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分布考點分布1、基因工程的理論基礎與操作工具、基因工程的理論基礎與操作工具2、基因工程的基本操作程序、基因工程的基本操作程序3、基因工程的應用、基因工程的應用4、基因工程與蛋白質工程的比較、基因工程與蛋白質工程的比較基因工程基因工程考點考點1、基因工程的理論基礎與操作工具、基因工程的理論基礎與操作工具 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：接受并接受并表達目的基因表達目的

2、基因6.6.本質：目的基因在本質：目的基因在_體內表達體內表達7.7.優(yōu)點：克服優(yōu)點：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緣雜交不親和遠緣雜交不親和性狀性狀回文序列回文序列( (反向重復反向重復) )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結構基因終止子終止子12341234轉化轉化 目的基因進入目的基因進入_內，并且在受體細內，并且在受體細胞內維持胞內維持_和和_的過程的過程受體細胞受體細胞穩(wěn)定穩(wěn)定表達表達胚

3、珠花藥花絲柱頭花柱子房壁子房雄蕊雌蕊將目的基因導入微生物細胞將目的基因導入微生物細胞( (三三) )將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞原核生物的特點：原核生物的特點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少等繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少等過程：過程：用用Ca2+ 處理細胞處理細胞,以增大細菌細胞壁的通透性以增大細菌細胞壁的通透性,使細胞處于一種使細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),這種細胞稱為感受態(tài)細胞這種細胞稱為感受態(tài)細胞.是將是將重組表達載體重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合,在在一定

4、的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNADNA分子分子, ,完成轉化過程完成轉化過程. .目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度，由于細菌繁殖的速度非?？?，在很短的時間內就能獲得大量的目的基因。非?？?，在很短的時間內就能獲得大量的目的基因。( (四四) )目的基因的檢測與鑒定目的基因的檢測與鑒定檢查是否成功檢查是否成功檢測檢測鑒定鑒定檢測轉基因生物染色體的檢測轉基因生物染色體的DNADNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉錄出了檢測目的基因是否轉錄出了mRNAmRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質

5、檢測目的基因是否翻譯成蛋白質抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等過程過程:A.首先取出轉基因生物的基因組首先取出轉基因生物的基因組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記片段用放射性同位素等作標記,以此做探針以此做探針C.使探針和轉基因生物的基因組雜交使探針和轉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程過程:用上述探針和轉基因生物的用上述探

6、針和轉基因生物的mRNA雜交雜交,若出現(xiàn)雜若出現(xiàn)雜交帶交帶,表明目的基因轉錄出了表明目的基因轉錄出了mRNA.DNADNA分子雜交示意圖分子雜交示意圖 +受體菌受體菌考點考點3、基因工程的應用、基因工程的應用書本書本P23基因基因mRNA轉錄轉錄氨基酸序列氨基酸序列(多肽鏈多肽鏈)翻譯翻譯蛋白質蛋白質三維結構三維結構折疊折疊生理功能生理功能體現(xiàn)體現(xiàn)考點考點4、基因工程與蛋白質工程的比較、基因工程與蛋白質工程的比較 基因mRNA氨基酸序列(多肽鏈)蛋白質三維結構生理功能預期功能第二代基因工程比較：基因工程和蛋白質工程比較：基因工程和蛋白質工程基因工程基因工程蛋白質工程蛋白質工程相同點相同點都要改

7、造基因，都屬于分子水平都要改造基因，都屬于分子水平產生新的產生新的基因型，無新基因基因型，無新基因基因（型）基因（型）產生的蛋白質產生的蛋白質原有的原有的新的新的聯(lián)系聯(lián)系蛋白質工程以基因工程為基礎，蛋白質工程以基因工程為基礎，是基因工程的應用和延伸是基因工程的應用和延伸幾個比較幾個比較1、幾種、幾種DNA相關酶的比較相關酶的比較基因庫基因庫: 一個種群一個種群中中所有個體所有個體的的全部基因全部基因 稱為一個基因庫稱為一個基因庫 基因文庫基因文庫: : 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, ,導入受體導入受體菌的群體中儲存菌的群體中儲存, ,各個受體菌

8、分別含有這種生物的不同各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因的基因, ,稱為基因文庫稱為基因文庫(gene library)(gene library) 基因組文庫基因組文庫: : 包含了一種生物包含了一種生物所有所有的基因的基因 部分基因文庫部分基因文庫(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、基因庫與基因文庫的比較、基因庫與基因文庫的比較3、基因組文庫與、基因組文庫與cDNA文庫的比較文庫的比較書本書本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， 不能直接在原核細胞中表達不能直接在原核細胞中表達4、運載體與載體蛋白的比較、運載體與載體蛋白的比較 都有可能被簡稱為都有可能被簡稱為“載體載體” 運載體運載體 DNA，將目的基因導入受體細胞，將目的基因導入受體細胞 載體蛋白載體蛋白 蛋白質，與主動運輸和協(xié)助擴散有關蛋白質，與主動運輸和協(xié)助擴散有關5、啟動子、終止子與起始密碼子、終止密碼子的比較、啟動子、終止子與起始密碼子、終止密碼子的比較啟動子：啟動子：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聚合酶識別和結合的部位，轉錄的起點聚合酶識別和結合的部位

10、，轉錄的起點終止子：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，轉錄的終點片段，轉錄的終點起始密碼子：起始密碼子：位于位于mRNAmRNA上，翻譯的起點上，翻譯的起點終止密碼子：終止密碼子：位于位于mRNAmRNA上，翻譯的終點上，翻譯的終點 6、DNA體內復制與體內復制與DNA體外復制的比較體外復制的比較 例析例析2科學家通過基因工程方法科學家通過基因工程方法,將蘇云金芽孢桿菌的將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒毒蛋白基因轉入普通棉株細胞內蛋白基因轉入普通棉株細胞內,并成功實現(xiàn)了表達并成功實現(xiàn)了表達,從而培育從而培育出了能抗棉鈴蟲的棉花植株出了能抗棉鈴蟲的棉花植株抗蟲

11、棉抗蟲棉 其過程大致如圖所其過程大致如圖所示示 根據(jù)題意根據(jù)題意,回答下列問題回答下列問題:(1)基因工程的操作程序主要包括的四個步驟是基因工程的操作程序主要包括的四個步驟是 (2)Ti質粒是農桿菌中的一種質粒質粒是農桿菌中的一種質粒,其上有其上有TDNA,把目的基把目的基因插入因插入Ti質粒的質粒的TDNA中是利用中是利用TDNA的的_特點特點 (3)Bt毒蛋白基因轉入普通棉株細胞內并成功實現(xiàn)表達的過程毒蛋白基因轉入普通棉株細胞內并成功實現(xiàn)表達的過程,在基因工程中稱為在基因工程中稱為_ (4)將目的基因導入受體細胞的方法有很多種將目的基因導入受體細胞的方法有很多種,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穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性的關鍵是在棉株體內穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性的關鍵是_,這需要這需要通過檢測才能知道通過檢測才能知道,檢測采用的方法是檢測采用的方法是 互動探究互動探究2:如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲晶體蛋白基因如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲晶體蛋白基因(簡稱簡稱Bt基因基因)及形成轉基因抗蟲植物的圖解及形成轉基因抗蟲植物的圖解 請分析回答請分析回答:(1)寫出寫出b過程的表達式過程的表達式 _ (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(質粒質粒)結合的工具酶有結合的

13、工具酶有_酶酶和和_酶酶 (4)科學家計劃從哺乳動物的乳汁中提取某種抗體科學家計劃從哺乳動物的乳汁中提取某種抗體,應將控制應將控制抗體合成的基因導入該種動物的抗體合成的基因導入該種動物的_中中,導入基因成功導入基因成功表達的標志是表達的標志是 _ +二、二、DNADNA重組技術的基本工具重組技術的基本工具1.1.限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶( (簡稱：限制酶簡稱：限制酶) )(1)(1)來源：主要從來源：主要從_生物中分離純化出來。生物中分離純化出來。(2)(2)作用：識別特定的作用：識別特定的_并切開相應兩個核苷酸之間的并切開相應兩個核苷酸之間的_。(3)(3)結果：產生結果：產生_或平

14、末端?；蚱侥┒?。2.DNA2.DNA連接酶連接酶(1)(1)種類：按來源可分為種類：按來源可分為EEcoliDNAcoliDNA連接酶和連接酶和T T4 4DNADNA連接酶。連接酶。(2)(2)作用：在兩個核苷酸之間形成作用：在兩個核苷酸之間形成_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、動植物病毒等。噬菌體的衍生物、動植物病毒等。(2)(2)質粒特點：質粒特點： 能能_ 有一個至多個有一個至多個_ 有特殊的有特殊的_【點撥【點撥】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。質粒質粒自我復制自我復制限制酶切割位點限制酶切割位點標記基因標記基因三、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：編碼蛋白質的目的基因：編碼蛋白質的_。(2)(2)獲取方法：獲取方法：從從_中獲取中獲取利用利用_擴增目的基因擴增目的基因通過通過_用化學方法直接人工合成用化學方法直接人工合成基因基因基因文庫基因文庫PCRPCR技術技術DNADNA合成儀合成儀2.2.基因表達載

16、體的構建基因表達載體的構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：_、啟動子、終止子、啟動子、終止子、_。(2)(2)構建目的：構建目的：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_能夠表達和發(fā)揮作用。能夠表達和發(fā)揮作用。目的基因目的基因標記基因標記基因目的基因目的基因受體細胞受體細胞目的基因目的基因3.3.將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞(1)(1)轉化轉化: :目的基因進入受體細胞內目的基因進入受體細胞內, ,并且在受體細胞內維持并且在受體細胞內維持_的過程。的過程。(2)(2)常用方法：常用方法

17、： 導入植物細胞導入植物細胞:_:_、基因槍法、花粉管通道法、基因槍法、花粉管通道法 導入動物細胞導入動物細胞:_:_ 導入微生物細胞導入微生物細胞: :感受態(tài)細胞法感受態(tài)細胞法( (或或CaCa2+2+處理法處理法) )穩(wěn)定和表達穩(wěn)定和表達農桿菌轉化法農桿菌轉化法顯微注射技術顯微注射技術4.4.目的基因的檢測與鑒定目的基因的檢測與鑒定(4)(4)生物性狀的表達與否生物性狀的表達與否目的基因是否表達目的基因是否表達( (個體水平個體水平) )【點撥【點撥】啟動子、終止子與起始密碼子、終止密碼子不同：啟動啟動子、終止子與起始密碼子、終止密碼子不同：啟動子、終止子在子、終止子在DNA DNA 上上, ,在遺傳信息轉錄時起調控作用；而起始密碼在遺傳信息轉錄時起調控作用；而起始密碼子、終止密碼子在子、終止密碼子在mRNAmRNA上上, ,在翻譯時起作用在翻譯時起作用, ,決定翻譯的開始和結決定翻譯的開始和結束。束。DNADNA分子雜交技術分子雜交技術目的基因是否轉錄目的基因是否轉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目標檢測目標鑒定方法鑒定方法分子分子水平水平是否導入是否導入是否轉錄是否轉錄是否翻譯是否翻譯個體個體水平水平是否具有是否具有目標性狀目標性狀基因工程的工具基因工程的工具1.1.與與DNADNA相關的酶相關的酶(1)(1)五種