【課件】基因工程第一節(jié)高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

基因工程專題12020年3月16日，中國科學(xué)家陳薇院士團(tuán)隊研制的重組新冠疫苗通過臨床研究注冊審評，獲批進(jìn)入臨床試驗。重組新冠疫苗的制備流程如圖?；卮鹣铝袉栴}。（1）步驟②需要_____________作為原料。步驟③中對S蛋白基因進(jìn)行擴(kuò)增，需要的工具酶是________。（2）被用作載體的Ad5應(yīng)具有的特點是_______________（答出1點即可）脫氧核苷酸Taq酶（熱穩(wěn)定的DNA聚合酶）能自我復(fù)制（3）步驟④是_____________________。（4）重組疫苗注入志愿者體內(nèi)后，S蛋白基因指導(dǎo)合成的S蛋白作為________，刺激機(jī)體產(chǎn)生能與之相結(jié)合的抗體，抗體的分泌量可作為檢測疫苗對志愿者免疫效果的指標(biāo)。參加臨床試驗的志愿者需要滿足的條件之一是________（填“有”或“無”）SARS-CoV-2感染史，理由是________?？乖瓱o有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中存在一定量的相應(yīng)抗體，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾?；虮磉_(dá)載體的構(gòu)建基因工程的基本原理和理論基礎(chǔ)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對原則DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋基因是控制性狀的基本單位遺傳信息的傳遞都遵循中心法則生物界共用一套遺傳密碼基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程原理結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基因重組知識點一：基因工程的概念DNA重組技術(shù)的基本工具1、“分子手術(shù)刀”──限制酶2、“分子縫合針”──DNA連接酶3、“分子運輸車”──基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”1.主要來源：⒉種類：⒊作用特點：4.限制酶識別序列：5.作用結(jié)果：①識別——識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列②切割——并且使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。主要從原核生物中分離純化產(chǎn)生黏性末端或平末端大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成少數(shù)的識別序列由4、5或8個核苷酸組成約4000種（專一性）GAAB限制酶作用是A處還是B處？

A處限制酶的識別序列：能被限制性內(nèi)切酶特異性識別的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。EcoRⅠ黏性末端

黏性末端什么叫黏性末端？

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。SmaⅠ平末端平末端什么叫平末端？

當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。1.限制酶選擇時的兩種特例:難點突破——構(gòu)建基因表達(dá)載體時限制酶的選擇方法

(1)限制酶具有特異性，一般情況下，不同限制酶切割形成的黏性末端不同。但也有不同限制酶處理后形成的黏性末端相同，可以用DNA連接酶進(jìn)行連接。如G↓GATCC和↓GATC，識別的序列不同，但處理后形成的黏性末端相同。(2)一般情況下，用同一種限制酶分別處理質(zhì)粒和目的基因，使其具有相同的黏性末端。但如果都用相同的兩種限制酶分別處理，也可形成分別對應(yīng)的相同黏性末端，例如目的基因的兩端分別有BamHⅠ和HindⅢ的酶切位點，質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點。這種選擇可以避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和反向連接，如圖所示：2.限制酶選擇的注意事項(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類1、下表中列出了幾種限制酶的識別序列及其切割位點，圖1、圖2中的箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。下列說法錯誤的是（）限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ識別序列及切割位點G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATT

CCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCCAA.一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割后，含有4個游離的磷酸基團(tuán)B.用圖1中的質(zhì)粒和圖2中的目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能用SmaⅠ切割C.圖2中為防止酶切后單個含目的基因的DNA片段自身連接成環(huán)狀，不能使用EcoRⅠD.為了獲得重組質(zhì)粒，最好用BamHⅠ和HindⅢ同時切割質(zhì)粒和DNA2、下圖甲、乙分別表示某質(zhì)粒、含目的基因和酶切位點的DNA片段，構(gòu)建基因表達(dá)載體時應(yīng)用酶B和酶C進(jìn)行切割，不應(yīng)用酶A切割運載體和DNA片段，其原因不包括（）A．防止目的基因和運載體發(fā)生反向連接 B．保證構(gòu)建的重組質(zhì)粒中含有標(biāo)記基因C．防止目的基因或運載體重新自身環(huán)化 D．保證構(gòu)建的重組質(zhì)粒中含有啟動子D二．DNA連接酶——“分子縫合針”。(1)作用：(2)類型：①E·coliDNA連接酶：a．來源：大腸桿菌。b．作用：使雙鏈DNA互補(bǔ)的黏性末端之間連接。②T4DNA連接酶：a．來源：T4噬菌體。b．作用：既能使黏性末端連接也能使平末端連接，但后者效率較低。

恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵

使雙鏈DNA片段“縫合”起來。連接的部位磷酸二酯鍵（梯子的扶手）而不是氫鍵（梯子的踏板）?；虻尼樉€——DNA連接酶DNA連接酶DNA聚合酶作用實質(zhì)是否需要模板連接的DNA鏈作用過程

作用結(jié)果

1．DNA連接酶和DNA聚合酶的區(qū)別：【拓展延伸】幾種酶的比較：都是催化兩個核苷酸之間形成磷酸二酯鍵不需要雙鏈需要單鏈在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵(用于基因工程操作)將單個核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上，形成 磷酸二酯鍵(用于DNA的復(fù)制)將存在的DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子項目

種類作用底物作用部位作用結(jié)果限制酶DNA連接酶DNA聚合酶DNA(水解)酶DNA解旋酶【拓展延伸】2.幾種酶的比較：DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子DNA分子磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成脫氧核苷酸形成單鏈DNA分子選項①②③④

ADNA酶DNA連接酶解旋酶DNA聚合酶B限制酶DNA連接酶解旋酶DNA聚合酶CDNA酶DNA連接酶解旋酶RNA聚合酶D限制酶DNA連接酶解旋酶RNA聚合酶3、如圖各個過程用到的酶依次是（

）D通常以質(zhì)粒作為載體質(zhì)?！懵兜?、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細(xì)菌擬核DNA之外，并且有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。氨芐青霉素抗性基因質(zhì)粒擬核大腸桿菌細(xì)胞目的基因插入位點復(fù)制原點三．基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運輸車”。（1）具備的條件：①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制。②有多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接。③具有特殊標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。④對受體細(xì)胞無害。(2)種類：①作為運載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。（3）作用：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等4、（江蘇生物·節(jié)選）圖1是某基因工程中構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程示意圖，載體質(zhì)粒P0具有四環(huán)素抗性基因（tetr）和氨芐青霉素抗性基因（ampr）。請回答下列問題：

（1）EcoRV酶切位點為，EcoRV酶切出來的線性載體P1為________末端。（2）用TaqDNA聚合酶進(jìn)行PCR擴(kuò)增獲得的目的基因片段，其兩端各自帶有一個腺嘌呤脫氧核苷酸。載體P1用酶處理，在兩端各添加了一個堿基為

的脫氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在________酶作用下，形成重組質(zhì)粒P3。平胸腺嘧啶（T）DNA連接5、凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關(guān)鍵性酶，研究人員利用基因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細(xì)胞中并使之表達(dá)。如圖表示在質(zhì)粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上EcoRⅠ、BamHⅠ、PstⅠ三種限制酶的切割位點。請回答下列問題：（1）為了盡快獲得大量的凝乳酶基因，可通過_______技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增，該技術(shù)的原理是_______。（2）根據(jù)圖中三種限制酶的切割位點分析，為了避免質(zhì)粒和目的基因的反向連接，最適宜用來切割外源DNA和質(zhì)粒的限制酶是

，將切割后的質(zhì)粒和目的基因連接起來需要_______酶。PCRDNA雙鏈復(fù)制BamHⅠ和PstⅠDNA連接6、（江蘇生物·節(jié)選）圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度（bp即堿基對）和部分堿基序列，現(xiàn)有MspI、BamHI、MboI、SmaI4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題

（1）若用限制酶SmaI完全切割圖