高中生物 1.1 基因工程概述同步課件 蘇教版選修3.ppt

第一章基因工程 第一章基因工程 第一節(jié)基因工程概述 第一章基因工程 學(xué)習(xí)導(dǎo)航1 簡述基因工程的概念 重點(diǎn) 2 舉例說出基因工程的工具 重難點(diǎn) 3 簡述基因工程的一般過程與技術(shù) 重難點(diǎn) 一 理論與技術(shù)1 理論基礎(chǔ) 艾弗里證明了 是遺傳物質(zhì) 沃森和克里克闡明了dna分子的 結(jié)構(gòu) 尼倫貝格等破譯了 dna 雙螺旋 遺傳密碼 2 技術(shù) 1 工具酶 和 2 載體 等 二 基因工程1 概念 在 通過人工 剪切 和 拼接 等方法 對(duì)生物的基因進(jìn)行 然后導(dǎo)入 并使 在受體細(xì)胞中表達(dá) 產(chǎn)生人類需要的 的技術(shù) dna連接酶 質(zhì)粒 體外 改造和 重新組合 受體細(xì)胞 重組基因 基因產(chǎn)物 2 操作水平 水平 3 過程 基因 體外 轉(zhuǎn)移以及在受體細(xì)胞內(nèi)的 等 基因 分離 重組 復(fù)制和表達(dá) 想一想人工 剪切 和 拼接 的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么 提示 dna的雙螺旋結(jié)構(gòu) 三 酶與載體1 限制性核酸內(nèi)切酶 1 只能識(shí)別 序列 2 在合適的反應(yīng)條件下使 條鏈 的2個(gè)核苷酸之間的 鍵斷裂 3 切割出 末端 特定的核苷酸 每 特定 部位 磷酸二酯 黏性或平口 2 dna連接酶連接 個(gè)dna片段形成兩個(gè) 鍵成為一個(gè)重組dna 3 載體 1 常見的載體有 以及一些動(dòng) 植物 2 最簡單的質(zhì)粒載體必須包含三個(gè)部分 和 兩 磷酸二酯 質(zhì)粒 噬菌體 病毒 復(fù)制區(qū) 遺傳標(biāo)記基因 目的基因插入位點(diǎn) 判一判 1 限制性核酸內(nèi)切酶能夠破壞所有磷酸二酯鍵 2 dna連接酶通過形成磷酸二酯鍵連接黏性末端或平口末端 3 質(zhì)粒的目的基因插入位點(diǎn)含有dna連接酶識(shí)別的序列 基因文庫 pcr 同一種 重組 目的基因 受體 標(biāo)記基因 克隆 目的基因 1 限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別與切割 1 限制性核酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別特定的核苷酸序列 并有特定的切割位點(diǎn) 2 限制性核酸內(nèi)切酶切開的末端是黏性末端或平口末端 限制性核酸內(nèi)切酶所識(shí)別的dna序列 無論是6個(gè)堿基還是4 5 8個(gè)堿基 都可以找到一條中心軸線 中心軸線兩側(cè)的雙鏈dna上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的 若限制性核酸內(nèi)切酶在識(shí)別序列的中心軸線的兩側(cè)分別切割 則得到黏性末端 若限制性核酸內(nèi)切酶在識(shí)別序列的中心軸線處進(jìn)行切割 則得到平口末端 3 在切割位點(diǎn)處破壞了磷酸二酯鍵 4 不同的限制性核酸內(nèi)切酶可以切割相同的黏性末端 5 限制性核酸內(nèi)切酶一般存在于原核生物的細(xì)胞內(nèi) 能夠切斷外源dna 2 dna連接酶 1 連接兩個(gè)dna片段 2 形成磷酸二酯鍵 3 黏性末端能夠形成堿基互補(bǔ)配對(duì) 4 dna連接酶和dna聚合酶的比較 特別提醒 1 不同的限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的核苷酸序列不同 切割位點(diǎn)不同 體現(xiàn)了酶的特異性 2 線性dna沒有切割前有兩個(gè)游離的磷酸基團(tuán) 切割后有四個(gè)游離的磷酸基團(tuán) 2012 揚(yáng)州中學(xué)高二調(diào)考 下表為幾種限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的序列和切割的位點(diǎn) 如圖 已知某dna在目的基因的兩端1 2 3 4四處有bamh 或ecor 或pst 的酶切位點(diǎn) 現(xiàn)用bamh 和ecor 兩種酶同時(shí)切割該dna片段 假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開 下列各種酶切位點(diǎn)情況中 可以防止酶切后單個(gè)含目的基因的dna片段自身連接成環(huán)狀的是 a 1為ecor 2為bamh 3為bamh 4為pst b 1為bamh 2為ecor 3為bamh 4為pst c 1為pst 2為ecor 3為ecor 4為bamh d 1為bamh 2為ecor 3為pst 4為ecor 思路點(diǎn)撥 切割目的基因的兩種限制性核酸內(nèi)切酶切出的黏性末端不相同就不會(huì)發(fā)生自身環(huán)化 解析 現(xiàn)用bamh 和ecor 兩種酶同時(shí)切割該dna片段獲得目的基因 則2或3一定一個(gè)是bamh 切割 另一個(gè)是ecor 切割 兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割出的黏性末端不相同 目的基因不會(huì)發(fā)生自身環(huán)化 變式訓(xùn)練1 限制性核酸內(nèi)切酶a和b的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)如圖所示 下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是 a 在相同的dna分子中a酶的識(shí)別位點(diǎn)一般明顯要比b酶多b 能被a酶識(shí)別并切割的序列也能被b切割 c a酶與b酶切斷的化學(xué)鍵相同d 將大量a酶和b酶切割后的片段混合 重新連接后的dna片段不一定全都能被b切割 解析 選b 比較a酶和b酶的識(shí)別序列發(fā)現(xiàn) b酶識(shí)別和切割的序列 a酶一定能夠識(shí)別和切割 但是a酶識(shí)別和切割的序列 b酶不一定能夠識(shí)別和切割 1 質(zhì)粒 1 結(jié)構(gòu) 環(huán)狀dna 2 分布 原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì) 3 能夠作為載體的質(zhì)粒組成 復(fù)制區(qū) 含有復(fù)制原點(diǎn) 是dna復(fù)制特定的起始位點(diǎn) 含有a t堿基對(duì)較多 遺傳標(biāo)記基因 主要是抗性基因 最常見的是抗生素抗性基因 如氨芐青霉素抗性基因 四環(huán)素抗性基因 氯霉素抗性基因和新霉素抗性基因等 用于鑒定和篩選重組dna分子 目的基因插入位點(diǎn) 是某種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn) 便于目的基因的插入 通常一個(gè)質(zhì)粒上會(huì)含有多種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn) 2 重組質(zhì)粒 1 由質(zhì)粒和目的基因組成 又叫重組dna分子 2 在體外操作 3 需要利用限制性核酸內(nèi)切酶和dna連接酶 4 結(jié)構(gòu)分析 和質(zhì)粒相比較多出一個(gè)目的基因結(jié)構(gòu) 啟動(dòng)子和終止子控制目的基因的轉(zhuǎn)錄 a 啟動(dòng)子上有rna聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn) 啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄 b 終止子 rna聚合酶不能與之結(jié)合 終止轉(zhuǎn)錄 特別提醒 1 質(zhì)粒能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在 2 小分子質(zhì)粒易于操作和分離純化 2012 江都高二期末 科學(xué)家將人的生長激素基因與大腸桿菌的dna分子進(jìn)行重組 并成功地在大腸桿菌中得以表達(dá) 但在進(jìn)行基因工程的操作過程中 需使用特定的限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒 便于重組和篩選 已知限制性核酸內(nèi)切酶 的識(shí)別序列和切點(diǎn)是 g gatcc 限制性核酸內(nèi)切酶 的識(shí)別序列和切點(diǎn)是 gatc 據(jù)圖回答 1 由上述質(zhì)粒結(jié)構(gòu)圖可知基因工程中的載體至少應(yīng)具備的條件是 2 根據(jù)圖示分析 在構(gòu)建基因表達(dá)載體過程中 應(yīng)選用限制性核酸內(nèi)切酶 填 或 切割質(zhì)粒 再用 縫合目的基因和質(zhì)粒之間的缺口 可獲得 種重組質(zhì)粒 3 將得到的大腸桿菌b涂布在一個(gè)含有 的培養(yǎng)基上 待平板冷凝后為避免污染 需將培養(yǎng)皿呈 狀態(tài)放置 經(jīng)過一定時(shí)間培養(yǎng)后 能夠在培養(yǎng)基上生長的 說明已導(dǎo)入了 反之則沒有導(dǎo)入 解析 1 從圖中可以看出質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有兩個(gè)標(biāo)記基因分別是氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因 并且有兩種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn) 其中酶 切割位點(diǎn)有一個(gè) 酶 的切割位點(diǎn)有兩個(gè) 2 如果使用酶 切割質(zhì)粒 在兩個(gè)抗性基因上都有切割位點(diǎn) 質(zhì)粒的抗性基因被破壞 所以不能用酶 切割質(zhì)粒 只能用酶 切割 保留一個(gè)氨芐青霉素抗性基因 對(duì)于目的基因的獲取則不能使用酶 切割 只有使用酶 切割含有目的基因的dna 由于兩種酶的黏性末端相同 所以在dna連接酶的作用下目的基因和切割的質(zhì)粒的黏性末端能夠形成堿基互補(bǔ)配對(duì) 由于質(zhì)粒只有一個(gè)切口 所以目的基因和質(zhì)粒只能形成一種重組質(zhì)粒 3 將目的基因?qū)氪竽c桿菌的結(jié)果有三種 沒有導(dǎo)入任何結(jié)構(gòu)的大腸桿菌 導(dǎo)入插入目的基因的質(zhì)粒的大腸桿菌和導(dǎo)入沒有插入目標(biāo)基因的質(zhì)粒的大腸桿菌 由于都含有氨芐青霉素抗性基因 所以能夠在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長 接種微生物后的培養(yǎng)采用倒置培養(yǎng)皿的方式能夠防止凝結(jié)在皿蓋上的水蒸氣流到培養(yǎng)基表面污染菌種 有利于菌種利用培養(yǎng)基營養(yǎng) 加快生長速度 答案 1 含標(biāo)記基因 有一個(gè)或多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn) 2 dna連接酶1 3 氨芐青霉素倒置普通質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒 寫一個(gè)不給分 探規(guī)尋律 1 當(dāng)質(zhì)粒有多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)時(shí) 要分清切割后是否還存在抗性基因等標(biāo)記基因 2 限制性核酸內(nèi)切酶要切割完整的目的基因 不能破壞目的基因的結(jié)構(gòu) 3 不同的限制性核酸內(nèi)切酶切割要注意黏性末端能否堿基互補(bǔ)配對(duì) 變式訓(xùn)練2 2012 南京師大附中高二月考 下圖為重組質(zhì)粒形成示意圖 將此重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌 然后將大腸桿菌放在四種培養(yǎng)基中培養(yǎng) a 無抗生素的培養(yǎng)基 b 含四環(huán)素的培養(yǎng)基 c 含氨芐青霉素的培養(yǎng)基 d 含四環(huán)素和氨芐青霉素的培養(yǎng)基 含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長的是 a ab a和cc a和bd b和c 解析 選b 從圖中可以看出人的生長激素基因插入到抗四環(huán)素基因中 導(dǎo)致抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)被破壞 無法表達(dá) 重組質(zhì)粒只有抗氨芐青霉素基因能夠表達(dá) 導(dǎo)入此重組質(zhì)粒的大腸桿菌只能夠在無抗生素或含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長 不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長 1 目的基因獲取 1 從基因文庫中獲取 基因文庫的構(gòu)建 切割某一種生物細(xì)胞的整個(gè)基因組dna成為大小合適的片段 構(gòu)建重組質(zhì)粒 分別導(dǎo)入宿主細(xì)胞 宿主細(xì)胞繁殖成群成為基因文庫 擴(kuò)增dna片段 特點(diǎn) 包含了某種生物細(xì)胞的全部基因 獲取目的基因的方法 根據(jù)基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色體上的位置 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和翻譯產(chǎn)物等信息 可直接從基因文庫中獲得目的基因 2 pcr技術(shù)擴(kuò)增目的基因 原理 dna復(fù)制 過程 變性 退火 延伸 與細(xì)胞內(nèi)dna復(fù)制不同點(diǎn) 解旋不需要解旋酶 需要引物 熱穩(wěn)定dna聚合酶 taq酶 快速大量復(fù)制 目的基因循環(huán)擴(kuò)增的結(jié)果 后代分為三種情況 一個(gè)只含有引物a的目的片段 一個(gè)只含有引物b的目的片段 2n 2個(gè)同時(shí)含有引物a和b的目的片段 特別提醒pcr技術(shù)過程所需能量來自熱能 細(xì)胞內(nèi)dna復(fù)制所需能量來atp水解 2 制備重組dna分子 基因工程的核心 1 目的 使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在 能夠遺傳給下一代 使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用 2 基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu) 由啟動(dòng)子 目的基因 終止子 標(biāo)記基因和復(fù)制原點(diǎn)組成 啟動(dòng)子 在目的基因的上游 是rna聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位 啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄 終止子 在目的基因的下游 終止目的基因的轉(zhuǎn)錄 3 轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞 將攜帶目的基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞 當(dāng)受體細(xì)胞為微生物細(xì)胞時(shí) 常用cacl2處理微生物細(xì)胞 以增大細(xì)胞壁的通透性 有利于載體的導(dǎo)入 4 篩選重組細(xì)胞 1 篩選 根據(jù)標(biāo)記基因進(jìn)行篩選 插入滅活法 將目的基因插入特定的某種抗生素抗性基因中 該抗性基因結(jié)構(gòu)被破壞 該種抗生素抗性消失 含有重組質(zhì)粒的細(xì)菌不能在含有該抗生素的培養(yǎng)基上生長繁殖 根據(jù)目的基因及其產(chǎn)物進(jìn)行篩選 2 克隆5 實(shí)現(xiàn)功能表達(dá) 2011 高考海南卷 回答有關(guān)基因工程的問題 1 構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時(shí) 用不同類型的限制性核酸內(nèi)切酶切割dna后 可能產(chǎn)生黏性末端 也可能產(chǎn)生 末端 若要在限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接 則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生 相同 不同 黏性末端的限制性核酸內(nèi)切酶 2 利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時(shí) 構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動(dòng)子等 其中啟動(dòng)子的作用是 在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí) 常用 處理大腸桿菌 以利于表達(dá)載體進(jìn)入 為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mrna 可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mrna雜交 該雜交技術(shù)稱為 為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mrna是否翻譯成 常用抗原 抗體雜交技術(shù) 3 如果要將某目的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入植物細(xì)胞 先要將目的基因插入農(nóng)桿菌ti質(zhì)粒的 中 然后用該農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞 通過dna重組將目的基因插入植物細(xì)胞的 上 解析 1 限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的dna序列 并在特定位點(diǎn)上切割dna 形成黏性末端或平口末端 要使目的基因和質(zhì)粒直接進(jìn)行連接 應(yīng)使用同一種限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割 使二者產(chǎn)生相同的黏性末端 2 啟動(dòng)子為dna序列 其具有rna聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 合成rna 將基因表達(dá)載體導(dǎo)入大腸桿菌時(shí) 常用ca2 處理大腸桿菌 檢測目的基因時(shí) 常用分子雜交技術(shù)檢測目的基因或相應(yīng)的mrna 或采用抗原 抗體雜交技術(shù)鑒定相應(yīng)的蛋白質(zhì) 3 用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞時(shí) 首先將目的基因?qū)朕r(nóng)桿菌ti質(zhì)粒的dna中 再利用農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞 通過dna重組將目的基因插入植物細(xì)胞的染色體的dna上 答案 1 平口相同 2 rna聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn) 有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mrna 最終獲得所需要的蛋白質(zhì)ca2 dna分子雜交技術(shù)人胰島素 3 dna染色體的dna 探規(guī)尋律 1 選擇限制性核酸內(nèi)切酶的標(biāo)準(zhǔn)首先保證目的基因結(jié)構(gòu)的完整性 其次相同的限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒時(shí) 質(zhì)粒至少有一個(gè)完整的標(biāo)記基因 2 重組質(zhì)粒就是基因表達(dá)載體 目的基因的上游就是啟動(dòng)子 是一段含有rna聚合酶識(shí)別并結(jié)合的位點(diǎn)的脫氧核苷酸序列 負(fù)責(zé)啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄 下游是終止子 終止目的基因的轉(zhuǎn)錄 3 標(biāo)記基因是篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞的依據(jù) 變式訓(xùn)練3 采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?培育出了轉(zhuǎn)基因羊 但是 人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中 以下有關(guān)敘述正確的是 a 人體細(xì)胞中凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對(duì)數(shù)目等于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍b 可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子的重組dna分子導(dǎo)入羊的受精卵 c 在該轉(zhuǎn)基因羊體內(nèi) 人凝血因子基因存在于乳腺細(xì)胞中 不存在于其他體細(xì)胞中d 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 dna連接酶以dna分子的一條鏈為模板合成mrna解析 選b 在人體細(xì)胞中 凝血因子基因編碼區(qū)既有內(nèi)含子 也有外顯子 內(nèi)含子不能編碼氨基酸 所以凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對(duì)數(shù)目要大于凝血因子氨基酸數(shù)目的3 倍 多細(xì)胞生物體的個(gè)體發(fā)育起點(diǎn)為受精卵 受精卵經(jīng)有絲分裂形成一個(gè)完整的個(gè)體 所以轉(zhuǎn)基因羊中人凝血因子基因不僅存在于乳腺細(xì)胞中 其他體細(xì)胞中也有 只是沒有表達(dá) 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 以dna分子的一條鏈為模板合成mrna 在這一過程中用的是rna聚合酶而不是dna連接酶 制備重組dna分子 例題 蘇云金桿菌 bt 能產(chǎn)生具有殺蟲能力的毒素蛋白 如圖是轉(zhuǎn)bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖 ampr為抗氨芐青霉素基因 據(jù)圖回答下列問題 1 將圖中 的dna用hind bamh 完全酶切后 反應(yīng)管中有 種dna片段 2 圖中 表示hind 與bamh 酶切 dna連接酶連接的過程 此過程可獲得 種重組質(zhì)粒 如果換用bst 與bamh 酶切 目的基因與質(zhì)粒連接后可獲得 種重組質(zhì)粒 3 目的基因插入質(zhì)粒后 不能影響質(zhì)粒的 4 圖中 的ti質(zhì)粒調(diào)控合成的vir蛋白 可以協(xié)助帶有目的基因的t dna導(dǎo)入植物細(xì)胞 并防止植物細(xì)胞中 對(duì)t dna的降解 5 已知轉(zhuǎn)基因植物中毒素蛋白只結(jié)合某些昆蟲腸上皮細(xì)胞表面的特異受體 使細(xì)胞膜穿孔 腸細(xì)胞裂解 昆蟲死亡 而該毒素蛋白對(duì)人類的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小 原因是人類腸上皮細(xì)胞 6 生產(chǎn)上常將上述轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物混合播種 其目的是降低害蟲種群中的 基因頻率的增長速率 解析 1 圖中 的dna是鏈狀dna 有hind 的切割位點(diǎn)1個(gè) bamh 的切割位點(diǎn)有2個(gè) 且切割位點(diǎn)不重復(fù) 兩種限制性核酸內(nèi)切酶有三個(gè)切割位點(diǎn) 則完全酶切后形成4個(gè)dna片段 圖中可以看出4個(gè)片段長短不同 2 hind 與bamh 酶切質(zhì)粒 有兩個(gè)dna片段且兩端的黏性末端能夠和目的基因的黏性末端形成堿基互補(bǔ)配對(duì)