人教版生物必修二《6.2基因工程》課件(共56張)

基因工程汶上縣教研室劉明星基因工程：把一種生物的遺傳物質(zhì)（細胞核、染色體、脫氧核糖核酸等）轉移到另一種生物的細胞中去，并使這種遺傳物質(zhì)所帶的遺傳信息在受體細胞中表達。

基因工程的核心是構建重組DNA分子，

因此，基因工程稱為重組DNA技術。（一）基因工程的概念1）它是一種按照人們的意愿定向的改造生物遺傳特性的技術說明：2）DNA水平上的操作3）在體外進行的人為的基因重組4）一旦成功便可遺傳5）主要技術為體外DNA重組技術和轉基因技術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)結果基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品切割→拼接→導入→表達基因重組▲基因工程的若干問題:為什么人的基因可以導入大腸桿菌內(nèi)并成功表達？基因工程基礎：（1）DNA規(guī)則雙螺旋結構是基因工程的物質(zhì)基礎；（2）不同生物共用一套密碼子是理論基礎；（3）運載體和工具酶的發(fā)現(xiàn)為基因工程提供了技術基礎。基因工程的

基本工具基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌獲取抗蟲基因（目的基因）與運載體DNA拼接導入棉花細胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)▲基因工程實例:前面介紹的利用基因工程培育抗蟲棉的主要步驟有哪幾個?步驟一：從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來抗蟲基因(目的基因).步驟二：抗蟲基因與運載體DNA連接步驟三：抗蟲基因導入受體(普通棉花)細胞▲思考:提示:共四步;步驟四是“檢測和鑒定”.▲上述的三個步驟中各需要什么工具？步驟一的工具：步驟二的工具：步驟三的工具：“分子手術刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運載車”——載體▲這里的“分子”是指__________________分子.DNA(目的基因、載體)1、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術刀”限制酶主要是從原核微生物中分離純化出來的。能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間(此處叫“切點”)的磷酸二酯鍵斷開注意:

一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并且能在一個特定的切點上切割DNA分子。即：特異性.(注意:特異性表現(xiàn)在兩個方面.)限制性核酸內(nèi)切酶重播限制酶▲在G和A之間被限制酶切斷的是化學鍵是___________________.▲“黏性末端”和“平末端”

當限制酶在它識別序列的中心軸線的兩側將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端.

而當限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時，產(chǎn)生的則是平末端。1.要想獲得某一個特定性狀的基因(即”目的基因”)必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性末端.2.如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，產(chǎn)生黏性末端相同嗎？

會產(chǎn)生相同的黏性末端..思考:連接的部位磷酸二酯鍵結果兩個DNA相同的黏性末端連接起來。二、DNA連接酶▲DNA連接酶的種類及其在功能上的異同.

----見課文P5.來源功能同異名稱E.ColiDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌T4噬菌體形成磷酸二酯鍵只能:互補的黏性末端黏性末端和平末端均可DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口(注意位置)連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了.▲思考:

DNA連接酶的作用是使斷口處的相鄰的兩個脫氧核苷酸之間形成____________鍵.

異:

DNA連接酶:是將幾個DNA片段連接起來;不需DNA模板.

DNA聚合酶:則是將脫氧核苷酸連接(聚合)成DNA;需以DNA的一條鏈為模板.▲提示:

注意比較基因工程中的DNA連接酶和DNA復制中的DNA聚合酶的作用有何異同?

同:兩種酶都是形成磷酸二酯鍵.導入過程需要運輸“目的基因”的工具——載體。

▲如何將目的基因導入受體細胞(即接受目的基因的生物的細胞）？▲注意:

一般地,不能將目的基因直接導入受體細胞.▲載體的作用有哪些？1.作為運輸工具，將目的基因(如抗蟲基因)轉移到受體細胞(如棉花細胞)中去。

2.利用載體在受體細胞(如棉花細胞)內(nèi)，對目的基因(如抗蟲基因)進行大量復制。3.基因進入受體細胞的載體---“分子運輸車”.常用的運載體主要有兩類：

1）質(zhì)粒:一些細菌細胞質(zhì)里的質(zhì)粒.2）病毒:噬菌體衍生物、動、植物病毒.▲什么是質(zhì)粒?

是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌原核DNA之外，并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子.

質(zhì)粒是基因工程最常用的載體.

▲小結:

質(zhì)粒是小型、環(huán)狀的DNA分子.

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復制只能在宿主細胞內(nèi)完成?！|(zhì)粒的一種:大腸桿菌的質(zhì)?！⒁?能充當載體的是大腸桿菌的質(zhì)粒,而不是大腸桿菌.▲作為載體必須具備哪些條件？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。基因工程的基本操作程序▲基因工程的基本操作程序主要包括四個基本步驟：1）目的基因的獲取2）“基因表達載體”的構建3）將目的基因導入受體細胞(即“轉化”)4）目的基因的檢測與鑒定步驟一：目的基因的獲取▲什么叫目的基因?

主要是指編碼蛋白質(zhì)的結構基因.▲獲取目的基因的途徑有哪些?1.從“基因文庫”中獲取目的基因.2.利用“PCR技術”擴增.3.直接人工合成----見課文.▲從基因文庫中獲取“目的基因”：什么叫“基因文庫”?分為:1.基因組文庫:

基因文庫中包含了一種生物所有的基因2.部分基因文庫:

基因文庫中包含了一種生物的一部分基因,如cDNA文庫.

將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導入受體菌的群體中儲存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫▲利用PCR技術擴增“目的基因”.1.概念:PCR即“聚合酶鏈式反應”,是一種在生物體外復制特定DNA片斷的技術.2.原理:DNA的半保留復制.3.過程:(見圖).4.優(yōu)點:大量獲取目的基因.(指數(shù)式擴增,近2n)▲提示:PCR的基本操作(過程):

1.變性:通過加熱(高溫)使模板DNA完全變性成為單鏈,

2.復性:將溫度下降至適宜溫度，使引物與模板DNA結合；

3.延伸:將溫度升高,熱穩(wěn)定DNA聚合酶，以即脫氧核苷酸)為底物原料催化合成DNA鏈延伸.

▲顯然,每循環(huán)(擴增)一次,就需要添加一次(共兩個)引物.兩個引物、一個模板.▲人工合成目的基因

如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過DNA合成儀用化學方法直接合成。1.通過反轉錄法合成:又分為:目的基因的mRNA(已知)單鏈DNA雙鏈DNA(即目的基因)反轉錄合成2.直接合成.

根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測出它的結構基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結構基因的核苷酸序列推測推測目的基因化學合成獲取目的基因后,能直接導入受體細胞嗎?如何將目的基因導入受體細胞呢?

必須借助載體!

怎樣借助載體將目的基因導入受體細胞呢?

必須把目的基因“裝到”載體上!如何裝?步驟二：基因表達載體的構建.（核心）▲什么是“基因表達載體”?

就是已經(jīng)裝上了(含有)目的基因的載體.1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出末端。

2）用同一種限制酶切取目的基因，使其產(chǎn)生相同的末端。

3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）▲目的基因與載體的結合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程▲基因表達載體的構建步驟.

----見課文.▲提示與思考:1.“基因表達載體”就是已插入目的基因的載體.2.看左圖回答:

基因表達載體由哪些部分組成?___________.3.啟動子:有特殊結構的DNA片斷,位于目的基因的首端,是RNA聚合酶的識別和結合的部位.有它才能驅動目的基因轉錄出MRNA.最終獲得蛋白質(zhì).4.終止子:位于目的基因的端尾端.作用是終止轉錄.5.標記基因:是為了鑒別受體細胞里是否已經(jīng)含有目的基因,從而將含目的基因的細胞篩選出來.如“抗生素基因”、“熒光標記基因”等.6.復制原點是載體復制時的起點.▲什么叫轉化?

目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定(如復制)和表達(即轉錄、翻譯為特定蛋白質(zhì)及表現(xiàn)特定性狀等)的過程.▲受體細胞是指什么?它包括哪些細胞?▲提示:注意,目的基因是隨著基因表達載體被導入受體細胞的,而不是被單獨導入的.步驟三：將目的基因導入受體細胞1.將目的基因導入植物細胞----農(nóng)桿菌轉化法.▲提示:(1)農(nóng)桿菌轉化法:農(nóng)桿菌能感染雙子葉植物和裸子植物.其細胞里含Ti質(zhì)粒,該質(zhì)粒上含有一段DNA叫“T-DNA”(

“可轉移的DNA”).將目的基因插入到該“T-DNA”中,通過使農(nóng)桿菌感染植物,而將目的基因轉化入植物細胞并將其插入到植物細胞中的染色體DNA上.(2)將目的基因導入植物細胞的方法還有:基因槍法和花粉通道法.2.將目的基因導入動物細胞---顯微注射法.將目的基因片段(注意:是含目的基因的“基因表達載體”,而不是裸的目的基因)注入到受精卵的細胞核內(nèi)，然后把經(jīng)過注射的受精卵移植到另一只雌性動物的子宮內(nèi)，使受精卵發(fā)育為轉基因動物。3.將目的基因導入微生物細胞微生物在基因工程中的優(yōu)點？轉化方法是:

首先用Ca2+(如CaCL溶液)處理細胞,以增大細菌細胞膜的通透性,使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài),這種細胞稱為感受態(tài)細胞.

第二步是將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合,在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子,完成轉化過程.步驟四：目的基因的檢測與鑒定▲怎樣檢測和鑒定?思考:有哪幾種檢測方法?每一種方法的原