專題1 基因工程

1、生物生物 選修選修3現(xiàn)代生物科技專題現(xiàn)代生物科技專題專題專題1 1 基因工程基因工程考點(diǎn)分布考點(diǎn)分布1、基因工程的理論基礎(chǔ)與操作工具、基因工程的理論基礎(chǔ)與操作工具2、基因工程的基本操作程序、基因工程的基本操作程序3、基因工程的應(yīng)用、基因工程的應(yīng)用4、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較基因工程基因工程考點(diǎn)考點(diǎn)1、基因工程的理論基礎(chǔ)與操作工具、基因工程的理論基礎(chǔ)與操作工具 基因工程的概念理解基因工程的概念理解1.1.供體：提供供體：提供_2.2.操作環(huán)境：操作環(huán)境：_3.3.操作水平：操作水平：_水平水平4.4.原理：原理：_5.5.受體：受體：接受并接受并表達(dá)目的基因表達(dá)目的

2、基因6.6.本質(zhì)：目的基因在本質(zhì)：目的基因在_體內(nèi)表達(dá)體內(nèi)表達(dá)7.7.優(yōu)點(diǎn)：克服優(yōu)點(diǎn)：克服_障礙，定向改造生物障礙，定向改造生物_目的基因目的基因體外體外分子分子基因重組基因重組受體受體遠(yuǎn)緣雜交不親和遠(yuǎn)緣雜交不親和性狀性狀回文序列回文序列( (反向重復(fù)反向重復(fù)) )E Ecolicoli DNA DNA連接酶連接酶T T4 4 DNA DNA連接酶連接酶2、基因工程的基本操作程序、基因工程的基本操作程序 核心核心包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因終止子終止子12341234轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 目的基因進(jìn)入目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在受體細(xì)內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持胞內(nèi)維持_和和_的過(guò)程的過(guò)程受體細(xì)胞受體細(xì)胞穩(wěn)定穩(wěn)定表達(dá)表達(dá)胚

3、珠花藥花絲柱頭花柱子房壁子房雄蕊雌蕊將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞( (三三) )將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞原核生物的特點(diǎn)：原核生物的特點(diǎn)：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等過(guò)程：過(guò)程：用用Ca2+ 處理細(xì)胞處理細(xì)胞,以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性,使細(xì)胞處于一種使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)分子的生理狀態(tài),這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞這種細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞.是將是將重組表達(dá)載體重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合,在在一定

4、的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNADNA分子分子, ,完成轉(zhuǎn)化過(guò)程完成轉(zhuǎn)化過(guò)程. .目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌繁殖的速度，由于細(xì)菌繁殖的速度非常快，在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。非?？欤诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。( (四四) )目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的檢測(cè)與鑒定檢查是否成功檢查是否成功檢測(cè)檢測(cè)鑒定鑒定檢測(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上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAmRNA檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)

5、檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲(chóng)鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等抗蟲(chóng)鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等過(guò)程過(guò)程:A.首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNAB.用含目的基因的用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作標(biāo)記片段用放射性同位素等作標(biāo)記,以此做探針以此做探針C.使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交,若顯示出雜交帶若顯示出雜交帶,表明染色體已插入染色體表明染色體已插入染色體DNA中中方法方法: :DNADNA分子雜交分子雜交方法方法: :DNA-RNA分分 子子 雜雜 交交方法方法: :抗原抗原- -抗體雜交抗體雜交過(guò)程過(guò)程:用上述探針和轉(zhuǎn)基因生物的用上述探

6、針和轉(zhuǎn)基因生物的mRNA雜交雜交,若出現(xiàn)雜若出現(xiàn)雜交帶交帶,表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA.DNADNA分子雜交示意圖分子雜交示意圖 +受體菌受體菌考點(diǎn)考點(diǎn)3、基因工程的應(yīng)用、基因工程的應(yīng)用書(shū)本書(shū)本P23基因基因mRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄氨基酸序列氨基酸序列(多肽鏈多肽鏈)翻譯翻譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)折疊折疊生理功能生理功能體現(xiàn)體現(xiàn)考點(diǎn)考點(diǎn)4、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較 基因mRNA氨基酸序列(多肽鏈)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)生理功能預(yù)期功能第二代基因工程比較：基因工程和蛋白質(zhì)工程比較：基因工程和蛋白質(zhì)工程基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)相同點(diǎn)都要改

7、造基因，都屬于分子水平都要改造基因，都屬于分子水平產(chǎn)生新的產(chǎn)生新的基因型，無(wú)新基因基因型，無(wú)新基因基因（型）基因（型）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)原有的原有的新的新的聯(lián)系聯(lián)系蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應(yīng)用和延伸是基因工程的應(yīng)用和延伸幾個(gè)比較幾個(gè)比較1、幾種、幾種DNA相關(guān)酶的比較相關(guān)酶的比較基因庫(kù)基因庫(kù): 一個(gè)種群一個(gè)種群中中所有個(gè)體所有個(gè)體的的全部基因全部基因 稱為一個(gè)基因庫(kù)稱為一個(gè)基因庫(kù) 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)入受體導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存菌的群體中儲(chǔ)存, ,各個(gè)受體菌

8、分別含有這種生物的不同各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因的基因, ,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): : 包含了一種生物包含了一種生物所有所有的基因的基因 部分基因文庫(kù)部分基因文庫(kù)(cDNA):(cDNA): 包含了一種生物的包含了一種生物的一部分一部分基因基因2、基因庫(kù)與基因文庫(kù)的比較、基因庫(kù)與基因文庫(kù)的比較3、基因組文庫(kù)與、基因組文庫(kù)與cDNA文庫(kù)的比較文庫(kù)的比較書(shū)本書(shū)本P10 表格表格cDNA編碼區(qū)是連續(xù)的，真、原核均可交流編碼區(qū)是連續(xù)的，真、原核均可交流原核生物原核生物DNA編碼區(qū)是連續(xù)的編碼區(qū)是連續(xù)的真核生物

9、真核生物DNA編碼區(qū)是不連續(xù)的，編碼區(qū)是不連續(xù)的， 不能直接在原核細(xì)胞中表達(dá)不能直接在原核細(xì)胞中表達(dá)4、運(yùn)載體與載體蛋白的比較、運(yùn)載體與載體蛋白的比較 都有可能被簡(jiǎn)稱為都有可能被簡(jiǎn)稱為“載體載體” 運(yùn)載體運(yùn)載體 DNA，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 載體蛋白載體蛋白 蛋白質(zhì)，與主動(dòng)運(yùn)輸和協(xié)助擴(kuò)散有關(guān)蛋白質(zhì)，與主動(dòng)運(yùn)輸和協(xié)助擴(kuò)散有關(guān)5、啟動(dòng)子、終止子與起始密碼子、終止密碼子的比較、啟動(dòng)子、終止子與起始密碼子、終止密碼子的比較啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)子：位于基因的首端的一段特殊的位于基因的首端的一段特殊的DNA片段，它是片段，它是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位

10、，轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)終止子：終止子：位于基因的尾端的一段特殊的位于基因的尾端的一段特殊的DNADNA片段，轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)片段，轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)起始密碼子：起始密碼子：位于位于mRNAmRNA上，翻譯的起點(diǎn)上，翻譯的起點(diǎn)終止密碼子：終止密碼子：位于位于mRNAmRNA上，翻譯的終點(diǎn)上，翻譯的終點(diǎn) 6、DNA體內(nèi)復(fù)制與體內(nèi)復(fù)制與DNA體外復(fù)制的比較體外復(fù)制的比較 例析例析2科學(xué)家通過(guò)基因工程方法科學(xué)家通過(guò)基因工程方法,將蘇云金芽孢桿菌的將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi),并成功實(shí)現(xiàn)了表達(dá)并成功實(shí)現(xiàn)了表達(dá),從而培育從而培育出了能抗棉鈴蟲(chóng)的棉花植株出了能抗棉鈴蟲(chóng)的棉花植株抗蟲(chóng)

11、棉抗蟲(chóng)棉 其過(guò)程大致如圖所其過(guò)程大致如圖所示示 根據(jù)題意根據(jù)題意,回答下列問(wèn)題回答下列問(wèn)題:(1)基因工程的操作程序主要包括的四個(gè)步驟是基因工程的操作程序主要包括的四個(gè)步驟是 (2)Ti質(zhì)粒是農(nóng)桿菌中的一種質(zhì)粒質(zhì)粒是農(nóng)桿菌中的一種質(zhì)粒,其上有其上有TDNA,把目的基把目的基因插入因插入Ti質(zhì)粒的質(zhì)粒的TDNA中是利用中是利用TDNA的的_特點(diǎn)特點(diǎn) (3)Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)并成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)的過(guò)程毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)并成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)的過(guò)程,在基因工程中稱為在基因工程中稱為_(kāi) (4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法有很多種將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法有很多種,該題中涉及的該題中涉及的是

12、是_ (5)目的基因能否目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性的關(guān)鍵是在棉株體內(nèi)穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性的關(guān)鍵是_,這需要這需要通過(guò)檢測(cè)才能知道通過(guò)檢測(cè)才能知道,檢測(cè)采用的方法是檢測(cè)采用的方法是 互動(dòng)探究互動(dòng)探究2:如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲(chóng)晶體蛋白基因如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲(chóng)晶體蛋白基因(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱Bt基因基因)及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物的圖解及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物的圖解 請(qǐng)分析回答請(qǐng)分析回答:(1)寫(xiě)出寫(xiě)出b過(guò)程的表達(dá)式過(guò)程的表達(dá)式 _ (2)人工合成目的基因的方法有人工合成目的基因的方法有: _ _- (3)將目的基因和載體將目的基因和載體(質(zhì)粒質(zhì)粒)結(jié)合的工具酶有結(jié)合的

13、工具酶有_酶酶和和_酶酶 (4)科學(xué)家計(jì)劃從哺乳動(dòng)物的乳汁中提取某種抗體科學(xué)家計(jì)劃從哺乳動(dòng)物的乳汁中提取某種抗體,應(yīng)將控制應(yīng)將控制抗體合成的基因?qū)朐摲N動(dòng)物的抗體合成的基因?qū)朐摲N動(dòng)物的_中中,導(dǎo)入基因成功導(dǎo)入基因成功表達(dá)的標(biāo)志是表達(dá)的標(biāo)志是 _ +二、二、DNADNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具1.1.限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶( (簡(jiǎn)稱：限制酶簡(jiǎn)稱：限制酶) )(1)(1)來(lái)源：主要從來(lái)源：主要從_生物中分離純化出來(lái)。生物中分離純化出來(lái)。(2)(2)作用：識(shí)別特定的作用：識(shí)別特定的_并切開(kāi)相應(yīng)兩個(gè)核苷酸之間的并切開(kāi)相應(yīng)兩個(gè)核苷酸之間的_。(3)(3)結(jié)果：產(chǎn)生結(jié)果：產(chǎn)生_或平

14、末端?；蚱侥┒恕?.DNA2.DNA連接酶連接酶(1)(1)種類：按來(lái)源可分為種類：按來(lái)源可分為EEcoliDNAcoliDNA連接酶和連接酶和T T4 4DNADNA連接酶。連接酶。(2)(2)作用：在兩個(gè)核苷酸之間形成作用：在兩個(gè)核苷酸之間形成_以連接以連接_。原核原核核苷酸序列核苷酸序列磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵黏性末端黏性末端磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵兩段兩段DNADNA片段片段3.3.載體載體(1)(1)種類：種類：_、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。(2)(2)質(zhì)粒特點(diǎn)：質(zhì)粒特點(diǎn)： 能能_ 有一個(gè)至多個(gè)有一個(gè)至多個(gè)_ 有特殊的有特殊的_【點(diǎn)撥【點(diǎn)撥】提取目的基因和切

15、割載體使用同一種限制酶，目的是能提取目的基因和切割載體使用同一種限制酶，目的是能形成相同的黏性末端，形成重組形成相同的黏性末端，形成重組DNADNA分子。分子。質(zhì)粒質(zhì)粒自我復(fù)制自我復(fù)制限制酶切割位點(diǎn)限制酶切割位點(diǎn)標(biāo)記基因標(biāo)記基因三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序1.1.目的基因的獲取目的基因的獲取(1)(1)目的基因：編碼蛋白質(zhì)的目的基因：編碼蛋白質(zhì)的_。(2)(2)獲取方法：獲取方法：從從_中獲取中獲取利用利用_擴(kuò)增目的基因擴(kuò)增目的基因通過(guò)通過(guò)_用化學(xué)方法直接人工合成用化學(xué)方法直接人工合成基因基因基因文庫(kù)基因文庫(kù)PCRPCR技術(shù)技術(shù)DNADNA合成儀合成儀2.2.基因表達(dá)載

16、體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因工程的核心基因工程的核心(1)(1)由圖可知載體的組成：由圖可知載體的組成：_、啟動(dòng)子、終止子、啟動(dòng)子、終止子、_。(2)(2)構(gòu)建目的：構(gòu)建目的：使使_在在_中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代；中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代；使使_能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。目的基因目的基因標(biāo)記基因標(biāo)記基因目的基因目的基因受體細(xì)胞受體細(xì)胞目的基因目的基因3.3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(1)(1)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化: :目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi), ,并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_的過(guò)程。的過(guò)程。(2)(2)常用方法：常用方法

17、： 導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入植物細(xì)胞:_:_、基因槍法、花粉管通道法、基因槍法、花粉管通道法 導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞:_:_ 導(dǎo)入微生物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞: :感受態(tài)細(xì)胞法感受態(tài)細(xì)胞法( (或或CaCa2+2+處理法處理法) )穩(wěn)定和表達(dá)穩(wěn)定和表達(dá)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)顯微注射技術(shù)4.4.目的基因的檢測(cè)與鑒定目的基因的檢測(cè)與鑒定(4)(4)生物性狀的表達(dá)與否生物性狀的表達(dá)與否目的基因是否表達(dá)目的基因是否表達(dá)( (個(gè)體水平個(gè)體水平) )【點(diǎn)撥【點(diǎn)撥】啟動(dòng)子、終止子與起始密碼子、終止密碼子不同：?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)子、終止子與起始密碼子、終止密碼子不同：?jiǎn)?dòng)子、終止子在子、終止子在DNA DNA 上上, ,在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時(shí)起調(diào)控作用；而起始密碼在遺傳信息轉(zhuǎn)錄時(shí)起調(diào)控作用；而起始密碼子、終止密碼子在子、終止密碼子在mRNAmRNA上上, ,在翻譯時(shí)起作用在翻譯時(shí)起作用, ,決定翻譯的開(kāi)始和結(jié)決定翻譯的開(kāi)始和結(jié)束。束。DNADNA分子雜交技術(shù)分子雜交技術(shù)目的基因是否轉(zhuǎn)錄目的基因是否轉(zhuǎn)錄抗原抗原抗體雜交抗體雜交方方法法元元件件類類型型方方法法方方法法方方法法層次層次檢測(cè)目標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)鑒定方法鑒定方法分子分子水平水平是否導(dǎo)入是否導(dǎo)入是否轉(zhuǎn)錄是否轉(zhuǎn)錄是否翻譯是否翻譯個(gè)體個(gè)體水平水平是否具有是否具有目標(biāo)性狀目標(biāo)性狀基因工程的工具基因工程的工具1.1.與與DNADNA相關(guān)的酶相關(guān)的酶(1)(1)五種