（四）蛋白质工程的概念

1.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）

2.蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质

3.蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。

4.基本途径：从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）

设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列

专题3 胚胎工程知识点总结

〖3.1 体内受精和早期胚胎发育〗

胚胎工程的建立

场所：睾丸的曲细精管

时间：从初情期开始，到生殖机能衰退

精子的发生 1）精原细胞→多个初级精母细胞（通过数次有丝分裂）

过程 2）1个初级精母细胞→2个次级精母细胞→4个精子细胞（通过减数分裂，即MI和MII）

3）精子细胞→精子（通过变形）

场所：卵巢

时间：从胎儿时期开始（胎儿时期完成了卵泡的形成和在卵巢内的储备）

卵子的发生 1）卵原细胞→初级卵母细胞

过程 2）1个初级卵母细胞→1个次级卵母细胞＋第一极体（排卵前后完成）

3）1个次级卵母细胞→1个卵子＋第二极体（精子和卵子结合过程中完成）

概念：精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程。

受精 场所：雌性的输卵管内

1）受精前的准备阶段1：精子获能

过程 2）受惊前的准备阶段2：卵子的准备

a.精子穿越放射冠和透明带：顶体反应，透明带反应

3）受精阶段 b.进入卵黄膜：卵黄膜封闭作用

c.原核形成和配子结合

卵裂期：细胞在透明带中进行有丝分裂

早期胚胎发育 桑椹胚：胚胎细胞达32个左右，每一个细胞都是细胞

囊胚：有囊胚腔，出现了囊胚从透明带中伸展出来的孵化过程

原肠胚：内细胞团细胞形成外胚层和内胚层，滋养层发育成胎膜和胎盘，内胚层包围着原肠腔

〖3.2 体外受精和早期胚胎培养〗

试管动物技术：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，

再经移植产生后代的技术。

方法一：用促性腺激素处理，使其超数排卵，从中输卵管冲取精子（针对

卵母细胞的采集 实验动物，家畜猪、羊等）

方法二：从屠宰母畜卵巢中采集

方法三：借助超声波探测仪、内窥镜、腹腔镜等工具直接从活体母畜

卵巢中吸取（针对大家畜或大型动物，如牛）

体外受精 卵母细胞的培养：在体外人工培养成熟

精子的采集：方法有假阴道法、手握法和电刺激法等

精子的获能：方法有培养法（通过获能培养液）、化学诱导法（通过肝素或钙离子载体A23187）

获能溶液或专用的受精溶液

受精：获能的精子 ＋培养成熟的卵子 完成受精

胚胎早期培养 条件：受精卵在发育培养液中培养

培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等

〖3.3 胚胎工程的应用及前景〗

概念：是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到

同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体叫供体，接受胚胎的个体叫受体。

应用：胚胎移植是转基因、核移植、或体外受精等技术的最后一道“工序”

现状：在牛的胚胎移植中，技术方法更为简便、实用。

意义：可充分发挥雌性优良个体繁殖潜力。供体主要职能只是产生优良特性的胚胎，缩短繁殖周期

胚胎移植成功与否关系到：供体和受体的生理状况

胚胎移植 1）供、受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境

生理学基础 2）早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系，为胚胎收集提供可能

3）受体对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，为胚胎的存活提供可能

4）胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传物质不受影响

1）供、受体的选择和处理（使用激素进行同期发情处理、超数排卵处理）

2）配种或人工受精

基本程序 3）胚胎收集（冲卵）、检查（胚胎发育到桑椹胚或囊胚）、培养或保存（－196℃的液氮）

4）胚胎移植：手术法（引出子宫和卵巢将其注入）；非手术法（用移植管将其送入子宫）

5）移植后的检查（是否妊娠）等

概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成2、4或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

仪器设备：实体显微镜和显微操作仪

操作程序 1）选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿

胚胎分割 2）用分割针或分割刀切开胚胎，吸出半个，注入空透明带或直接将裸半胚移植

给受体。分割囊胚时要将内细胞团均等分割。此时还可用分割针分割滋养层，

做胚胎DNA分析性别鉴定。

局限：刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上存在差异，同卵多胎的可能性有限。

概念：由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。简称ES或EK细胞。

特点 形态上：体积小、细胞核大、核仁明显

功能上：具有发育的全能性，即可分化为成年动物体任何一种组织细胞；在体外可

胚胎干细胞 增殖而不发生分化；可冷冻保存；可进行遗传改造

1）移植ES细胞修复坏死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病症

意义 2）ES细胞体外诱导分化，可培育人造组织器官

3）ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型组织细胞分化

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（一）动物胚胎发育的基本过程

1、胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。

2、动物胚胎发育的基本过程

（1）受精场所是母体的输卵管上段。

（2）卵裂期：特点：细胞有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小。

（3）桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。是全能细胞。

（4）囊 胚：特点：细胞开始出现分化（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。

（5）原肠胚：特点：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。

（二）胚胎干细胞

1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。

2、具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

3、胚胎干细胞的主要用途是：

①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；

②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；

③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；

④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；

⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。

（三）胚胎工程的应用

1.体外受精和胚胎的早期培养

(1)卵母细胞的采集和培养：

主要方法：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。

(2) 精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行获能处理。

(3) 受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。

(4)胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在4个细胞阶段移植。)

2.胚胎移植

(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。）

地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

(2) 胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。

(3) 生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。

②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。

③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。

④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。

(4) 基本程序主要包括：

①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。

②配种或人工授精。

③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存。

④对胚胎进行移植。

⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。

3.胚胎分割

(1)概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

(2)意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。

(3)材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）

(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。