高一生物必修2 基因工程 PPT

1、v基因工程基因工程 細胞工程細胞工程v 發(fā)酵工程發(fā)酵工程 酶工程酶工程生物工程生物工程1 1、概念：、概念：也叫生物技術(shù)，是生物科學與工程技術(shù)有機結(jié)合而興起的一門綜合性科學技術(shù)。2 2、特點、特點：以生物科學為基礎(chǔ)，運用先進的科學原理和工程技術(shù)手段來加工或改造生物材料，如DNA、蛋白質(zhì)、染色體、細胞等，從而生產(chǎn)工具出人類所需要的生物或生物制品。3 3、內(nèi)容：、內(nèi)容：概念：概念：一般指利用分子生物學的一般指利用分子生物學的手段手段 ，在體外操縱、改造、重建細胞，在體外操縱、改造、重建細胞的基因組，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)的基因組，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生定向變異，獲得人們所需的性狀。生定向變異

2、，獲得人們所需的性狀。特點：特點：基因工程能夠打破種屬的界限，在基因水平上改變生物遺傳性，并通過工程化手段為人類提供有用的產(chǎn)品及服務(wù)?；蚬こ袒蚬こ?1. 1.什么叫基因？什么叫基因？思考討論思考討論3.3.遺傳信息是如遺傳信息是如何表達的？何表達的？ 2.2.基因、基因、DNADNA、染色體、染色體之間是怎樣的關(guān)系？之間是怎樣的關(guān)系？ 非編碼區(qū)非編碼區(qū) 非編碼區(qū)非編碼區(qū) 編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)下游編碼區(qū)下游編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 RNA聚合酶聚合酶結(jié)合位點結(jié)合位點 調(diào)控遺傳信息的表達調(diào)控遺傳信息的表達基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)（原核細胞）（原核細胞） RNA聚合酶能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點，聚合酶能

3、夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開始后，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開始后，RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA分子分子移動，并與移動，并與DNA分子的一條鏈為模板合成分子的一條鏈為模板合成RNA。轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)錄完畢后，錄完畢后，RNA鏈釋放出來，緊接著鏈釋放出來，緊接著RNA聚合酶也聚合酶也從從DNA模板鏈上脫落下來。模板鏈上脫落下來。 能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合，進而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說能夠編碼蛋白成，也就是說能夠編碼蛋白質(zhì)質(zhì) 不能轉(zhuǎn)錄為信使不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不，不能編碼蛋白質(zhì)能編碼蛋白質(zhì) 非編碼區(qū)：編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與與

4、RNA聚酶聚酶結(jié)合位點結(jié)合位點內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 啟動子啟動子終止子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游 真核細胞的基因結(jié)構(gòu)真核細胞的基因結(jié)構(gòu)能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子 不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使RNA 內(nèi)含子內(nèi)含子: : 外顯子外顯子: : 人的血紅蛋白中，有一種蛋白質(zhì)叫做人的血紅蛋白中，有一種蛋白質(zhì)叫做珠蛋白，它的基因有珠蛋白，它的基因有1700個堿基對，其中有個堿基對，其中有3個外顯子和個外顯子和2個內(nèi)含子，能夠編碼個內(nèi)含子，能夠編碼146個氨基酸，個氨基酸

5、，其其外顯子外顯子的堿基對在整個基因堿基對中所占的的堿基對在整個基因堿基對中所占的比例是多少比例是多少 人的一種凝血因子的基因，在它的人的一種凝血因子的基因，在它的186000個堿基對中，有個堿基對中，有26個外顯子和個外顯子和25個內(nèi)含子，個內(nèi)含子，能夠編碼能夠編碼2552個氨基酸，其個氨基酸，其外顯子外顯子的堿基對的堿基對在整個基因堿基對中所占的比例是多少在整個基因堿基對中所占的比例是多少=26%25523186000100%=4%原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控乳糖代謝基因表達調(diào)控圖解：乳糖代謝基因表達調(diào)控圖解：(沒有乳糖時沒有乳糖時) lacZ l

6、acY lacA 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因啟動子啟動子 操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯阻抑物與阻抑物與操縱基因操縱基因結(jié)合，結(jié)結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受阻錄受阻阻抑物阻抑物原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控乳糖代謝基因表達調(diào)控圖解：乳糖代謝基因表達調(diào)控圖解：(有乳糖時有乳糖時) lacZ lacY lacA 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因啟動子啟動子 操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯阻抑物與乳糖結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，因而不能與操阻抑物與乳糖結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，因而不能與操縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因進行轉(zhuǎn)錄。

7、縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因進行轉(zhuǎn)錄。阻抑物阻抑物乳糖乳糖轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄半乳糖苷酶半乳糖苷酶酶酶酶酶基因操作的工具基因操作的工具1.1.基因的剪刀基因的剪刀限制性內(nèi)切酶（限制酶）限制性內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點上將列，并在特定的切割點上將DNA DNA 分子切斷。目分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有200200多種。多種。重播重播DNADNA被限制酶切斷后有兩個反向互補的被限制酶切斷后有兩個反向互補的“黏黏性末端性末端”。被同一種限制切斷的幾個。被同一種限制切斷的幾個DNADNA具有相具有相同的黏性末端，能夠

8、通過互補進行配對。同的黏性末端，能夠通過互補進行配對。、基因的針線、基因的針線DNADNA連接酶連接酶連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的末端連接起來，使之成為一個完整的DNADNA分子。分子。重播重播3 3、基因的運輸工具、基因的運輸工具運載體運載體運載體必須同時滿足三個要求：運載體必須同時滿足三個要求：能與目的能與目的基因結(jié)合；基因結(jié)合；能進入受體生物細胞并在受體生物能進入受體生物細胞并在受體生物細胞內(nèi)復(fù)制并表達；細胞內(nèi)復(fù)制并表達；比較容易得到。比較容易得到。第一步：獲取目的基因：第一步：獲取目的基因：基因的直接分離或人工

9、合成。即獲取含有所需要的完整的遺傳信息的DNA片段。鳥槍法分子雜交法逆轉(zhuǎn)錄法人工合成法目的基因獲取方法基因工程基本步驟基因工程基本步驟用限制用限制酶切斷成酶切斷成許多片段許多片段直接分離基因直接分離基因鳥槍法鳥槍法將供體生物的將供體生物的DNADNA用限制酶用限制酶切割為許多片段，再用運載體將切割為許多片段，再用運載體將這些片段都運載到受體生物的不這些片段都運載到受體生物的不同細胞中去。只要有一個細胞獲同細胞中去。只要有一個細胞獲得了需要的目的基因并得以表達，得了需要的目的基因并得以表達，基因工程就算成功了?；蚬こ叹退愠晒α恕Ｔ摲ㄗ畲蟮娜秉c是帶有很大該法最大的缺點是帶有很大的盲目性，工作量大

10、，成功率低。的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。原核生物中去。人工合成基因法人工合成基因法DNADNA合成儀合成儀直接合成法：根直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使推算出信使RNARNA核苷酸核苷酸順序，再據(jù)此推算出基順序，再據(jù)此推算出基因因DNADNA的脫氧核苷酸順的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。直接合成相應(yīng)的基因。 逆轉(zhuǎn)錄法：以信使逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNARNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(

11、DNA(基因基因) )。1 1能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定的保存能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定的保存2 2具有多個限制酶切點，具有多個限制酶切點，3 3具有某些標記基因具有某些標記基因運載體運載體的選擇的選擇第二步：目的基因與運載體結(jié)合第二步：目的基因與運載體結(jié)合2 2、目的基因與運載體結(jié)合、目的基因與運載體結(jié)合用與提取目用與提取目的基因相同的限的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入將目的基因插入切口處，讓目的切口處，讓目的基因的黏性末端基因的黏性末端與切口上的黏性與切口上的黏性末端互補配對后，末端互補配對后，在連拉酶的作用在連拉酶的作用下連接形成重組下

12、連接形成重組DNADNA分子。分子。第三步：目的基因的導(dǎo)入和表達第三步：目的基因的導(dǎo)入和表達 通過運載體把目的基因帶入某生物體內(nèi)，并使目的基因在受體細胞內(nèi)能準確地轉(zhuǎn)錄和翻譯。導(dǎo)入導(dǎo)入擴增擴增 為使重組的為使重組的DNADNA分子更容易進入受分子更容易進入受體細胞，通常要用體細胞，通常要用CaClCaCl2 2對受體細菌對受體細菌進行處理，使受體進行處理，使受體細菌具有更大的通細菌具有更大的通透性。透性。4 4、目的基因的檢測和表達、目的基因的檢測和表達大量的受體細胞接受不多的目的基因。處大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，理的受體細胞中真正攝入了目的基因

13、的很少，必須將它從中檢測出來。必須將它從中檢測出來。 將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生我國生產(chǎn)的部分基因我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物工程疫苗和藥物 基因工程藥基因工程藥品的生產(chǎn)品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取是從生物組織中提取的。受材料來

14、源限制的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動物的胰胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。格之

15、高可想而知。將合成的胰島將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿素基因?qū)氪竽c桿菌，每菌，每2000L2000L培養(yǎng)液培養(yǎng)液就能產(chǎn)生就能產(chǎn)生100g100g胰島胰島素！使其價格降低素！使其價格降低了了30%-50%!30%-50%!從人血中提取干擾素，從人血中提取干擾素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通過基因工程通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸成人干擾素的大腸桿菌，每桿菌，每1Kg1Kg的培養(yǎng)的培養(yǎng)液可提取液可提取204mg204mg干干擾素擾素人造血液及其生產(chǎn)人造血液及其生產(chǎn) 基因診斷與基因治療基因診斷與基因治療運用基因工程設(shè)計制造的運用基因工程設(shè)計制造的“D

16、NADNA探針探針”檢測肝炎病毒等病毒檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。速。通過基因工程給患有遺傳病通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導(dǎo)入正?；蚩傻娜梭w內(nèi)導(dǎo)入正?；蚩伞耙淮我淮涡孕浴苯獬∪说募部?。解除病人的疾苦。、基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚因魚( (中國中國) )乳汁中含有人生長激素乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛的轉(zhuǎn)基因牛( (阿根廷阿根廷) )轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄因的番茄3 3、基因工程與環(huán)境保護、基因工程與環(huán)境保

17、護環(huán)境監(jiān)測：環(huán)境監(jiān)測：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探針能夠十分靈敏地探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010個病毒也能被個病毒也能被DNADNA探針檢測出來探針檢測出來利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。環(huán)境污染治理：環(huán)境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超級細菌超級細菌”能吞食和分能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。解

18、多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超級細菌超級細菌”卻能分解石油中的多種烴卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDTDDT等毒害物質(zhì)。等毒害物質(zhì)。二、基因診斷的技術(shù)和方法二、基因診斷的技術(shù)和方法1.核酸分子雜交核酸分子雜交 實質(zhì)上是用已知序列的實質(zhì)上是用已知序列的DNA或或RNA片段作為探針與片段作為探針與待測樣品的待測樣品的DNA或或RNA序列進行核酸分子雜交。是基序列進行核酸分子雜交。是基因診斷最基本的技術(shù)之一。因診斷最基本的技術(shù)之一。2.PCR法法3.分子探針：分子探針：核酸分子探針是指特定的已知核酸片段，核酸分子探針是指特定的已知核酸片段，能與互補核酸序列退火雜交，用于對待測核酸樣品中特能與互補核酸序列退火雜交，用于對待測核酸樣品中特定基因順序的探測。定基因順序的探測。 滿足：（滿足：（1）必須是單鏈，（）必須是單鏈，（2）帶有容易被檢