高三生物一輪復(fù)習(xí)課件：選修3 基因工程

1、zxxk基因文庫(kù)基因文庫(kù): : 將含有某種生物不同基因的許多將含有某種生物不同基因的許多DNADNA片段片段, ,導(dǎo)入導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存受體菌的群體中儲(chǔ)存, ,各個(gè)受體菌分別含有這種生物的各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因不同的基因, ,稱為基因文庫(kù)稱為基因文庫(kù)(gene library)(gene library)基因組文庫(kù)基因組文庫(kù): : 基因文庫(kù)中包含了一種生物所有的基因基因文庫(kù)中包含了一種生物所有的基因, ,這種基這種基因文庫(kù)叫做基因組文庫(kù)因文庫(kù)叫做基因組文庫(kù). .部分基因文庫(kù)部分基因文庫(kù): : 基因文庫(kù)中包含了一種生物的一部分基因基因文庫(kù)中包含了一種生物的一部分基因, ,這種

2、基這種基因文庫(kù)叫做部分基因文庫(kù)因文庫(kù)叫做部分基因文庫(kù). .人工合成目的基因人工合成目的基因 如果基因比較小，核苷酸序列又如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過(guò)已知，也可以通過(guò)DNADNA合成儀用化學(xué)合成儀用化學(xué)方法直接合成。方法直接合成。利用利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因技術(shù)擴(kuò)增目的基因 3.3.將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是: : 首先用首先用CaCa2+ 2+ 處理細(xì)胞處理細(xì)胞, ,使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNADNA分子的生理分子的生理狀態(tài)狀態(tài), ,這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞這

3、種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞. . 第二步是將重組表達(dá)載體第二步是將重組表達(dá)載體DNADNA分子溶于緩沖液中與分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞混合, ,在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收收DNADNA分子分子, ,完成轉(zhuǎn)化過(guò)程完成轉(zhuǎn)化過(guò)程. . 1.將目的基因?qū)胫参锛?xì)將目的基因?qū)胫参锛?xì)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法2.將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞-顯微注射法顯微注射法 1 1檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNADNA上是否插入目的基上是否插入目的基因因- -分子水平檢測(cè)分子水平檢測(cè)3 3檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)檢測(cè)目的基因是否翻譯成

4、蛋白質(zhì)-多細(xì)胞生物的檢測(cè)，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培多細(xì)胞生物的檢測(cè)，將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)并誘導(dǎo)發(fā)育成完整個(gè)體，檢測(cè)這些個(gè)體是否攝養(yǎng)并誘導(dǎo)發(fā)育成完整個(gè)體，檢測(cè)這些個(gè)體是否攝入目的基因，攝入的基因是否表達(dá)（是否表現(xiàn)出入目的基因，攝入的基因是否表達(dá)（是否表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀）。淘汰無(wú)變化的個(gè)體，保留有相應(yīng)相應(yīng)的性狀）。淘汰無(wú)變化的個(gè)體，保留有相應(yīng)變化的個(gè)體進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。變化的個(gè)體進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。例：用棉鈴飼喂棉例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說(shuō)明未攝入中毒癥狀，說(shuō)明未攝入目的基因或攝入目的基目的基因或攝入目的基因未表達(dá)。如蟲吃后中因未表達(dá)。如蟲吃后中毒死亡，則說(shuō)明攝

5、入了毒死亡，則說(shuō)明攝入了抗蟲基因并得到表達(dá)?？瓜x基因并得到表達(dá)。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由（一）蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與改造（一）蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與改造 蛋白質(zhì)工程首先是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)工程首先是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和溶液構(gòu)象通過(guò)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和溶液構(gòu)象的研究，積累了成千上萬(wàn)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和高的研究，積累了成千上萬(wàn)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系、一級(jí)得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系、一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系方結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)

6、系、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系方面的規(guī)律。面的規(guī)律。（二）蛋白質(zhì)改造工程舉例（二）蛋白質(zhì)改造工程舉例1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由它有多種變異體，由65或或66個(gè)氨基酸殘基組成。個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)的設(shè)計(jì)方案，將計(jì)方案，將47位的位的Asn（天冬酰胺）變成（天冬酰胺）變成

7、Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第或第5位位Thr（蘇（蘇氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素N端肽段的正確端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高4倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。2生長(zhǎng)激素改造生長(zhǎng)激素改造生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育，長(zhǎng)發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體，還可以結(jié)合然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胞的催乳激素受

8、體，引發(fā)其他生理過(guò)程許多種不同類型細(xì)胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過(guò)程。在治療過(guò)程中為在治療過(guò)程中為減少副作用，減少副作用，需使人的重組生長(zhǎng)激素只與需使人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。生長(zhǎng)激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過(guò)改造加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)激素和催相同，有可能通過(guò)改造加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長(zhǎng)激素受乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)需鋅離子參與，于是

9、考慮取代充當(dāng)鋅離子配基體結(jié)合則無(wú)需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第的氨基酸側(cè)鏈，如第18和第和第21位位His（組氨酸）和第（組氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。為臨床用藥還有大量的工作要做。3胰島素改造胰島素改造天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素這是胰島素B

10、23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。4治癌酶的改造治癌酶的改造 癌癥的基因治療分二個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，癌癥的基因治療分二個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。皰疹病毒（藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（胸腺嘧啶激酶（TK）

11、可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類似）可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類似物磷酸化而使這些堿基物磷酸化而使這些堿基3-OH缺乏缺乏,從而阻斷從而阻斷DNA的合成，的合成，殺死癌細(xì)胞。殺死癌細(xì)胞。HSVTK催化能力可以通過(guò)基因突變來(lái)提催化能力可以通過(guò)基因突變來(lái)提高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶,在酶活性部在酶活性部位附近有位附近有6個(gè)氨基酸被替換，催化能力個(gè)氨基酸被替換，催化能力20倍以上。倍以上。蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。和任何重大的生物研究方法相提并論。蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能