基因工程的基本工具和基本操作程序?qū)W習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1基因工程基因工程(jyn gngchng)的基本工具和的基本工具和基本操作程序基本操作程序第一頁，共27頁。高頻考點(diǎn)高頻考點(diǎn)(ko din)(ko din)突破突破考點(diǎn)考點(diǎn)(ko din)(ko din)一一 基因工程的概念理解基因工程的概念理解和理論基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ) (1) (1)操作環(huán)境：體外操作環(huán)境：體外關(guān)鍵步驟關(guān)鍵步驟“表達(dá)載表達(dá)載體的構(gòu)體的構(gòu) 建建”的環(huán)境。的環(huán)境。第1頁/共26頁第二頁，共27頁。 (2) (2)操作水平：分子水平。操作水平：分子水平。 (3) (3)原理原理: :基因重組。基因重組。 (4) (4)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 與雜交育種與雜交育種(z jio y zhn)(z

2、 jio y zhn)相比：克服遠(yuǎn)緣相比：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙。雜交不親和障礙。 與誘變育種相比：定向改造生物性狀。與誘變育種相比：定向改造生物性狀。 (5) (5)本質(zhì)本質(zhì): :甲甲( (供體提供目的基因供體提供目的基因) ) 乙乙( (受體表達(dá)受體表達(dá) 目的基因目的基因),),即基因未變、合成蛋白質(zhì)未變即基因未變、合成蛋白質(zhì)未變, ,只是合只是合 成場所的轉(zhuǎn)移。成場所的轉(zhuǎn)移。第2頁/共26頁第三頁，共27頁。 提醒提醒 若題目強(qiáng)調(diào)若題目強(qiáng)調(diào)“目的基因目的基因(jyn)”(jyn)”的表達(dá)過的表達(dá)過程程, ,則只則只 包括包括“轉(zhuǎn)錄和翻譯轉(zhuǎn)錄和翻譯”兩個(gè)過程兩個(gè)過程, ,不包括目的基因不包

3、括目的基因(jyn)(jyn)的的 復(fù)制。復(fù)制。第3頁/共26頁第四頁，共27頁。考點(diǎn)二考點(diǎn)二 基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.1.限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀” (1) (1)來源來源: :主要是從原核生物中分離純化出來主要是從原核生物中分離純化出來(ch li)(ch li)的。的。 (2) (2)化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)?；瘜W(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)。 (3) (3)作用作用 (4) (4)作用特點(diǎn)：特異性作用特點(diǎn)：特異性, ,即限制酶可識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列即限制酶可識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列, ,切割特切割特定位點(diǎn)。定位點(diǎn)。 (5) (5)切割方式切割方式(6)(6)切

4、割部位：磷酸二酯鍵切割部位：磷酸二酯鍵催化作用催化作用,所以可重復(fù)所以可重復(fù)(chngf)利用利用可用于可用于DNADNA的切割的切割(qig)(qig)獲取目的基因和載體的切割獲取目的基因和載體的切割(qig)(qig)錯(cuò)位切：產(chǎn)生兩個(gè)相同的黏性末端錯(cuò)位切：產(chǎn)生兩個(gè)相同的黏性末端平切：形成平末端平切：形成平末端第4頁/共26頁第五頁，共27頁。 提醒提醒 切割的化學(xué)鍵為磷酸二酯鍵。切割的化學(xué)鍵為磷酸二酯鍵。 在切割目的基因和載體在切割目的基因和載體(zit)(zit)時(shí)要求用同一種限制酶時(shí)要求用同一種限制酶, , 目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。 將一個(gè)基因從將一個(gè)基因從

5、DNADNA分子上切割下來分子上切割下來, ,產(chǎn)生兩個(gè)切口產(chǎn)生兩個(gè)切口, ,同時(shí)形成四個(gè)粘性同時(shí)形成四個(gè)粘性末端末端, ,切割載體切割載體(zit)(zit)產(chǎn)生一個(gè)切口，形成兩個(gè)粘性末端。產(chǎn)生一個(gè)切口，形成兩個(gè)粘性末端。 不同不同DNADNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末 端都相同端都相同, ,同一個(gè)同一個(gè)DNADNA分子用不同的限制酶產(chǎn)生的分子用不同的限制酶產(chǎn)生的 黏性末端不相同。黏性末端不相同。第5頁/共26頁第六頁，共27頁。2.DNA2.DNA連接酶連接酶“分子分子(fnz)(fnz)縫合針縫合針”常用類型常用類型E Ecoli coli DNA

6、DNA連接連接酶酶T T4 4 DNADNA連接酶連接酶來源來源大腸桿菌大腸桿菌T T4 4噬菌體噬菌體功能功能連接黏性末端連接黏性末端連接黏性末端或連接黏性末端或平末端平末端結(jié)果結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵第6頁/共26頁第七頁，共27頁。 拓展提升拓展提升(tshng) DNA(tshng) DNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶的比較聚合酶的比較DNA DNA 連接酶連接酶DNA DNA 聚合酶聚合酶作用實(shí)質(zhì)作用實(shí)質(zhì)都是催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯都是催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵鍵是否需模板是否需模板不需要不

7、需要需要需要連接連接DNADNA鏈鏈雙鏈雙鏈單鏈單鏈作用過程作用過程在兩個(gè)在兩個(gè)DNADNA片段之片段之間形成磷酸二酯鍵間形成磷酸二酯鍵將單個(gè)核苷酸加到已將單個(gè)核苷酸加到已存在的核酸片段的存在的核酸片段的33端的羥基上端的羥基上, ,形成磷酸形成磷酸二酯鍵二酯鍵作用結(jié)果作用結(jié)果將兩個(gè)將兩個(gè) DNADNA片段連片段連接成重組接成重組 DNADNA分子分子合成新的合成新的DNADNA分子分子第7頁/共26頁第八頁，共27頁。3.3.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” (1) (1)類型類型 提醒提醒 質(zhì)粒本質(zhì)質(zhì)粒本質(zhì)(bnzh)(bnzh)是是DNA,DNA,不是

8、細(xì)胞器不是細(xì)胞器; ;特點(diǎn)特點(diǎn): :小小 型環(huán)狀。型環(huán)狀。 (2) (2)功能：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。功能：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。 (3) (3)應(yīng)具備條件應(yīng)具備條件 能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；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)有一個(gè)至多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn), ,以便于與外源以便于與外源 基因連接；基因連接； 有特殊的遺傳標(biāo)記基因有特殊的遺傳標(biāo)記基因, ,供重組供重組DNADNA的檢測和鑒定。的檢測和鑒定。最常用最常用(chn yn)載體載體:質(zhì)粒質(zhì)粒其他載體其他載體(zit):噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等第8頁/共26頁第九

9、頁，共27頁。 提醒提醒 一般來說一般來說, ,天然載體往往不能滿足人類的天然載體往往不能滿足人類的 所有要求所有要求, ,因此人們根據(jù)因此人們根據(jù)(gnj)(gnj)不同的目的和需要不同的目的和需要, ,對某對某 些 天 然 的 載 體 進(jìn) 行 人 工 改 造 。些 天 然 的 載 體 進(jìn) 行 人 工 改 造 。 常見的標(biāo)記基因有抗生素基因、產(chǎn)生特定顏色常見的標(biāo)記基因有抗生素基因、產(chǎn)生特定顏色 的 表 達(dá) 產(chǎn) 物 基 因 、 發(fā) 光 基 因 等 。的 表 達(dá) 產(chǎn) 物 基 因 、 發(fā) 光 基 因 等 。 作為載體必須具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)作為載體必須具有多個(gè)限制酶切點(diǎn), ,而且每種酶而且每種酶 的

10、切點(diǎn)最好只有一個(gè)。因?yàn)槟撤N限制酶只能識(shí)別的切點(diǎn)最好只有一個(gè)。因?yàn)槟撤N限制酶只能識(shí)別 單一切點(diǎn)單一切點(diǎn), ,若載體上有一個(gè)以上的酶切點(diǎn)若載體上有一個(gè)以上的酶切點(diǎn), ,則切割則切割 重組后可能丟失某些片段重組后可能丟失某些片段, ,若丟失的片段含復(fù)制起若丟失的片段含復(fù)制起 點(diǎn)區(qū)點(diǎn)區(qū), ,則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。一個(gè)載則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。一個(gè)載第9頁/共26頁第十頁，共27頁。 體若只有某種限制酶的一個(gè)切點(diǎn)體若只有某種限制酶的一個(gè)切點(diǎn), ,則酶切后既能把則酶切后既能把 環(huán)打開接納外源環(huán)打開接納外源DNADNA片段片段, ,又不會(huì)丟失自己的片段。又不會(huì)丟失自己的片段。 注意與細(xì)胞膜

11、上載體注意與細(xì)胞膜上載體(zit)(zit)的區(qū)別的區(qū)別, ,兩者的化學(xué)本兩者的化學(xué)本質(zhì)和質(zhì)和 作用都不相同。作用都不相同。 質(zhì)粒能自我復(fù)制質(zhì)粒能自我復(fù)制, ,既可在自身細(xì)胞、受體細(xì)胞也既可在自身細(xì)胞、受體細(xì)胞也 可在體外復(fù)制?？稍隗w外復(fù)制。第10頁/共26頁第十一頁，共27頁?？键c(diǎn)三考點(diǎn)三 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.1.基因工程圖解基因工程圖解(tji):(tji):抗蟲棉的培育過程抗蟲棉的培育過程第11頁/共26頁第十二頁，共27頁。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)基因基因受體菌受體菌DNA片段片段(pin dun)第12頁/共26頁第十三頁，共27頁。文庫類型文庫類型cDNAc

12、DNA文庫文庫基因組文庫基因組文庫文庫大小文庫大小小小大大基因中啟動(dòng)子基因中啟動(dòng)子無無有有基因中內(nèi)含子基因中內(nèi)含子無無有有基因多少基因多少某種生物的部分基因某種生物的部分基因某種生物的全部基因某種生物的全部基因物種之間的物種之間的基因交流基因交流可以可以部分基因可以部分基因可以說明說明基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是操作簡便是操作簡便,缺點(diǎn)缺點(diǎn)是工作量大是工作量大,具有一定的具有一定的盲目性盲目性第13頁/共26頁第十四頁，共27頁。c目的基因的獲取依據(jù)：目的基因的獲取

13、依據(jù)：()基因的基因的 序列；序列；()基因的功能；基因的功能；()基因在染色體上的位置基因在染色體上的位置(wi zhi)；()基因的基因的 產(chǎn)物產(chǎn)物mRNA；()基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)?；虻姆g產(chǎn)物蛋白質(zhì)。核苷酸核苷酸轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)第14頁/共26頁第十五頁，共27頁。 人工合成目的基因人工合成目的基因: :常用常用(chn yn)(chn yn)的方法有化學(xué)的方法有化學(xué)合成法和合成法和 反轉(zhuǎn)錄法。反轉(zhuǎn)錄法。 化學(xué)合成法化學(xué)合成法: :蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸序列氨基酸序列 RNA RNA 堿基序列堿基序列 DNA DNA堿基序列堿基序列 用用4 4種脫氧核種脫氧核 苷酸人工合成目的

14、基因苷酸人工合成目的基因 反轉(zhuǎn)錄法反轉(zhuǎn)錄法: :分離出供體細(xì)胞分離出供體細(xì)胞mRNA mRNA 單鏈單鏈DNADNA 合成目的基因合成目的基因 分析分析推測推測推測推測逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNADNA聚合聚合酶酶第15頁/共26頁第十六頁，共27頁。復(fù)制復(fù)制(fzh)核苷酸序列核苷酸序列(xli)單鏈單鏈DNADNA聚合酶聚合酶引物第16頁/共26頁第十七頁，共27頁。PCRPCR擴(kuò)增技術(shù)擴(kuò)增技術(shù)(jsh)(jsh)與與DNADNA復(fù)制的比較復(fù)制的比較PCRPCR技術(shù)技術(shù)DNADNA復(fù)制復(fù)制相相同同點(diǎn)點(diǎn)原理原理DNADNA復(fù)制復(fù)制( (堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對) )原料原料四種游離的脫氧核苷酸四種

15、游離的脫氧核苷酸條件條件模板、模板、ATPATP、酶、原料、引物、酶、原料、引物不不同同點(diǎn)點(diǎn)解旋解旋方式方式DNADNA在高溫下變性解旋在高溫下變性解旋解旋酶催化解旋酶催化場所場所體外復(fù)制體外復(fù)制(PCR(PCR擴(kuò)增儀擴(kuò)增儀) )主要在細(xì)胞核內(nèi)主要在細(xì)胞核內(nèi)酶酶熱穩(wěn)定的熱穩(wěn)定的DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶酶) )細(xì)胞內(nèi)含有的細(xì)胞內(nèi)含有的DNADNA聚合酶聚合酶結(jié)果結(jié)果在短時(shí)間內(nèi)形成大量的在短時(shí)間內(nèi)形成大量的DNADNA片段片段形成整個(gè)形成整個(gè)DNADNA分子分子第17頁/共26頁第十八頁，共27頁。基因基因(jyn)(jyn)表達(dá)載體的構(gòu)建表達(dá)載體的構(gòu)建最核心步驟最核心步驟（）表

16、達(dá)載體的功能（）表達(dá)載體的功能使目的基因使目的基因(jyn)(jyn)在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且 給下一代。給下一代。使目的基因使目的基因(jyn) (jyn) 和發(fā)揮作用。和發(fā)揮作用。（）基因（）基因(jyn)(jyn)表達(dá)載體的組成表達(dá)載體的組成: :啟動(dòng)子目的基因啟動(dòng)子目的基因(jyn)(jyn)終止子標(biāo)記基因終止子標(biāo)記基因(jyn)(jyn)。遺傳遺傳(ychun)表達(dá)表達(dá)(biod)第18頁/共26頁第十九頁，共27頁。啟動(dòng)子：位于基因的啟動(dòng)子：位于基因的 ，它是，它是 識(shí)識(shí)別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。終止子：位

17、于基因的尾端，終止終止子：位于基因的尾端，終止 。標(biāo)記基因：標(biāo)記基因： 是否含有目的基因。是否含有目的基因。 （）基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法（）基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法 提醒提醒 該過程把三種工具該過程把三種工具(gngj)(只有兩種工具只有兩種工具(gngj)酶酶)全用全用 上了上了,是最核心、最關(guān)鍵的一步是最核心、最關(guān)鍵的一步,在體外進(jìn)行。在體外進(jìn)行。mRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄(zhun l)鑒別鑒別(jinbi)受體受體細(xì)胞細(xì)胞首端首端RNA聚合酶聚合酶第19頁/共26頁第二十頁，共27頁。雙子葉雙子葉TDNATiTi質(zhì)粒的質(zhì)粒的T TDNADNA上上穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)和表達(dá)和表達(dá)第20頁/共2

18、6頁第二十一頁，共27頁。顯微顯微(xin wi)用用Ca2繁殖繁殖(fnzh)速度快速度快受精卵受精卵感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞第21頁/共26頁第二十二頁，共27頁。 (4) (4)目的目的(md)(md)基因的檢測與鑒定基因的檢測與鑒定第22頁/共26頁第二十三頁，共27頁。解題解題(ji t)(ji t)思路探究思路探究思維誤區(qū)警示思維誤區(qū)警示易錯(cuò)分析易錯(cuò)分析 基因工程中易錯(cuò)點(diǎn)辨析不清基因工程中易錯(cuò)點(diǎn)辨析不清 (1) (1)基因工程中有基因工程中有3 3種工具種工具, ,但工具酶只有但工具酶只有2 2種種。 (2) (2)工具酶本質(zhì)為蛋白質(zhì)工具酶本質(zhì)為蛋白質(zhì), ,載體本質(zhì)為小型載體本質(zhì)為小型DNADNA分子分子, ,但不一定是環(huán)狀。但不一定是環(huán)狀。 (3) (3)標(biāo)記基因的作用標(biāo)記基因的作用篩選、檢測目的基篩選、檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞, ,常見的有抗生素抗性基因常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基、發(fā)光基因因, ,表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色物質(zhì)等。表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色物質(zhì)等。第23頁/共26頁第二十