基因工程一輪復(fù)習(xí)優(yōu)秀課件

1、基因工程專題復(fù)習(xí),一、基因工程的基本操作工具,基因工程，通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,基因工程的概念,DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù),生物體外,基因重組,人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品,定向改造性狀、打破物種界限,剪切拼接導(dǎo)入檢測(cè)表達(dá),DNA重組技術(shù)的基本工具,“分子手術(shù)刀”- “分子縫合針”- “分子運(yùn)輸車”-,限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶 載體,DNA重組技術(shù)的基本工具,識(shí)別雙鏈DNA 分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。,主要是從原核生物中分

2、離純化出來的一種酶 化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)。,1、來源：,3、作用：,4、結(jié)果：,形成兩種末端,可用于目的基因和載體的切割,2、特性：,限制酶是一類酶，而不是一種酶。,一、 限制酶“分子手術(shù)刀”,A,T,磷酸二酯鍵,黏性末端,黏性末端,EcoRI限制酶的切割,被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。,平末端平末端,SmaI限制酶的切割,當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。,例1.下列有關(guān)基因工程中限制性內(nèi)切酶的描述，錯(cuò)誤的是 ( ) A一種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸

3、序列 B限制性內(nèi)切酶的活性受溫度影響 C限制性內(nèi)切酶能識(shí)別和切割RNA D限制性內(nèi)切酶可從原核生物中提取,C,1、種類： 2、作用部位：,磷酸二酯鍵,二、 DNA連接酶“分子縫合針”,（黏性末端）,（黏性末端和平末端）,兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來,DNA連接酶的縫合作用,可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，,DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA聚合酶的作用,都能催化形成磷酸二酯鍵,都是蛋白質(zhì),不需要,需要,形成完整的重組DNA分子,形成DNA的一條鏈,基因工程,DNA復(fù)制,DNA連接酶與DNA聚合酶的比較,在兩個(gè)

4、DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,將單個(gè)脫氧核苷酸加到已存在的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵,與DNA有關(guān)的酶,1下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是(),A B C D,C,2.右圖為DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)該圖的正確描述是 A的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸 B解旋酶作用的部位是 C某限制性核酸內(nèi)切酶可選擇處作為切點(diǎn) DDNA連接酶可連接處斷裂的化學(xué)鍵,BD,3下列關(guān)于生物工程中常見的幾種酶的敘述，正確的是( ) ADNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏合，形成重組DNA B限制性核酸內(nèi)切酶將一個(gè)DNA分子

5、片段切成兩個(gè)片段需消耗兩分子的水 CTaq酶是用PCR儀對(duì)DNA分子擴(kuò)增過程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶 D纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞獲得原生質(zhì)體，便于植物雜交育種,B,三、載體“分子運(yùn)輸車”,1、載體的作用,將 轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去。,目的基因,2、常用的載體,質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒,3、作為載體必須具備的條件,能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制； 有一個(gè)至多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn),以便于與外源 基因連接； 有特殊的遺傳標(biāo)記基因,供重組DNA的檢測(cè)和鑒定,有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。,有切割位點(diǎn),能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制,質(zhì)粒裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬

6、核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。,最常用運(yùn)載體質(zhì)粒,典例1.下列關(guān)于染色體和質(zhì)粒的敘述，正確的是() A染色體和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)都是DNA B染色體和質(zhì)粒都只存在于原核細(xì)胞中 C染色體和質(zhì)粒都與生物的遺傳有關(guān) D染色體和質(zhì)粒都可作為基因工程的常用載體,C,二、基因工程的基本操作程序,編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),編碼區(qū)上游,編碼區(qū)下游,編碼蛋白質(zhì),調(diào)控遺傳信息的表達(dá),（調(diào)控程序）,AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC,啟動(dòng)子,終止子,知識(shí)點(diǎn)一：基因的結(jié)構(gòu),1.原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu),編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),啟動(dòng)子,終止子,ATGTGCAC

7、GTAGTTA,TACACGTGCATCAAT,RNA聚合酶,AUGUGCACGUAGUUA,啟動(dòng)子：位于基因首端一段能與RNA聚合酶結(jié)合并能起始mRNA合成的序列。沒有啟動(dòng)子，基因就不能轉(zhuǎn)錄。,RNA聚合酶:能夠識(shí)別啟動(dòng)子上的結(jié)合位點(diǎn)并與其結(jié)合的一種蛋白質(zhì).,終止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片斷，它能阻礙RNA聚合酶的移動(dòng)，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，使轉(zhuǎn)錄終止。,編碼區(qū),非編碼區(qū),非編碼區(qū),啟動(dòng)子,終止子,外顯子,內(nèi)含子,編碼蛋白質(zhì),2.真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu),能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子,不能編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子,內(nèi)含子：,外顯子：,RNA聚合酶 結(jié)合位點(diǎn),3.原核細(xì)胞與

8、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較,連續(xù),不連續(xù),編碼區(qū),非編碼,知識(shí)點(diǎn)二：基因工程基本操作的四個(gè)步驟,1、目的基因的獲取,2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建,3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,4、目的基因的檢測(cè)與鑒定,1、目的基因主要是_,編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因,2、獲取目的基因的常用方法：,（1）從基因文庫中獲取,（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增,（3）人工合成,一、目的基因的獲取,（一）從基因文庫中獲取目的基因,將含有某種生物不同基因的許多DNA片斷，導(dǎo)入到受體菌的群體中，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫,提取某種生物的全部DNA,用適當(dāng)?shù)南拗泼盖?一定大小的DNA片段,將DNA片段與載體連接,導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)

9、存,基因組文庫,1. 基因文庫的構(gòu)建方法,（1）直接分離法(鳥槍法),某種生物的單鏈mRNA,單鏈互補(bǔ)DNA,雙鏈cDNA片段,導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存,與載體連接,cDNA文庫,反（逆）轉(zhuǎn)錄酶,DNA聚合酶,（2）反轉(zhuǎn)錄法,基因組DNA文庫,cDNA文庫,2. 基因組DNA文庫與cDNA文庫比較,2. 基因組文庫和部分基因文庫的比較,小,大,無,有,無,有,某種生物的部分基因,某種生物的全部基因,可以,部分基因可以, 概念：PCR全稱為_，是一項(xiàng) 在生物_復(fù)制_的核酸合成技術(shù)。,前提條件：_； 原料：_、_ 、 _、 _。,原理：_,聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),體外,特定DNA片段,DNA復(fù)制,已知基因的核苷酸

10、序列,四種脫氧核苷酸,DNA引物,熱穩(wěn)定DNA聚合酶,模板DNA,（二）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因,過程：,a、變性（90-95）：雙鏈DNA模板 在熱作用下，_斷裂，形成_,b、復(fù)性（復(fù)性55-60）：系統(tǒng)溫度降低，引 物與DNA模板結(jié)合，形成局部_。,c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下， 合成與模板互補(bǔ)的_。,氫鍵,單鏈DNA,雙鏈,DNA鏈,變性、退火、延伸三步曲,變性：加熱至9095雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA 退火：冷卻至5560部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補(bǔ)部位相配對(duì)和結(jié)合 延伸：加熱至7075以目的基因?yàn)槟０?，合成互補(bǔ)的新DNA鏈,PCR技術(shù)擴(kuò)增與DNA復(fù)制的比較,

11、堿基互補(bǔ)配對(duì),四種脫氧核苷酸,模板、能量、酶,DNA在高溫下變性解旋,解旋酶催化,體外復(fù)制,細(xì)胞核內(nèi),熱穩(wěn)定的DNA聚合酶,細(xì)胞內(nèi)的DNA聚合酶,大量的DNA片段,形成整個(gè)DNA分子,根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA,蛋白質(zhì)的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列,推測(cè),推測(cè),目的基因,化學(xué)合成,已知核苷酸序列的較小基因可以化學(xué)合成，不需要模板。,（三）人工合成獲取目的基因,人工合成,(基因序列已知，且比較小),DNA合成儀,質(zhì)粒,目的基因,限制酶處理,一個(gè)切口 兩個(gè)黏性末端,兩個(gè)切口 獲得目的基因,DNA連接酶,表達(dá)載體,同一種,1.基因表達(dá)載體的構(gòu)建,二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建核

12、心,限制酶切割位點(diǎn)的選擇必須保證目的基因，標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測(cè)和表達(dá)。,2.基因表達(dá)載體的組成：,它們有什么作用？,a、目的基因,b、啟動(dòng)子,c、終止子,d、標(biāo)記基因,位于基因的首端, RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn),位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄,檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,載體與表達(dá)載體的區(qū)別：與載體相比較,表達(dá)載體在載體基礎(chǔ)上增加了目的基因、啟動(dòng)子、終止子三部分結(jié)構(gòu) 用到的工具酶：既用到限制酶切割載體，又用到DNA連接酶將目的基因和載體拼接，兩種酶作用的化學(xué)鍵都是磷酸二酯鍵 啟動(dòng)子(DNA片段)起始密碼子(RNA); 終止子(DNA片段)終止密碼子(RNA),提醒：,三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)

13、胞,（一）轉(zhuǎn)化：,（二）方法,將目的基因?qū)?植物細(xì)胞,將目的基因?qū)?動(dòng)物細(xì)胞,將目的基因?qū)?微生物細(xì)胞,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,基因槍法,花粉管通道法,顯微注射法,感受態(tài)細(xì)胞法,目的基因進(jìn)入_內(nèi)，并且在 受體細(xì)胞內(nèi)維持_和_的過程,受體細(xì)胞,穩(wěn)定,表達(dá),（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,特點(diǎn)： 易感染雙子葉植物和裸子植物，對(duì)大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力,原理： Ti質(zhì)粒上的T-DNA可以轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。,1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞,轉(zhuǎn)化過程:,Ti質(zhì)粒 目的基因,構(gòu)建,表達(dá)載體,植物細(xì)胞,植物細(xì)胞染色DNA,新性狀,農(nóng)桿菌,基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動(dòng)力，將包

14、裹在金屬顆粒表面的表達(dá)載體DNA打入受體細(xì)胞中，使目的基因與其整合并表達(dá)的方法。,（2）基因槍法,適用于單子葉植物,（3）花粉管通道法,適用于被子植物,方法：顯微注射法 程序：,目的基因表達(dá)載體提純 取卵（受精卵） 顯微注射 受精卵 新性狀動(dòng)物,2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞,原核生物特點(diǎn)：繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)少 方法：,用Ca2+處理細(xì)胞 感受態(tài)細(xì)胞 表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合 感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子,3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞,思考：為什么要用Ca2+處理受體細(xì)胞？,用Ca2處理，增加細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性,四、目的基因的檢測(cè)與鑒定,檢測(cè),導(dǎo)入檢測(cè)：目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,方法,DNA分子

15、雜交,表達(dá)檢測(cè),轉(zhuǎn)錄檢測(cè)分子雜交,翻譯檢測(cè)抗原抗體雜交,分子檢測(cè)法,鑒定,抗蟲鑒定 抗病鑒定 活性鑒定等,個(gè)體水平的鑒定,DNA分子雜交,15N,15N,14N,14N,探針,轉(zhuǎn)基因生 物的DNA,變性,變性, 首先取出轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA；, 將含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作標(biāo)記,以此做探針；, 使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交,若顯示出雜交帶,表明染色體已插入染色體DNA中。,歸納: 基因工程的基本操作程序,獲取目的基因 從基因文庫 利用PCR 化學(xué)方法人工合成 構(gòu)建基因表達(dá)載體 目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法 目的基因的檢

16、測(cè)與鑒定 檢測(cè)：是否插入、轉(zhuǎn)錄、翻譯 鑒定：,1、在已知序列信息的情況下，獲取目的基因的最方便方法是 A、化學(xué)合成法 B、基因組文庫法 C、cDNA文庫法 D、聚合酶鏈反應(yīng),2、下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是 從基因文庫中獲取目的基因 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成 A B C D,A,D,C,例3. 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的是 A.人工合成目的基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測(cè)表達(dá),4. 在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個(gè)脫

17、氧核苷酸對(duì)，其中腺嘌呤脫氧核苷酸是460個(gè)）放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個(gè)數(shù)是 A. 540個(gè) B. 8100個(gè) C. 17280個(gè)D. 7560個(gè),B,1表中列出了限制酶識(shí)別序列及切割位點(diǎn)，箭頭表示限制酶的酶切位點(diǎn),(1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)Sma切割前后，分別含有_個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。 (2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的Sma酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越_,0、2,高,(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用Sma切割，原因是_。 (4)與只使用EcoR相比較，使用BmaH和Hind兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止

18、_。,Sma會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因,質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化,(6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了_。 (7)為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在_的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以完成目的基因表達(dá)的初步檢測(cè)。,鑒別和篩選含有目的基因,蔗糖為唯一含碳營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),2.如圖為利用生物技術(shù)獲得生物新品種的過程,據(jù)圖回答： (1)在基因工程中,AB為 技術(shù),利用 的原理是 ,其中為 過程。 (2)加熱至94的目的是使DNA中的 鍵 斷裂,這一過程在細(xì)胞內(nèi)是通過 的 作用來完成的。,DNA解旋,解旋酶,PCR,DN

19、A復(fù)制,氫,(3)當(dāng)溫度降低時(shí),引物與模板末端結(jié)合,在DNA聚 合酶的作用下,引物沿模板鏈延伸,最終合成兩條 DNA分子,此過程中的原料是 , 遵循的原則是 。 (4)BD為抗蟲棉的培育過程,其中過程常用的 方法是 , 要確定目的基因(抗蟲基因)導(dǎo)入受體細(xì)胞后是否 能穩(wěn)定遺傳并表達(dá),需進(jìn)行檢測(cè)和鑒定工作,請(qǐng)寫 出在個(gè)體生物學(xué)水平上的鑒定過程：,4種脫氧核苷酸,堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,讓害蟲吞食轉(zhuǎn)基因棉花的葉子,觀察害蟲的存活情況,三、基因工程的應(yīng)用,抗病,抗逆,生長(zhǎng)速度,品質(zhì),藥物,器官移植,將 基因與 等調(diào)控組件重組在一起，通過 等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的 中，將 其 送入母體，使其發(fā)育

20、成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。,乳腺生物反應(yīng)器,乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。,藥物蛋白,乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子,顯微注射,受精卵,1、基因治療概念：,基因治療,把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。 （把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，從而達(dá)到治療疾病的目的）,2、實(shí)例：,將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。,對(duì)嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療,3、原理,病人細(xì)胞中既含有缺陷基因，又含有通過基因工程導(dǎo)入的正?；?，在病人體內(nèi)兩種基因都存在且都能表達(dá)，正?；虻谋磉_(dá)產(chǎn)物掩蓋了缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物，從而治愈了有基因缺陷的疾病。,4、基因治療的類型,5、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗(yàn)階段,基因診斷,概念,用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)