.VS.,起始密碼,/,終止子,.VS.,/,終止密碼,存在分子：,作用：,DNA(,基因,),啟動,/,終止轉(zhuǎn)錄,mRNA,起始,/,終止翻譯,mRNA,中存在啟動子

4、,/,終止子的序列嗎？,指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過,體外,DNA,重組,和,轉(zhuǎn)基因,等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。,基因工程：,由于,基因工程,是在,DNA,分子水平上進行設計和施工的，因此又叫,DNA,重組技術,或,基因拼接技術,。,基因工程的概念,基因工程又叫做,基因拼接技術,或,DNA,重組技術,。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種,基因,提取出來，加以,修飾改造,，然后放到另一種生物的細胞里，,定向地,改造生物的遺傳性狀。,基因工程的別名,操作環(huán)境,操作對象,操作水平,基本過程,實質(zhì),/,原理,結(jié)果,基因拼接

5、技術或,DNA,重組技術,生物體外,基因,DNA,分子水平,人類需要的基因產(chǎn)物,剪切,拼接,導入,表達,基因重組,基因工程的概念,基因工程的誕生的,基礎理論：,1,、,DNA,是遺傳物質(zhì)的證明,2,、,DNA,雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立,3,、遺傳密碼的破譯,1.1 DNA,重組技術的基本工具,（一）“分子手術刀”,限制性核酸內(nèi)切酶,1,、來源：,主要來自原核生物,2,、特點：,具有專一性（,特異性,）,表現(xiàn)在兩方面：,(1),識別雙鏈,DNA,中,特定,核苷酸序列,(2),切割特定序列中的特定位點,3,、作用：,特定部位的兩個核苷酸之間的,磷酸二酯鍵,斷開,4,、結(jié)果：,產(chǎn)生黏性末端或平末端

6、,重播,黏性末端：,中軸線,C,G,C,G,C,G,C,G,C,G,C,G,重播,平末端：,中軸線,（二）“分子縫合針”,DNA,連接酶,1,、來源：,大腸桿菌、,T4,噬菌體,3,、種類：,2,、作用：,恢復被限制酶切開的兩個核苷,酸之間的,磷酸二酯鍵,分類,E.Coli,DNA,連接酶,T,4,DNA,連接酶,4,、注意：連接酶有專一性，但,沒有,識別特定核苷酸序列的特性！,（三）,.,基因進入受體細胞的載體,常用的運載體：,質(zhì)粒（,最常用,）、,噬菌體的衍生物或動、植物病毒等。,質(zhì)粒：,質(zhì)粒,是基因工程,最常用,的,運載體,。,質(zhì)粒是獨立于細菌,擬核之外,的有自我復制能力的,雙鏈環(huán)狀,D

7、NA,分子,。有的一個細菌中有一個，有的一個細菌中有多個。,注意：作為載體的質(zhì)粒都是在天然質(zhì)粒的基礎上經(jīng)過,人工改造,的！,質(zhì)粒作為“分子運輸車”的條件是,能夠自我復制,有,一個,或多個限制酶切位點,有標記基因,作為運載體必須具備的條件？,1,）能夠在宿主細胞中,復制,并穩(wěn)定地,保存,。,2,）,載體,DNA,必須有,一個或多個,限制酶切點,，以便目的基因插入到載體上去。,3,）具有某些,標記基因,，便于進行,篩選,。如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應的基因等。,載體,DNA,必須是,安全,的,不會對受體細胞有害,或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去,;,5),載體,DNA,分子,大小

8、應適合,以便提取和在體外進行操作,太大就不便操作,.,基因工程的基本操作程序,目的基因的獲取,基因表達載體的構(gòu)建,將目的基因?qū)胧荏w細胞,操作過程,目的基因的檢測與鑒定,一,目的基因的獲取,IMN,(一)目的基因：,編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因；,(,二,)獲取目的基因的常用方法,從自然界已有的物種中分離,用人工的方法合成,目前常用的獲得目的基因的方法,1,）從基因文庫中獲取目的基因,2,）利用,PCR,技術擴增目的基因,3,）,(,用化學方法直接,),人工合成,若基因,_,，核苷酸序列,_,。,較小,已知,獲得目的基因的方法,1,）從基因文庫中獲取目的基因,1.,基因文庫？,種類：,基因組文庫：,如

9、,:,cDNA,文庫：,含有一種生物的,全部,基因,含有一種生物的,部分,基因,根據(jù)基因的有關信息：,如基因的核苷酸序列、基因的功能、,基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,mRNA,部分基因文庫：,3.,怎樣從基因文庫中,得到,我們所需的目的基因？,2.,如何構(gòu)建基因文庫？,基因文庫的構(gòu)建方法,直接分離法,供體細胞中的,DNA,許多,DNA,片段,運載體,限制酶,受體細胞,產(chǎn)生特定性狀,導入,外源,DNA,擴增,目的基因,分離,(,鳥槍法,),一、目的基因的獲取,（一）從基因文庫中直接獲取,多用于原核生物,cDNA,文庫的構(gòu)建,-,反轉(zhuǎn)錄法：,以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使,RNA,為模板，反轉(zhuǎn)錄成

10、互補的單鏈,DNA,，,然后在酶的作用下合成雙鏈,DNA,，,從而獲得所需的基因。,目的基因的,mRNA,單鏈,DNA,反轉(zhuǎn)錄酶,DNA,聚合酶,雙鏈,DNA,(,目的基因,),利用,PCR,技術擴增目的基因,PCR,技術,多聚酶鏈式反應,原理：,前提：,條件：,PCR,擴增儀,DNA,雙鏈復制的基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,四種脫氧核苷酸,一對引物,熱穩(wěn)定,DNA,聚合酶,(,Taq,酶,）,DNA,的兩條鏈為模板,溫度控制,PCR,的過程：,利用,PCR,技術,擴增目的基因,變性,(,90-95,),復性,(,55-60,),延伸,(,70-75,),二、基因表達載體的構(gòu)建,基因

11、工程的,核心,1,、目的：,使目的基因在受體細胞中,穩(wěn)定存在,，并且,可,以,遺傳,給下一代，同時使目的基因能夠,表達,和發(fā)揮作用。,2,、,基因表達載體的,組成：,復制原點,+,目的基因,+,啟動子,+,終止子,+,標記基因,三、,將目的基因?qū)胧荏w細胞,轉(zhuǎn)化,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,基因槍法,花粉管通道法,受體細胞,植物,cell,動物,cell,微生物,cell,Ca,2+,處理,（改變細胞壁的通透性）,顯微注射技術（受精卵）,感受態(tài)法,（適用于,單子葉植物,）,（,雙子葉植物,和裸子植物,）,（,雙子葉植物,）,轉(zhuǎn)化,目的基因在受體細胞內(nèi),穩(wěn)定,和,表達,的過程稱為轉(zhuǎn)化。,四、目的基因的檢測與鑒

12、定,檢查是否成功,檢測,鑒定,檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的,DNA,上是否插入了目的基因,檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了,mRNA,檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等,方法,方法,方法,DNA,分子雜交,分子雜交,抗原,-,抗體雜交,即個體生物學水平的鑒定,檢測目的基因能否在受體細胞中,穩(wěn)定遺傳,的關鍵,1.3,基因工程的應用,植物基因工程,動物基因工程,基因工程藥物,基因治療,植物基因工程：用于提高農(nóng)作物的,抗逆能力,及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等。,1,）抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,2,）抗病轉(zhuǎn)基因植物,3,）其他,抗逆轉(zhuǎn)基因植物,4,）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),植物基因工程碩果

13、累累,1,、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物：,棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花、和白花三葉草等。,用于,殺蟲的基因,主要有：,Bt,毒蛋白基因,、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝聚素基因,植物基因工程碩果累累,2,、抗病轉(zhuǎn)基因植物,已問世的轉(zhuǎn)基因抗病植物：,小麥、甜椒、番茄。,用于,抗病的基因,主要有：,病毒外殼蛋白質(zhì)基因、病毒復制酶基因,（,這些基因的轉(zhuǎn)化植物表現(xiàn)出對同種病毒或相近病毒或病毒,RNA,侵染的高水平抗性,）,幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因,抗,CMV,甜椒,植物基因工程碩果累累,3,、（其它）抗逆轉(zhuǎn)基因植物,例如，將魚的,抗凍蛋白基

14、因,導人煙草和番茄，使煙草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，將,抗除草劑基因,導人大豆、玉米等作物，噴灑除草劑時，殺死田間雜草而不損傷作物。,植物基因工程碩果累累,4,、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),提高植物的光合作用效率,改造光合作用中起關鍵作用的,CO,2,固定酶，能,提高植物對,CO,2,的固定效率；還可以通過增強植物,對光能吸收與轉(zhuǎn)化的功能來提高光合作用效率，提,高作物的產(chǎn)量。,動物基因工程前景廣闊,1,、用于提高動物的生長速度,轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）和同齡的鯉魚（下）,2,）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),3,）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物,4),用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,基因工程藥品,胰島素,基因工程藥品

15、,干擾素,基因工程藥品,乙肝病毒疫苗,基因治療曙光初照,體外途徑的步驟？,體內(nèi)途徑的步驟？,基因工程與,環(huán)境監(jiān)測（一）,基因工程做成的,DNA,探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。,1t,水中只有,10,個病毒也能被,DNA,探針檢測,出來,蛋白質(zhì)工程的流程,基因,DNA,氨基酸序列,多肽鏈,蛋白質(zhì),三維結(jié)構(gòu),預期功能,生物功能,mRNA,轉(zhuǎn)錄,翻譯,折疊,DNA,合成,分子設計,蛋白質(zhì)工程原理,天然蛋白質(zhì)的合成途徑：,基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽,鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能,預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測,應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷,酸,序列酸,蛋白質(zhì)工程的途徑：,蛋白質(zhì)工程的概念,基礎,:,蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)：,途徑,:,目標,:,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)規(guī)律和功能,基因修飾或基因合成,改造或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的生產(chǎn)或生活的需要,是對編碼蛋白質(zhì)的,基因進行改造,