高中生物基因工程一輪復(fù)習(xí)課件

1、選修三 現(xiàn)代生物科技專題第1講 基因工程選修三 現(xiàn)代生物科技專題第1講 基因工程1.供體：提供_。2.操作環(huán)境：_。3.操作水平：_水平。4.原理：_。5.受體：表達(dá)目的基因。6.本質(zhì)：性狀在_體內(nèi)表達(dá)。7.優(yōu)點(diǎn)：克服_ _障礙，定向改 造生物_。目的基因體外分子基因重組受體遠(yuǎn)緣雜交不親和性狀一、 基因工程的概念指按照人們的意愿，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，定向地改造生物的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?？键c(diǎn)1：基因工程的理論基礎(chǔ)及操作工具目的基因體外分子基因重組受體遠(yuǎn)緣雜交不親和性狀一、 基因工程（一）分子手術(shù)刀限制酶1.來源:主要來源于原

2、核生物2.作用:3.特點(diǎn):特異性（1）識別特定核苷酸序列；（2）切開特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。4.結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端 或平末端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點(diǎn)上切割DNA分子。二、基因工程的基本工具（一）分子手術(shù)刀限制酶1.來源:主要來源于原核生物2.作 A A T T C G下列黏性末端屬于同種內(nèi)切酶切割而成的是 A、 B、 C、 D、T C GA G C T T A AA GG T T C C AA G C T T C A G A A T T C GAT C GA G C T T A A A A T T C下列黏性末（二）DNA連接酶 2、分類E.coliD

3、NA連接酶T4DNA連接酶想一想:DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?(1)、來源：大腸桿菌(2)、作用：“縫合”黏性末端(1)、來源：T4噬菌體(2)、作用：“縫合”黏性末端和平末端1、作用：恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之 間的磷酸二酯鍵。（二）DNA連接酶 2、分類E.coliDNA連接酶T4DNDNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點(diǎn)DNA連接酶與DNA聚合酶只能將單個核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵以一條DNA鏈為模板。不需要模板。將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。DNA聚合酶DNA連接酶相同點(diǎn)DNA連接酶與DNA聚合

4、酶只能(三）基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體 質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是細(xì)菌擬核DNA之外能夠自主復(fù)制的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。常用的運(yùn)載體： 質(zhì)粒、噬菌體的衍生物和動植物病毒等。(三）基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體 質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵作為載體的必要條件：1、能自我復(fù)制或整合到受體染色體DNA上 隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制；2、有一或多個限制酶的切割位點(diǎn)；3、帶有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇4、對受體細(xì)胞無毒害5、大小應(yīng)合適，便于提取和體外操作?；虻倪\(yùn)輸工具運(yùn)載體作為載體的必要條件：1、能自我復(fù)制或整合到受體染色體DNA上四個主要步驟:目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w

5、細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定考點(diǎn)2 基因工程的基本操作程序及蛋白質(zhì)工程四個主要步驟:目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胍?、目的基因的獲取1、目的基因主要是指_編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因如：抗蟲基因3、獲取目的基因的常用方法（1）從基因文庫中獲?。?）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（3）人工合成（通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成）2、目的基因的來源:從自然界已有的物種分離人工方法合成一、目的基因的獲取1、目的基因主要是指_1、基因文庫（一） 從基因文庫中獲取目的基因?qū)⒑心撤N生物不同基因的許多DNA片斷，導(dǎo)入到受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫2、基因文庫的種

6、類:種類基因組文庫：含有一種生物的全部基因部分基因文庫：只包含了一種生物的部分基因， 如：cDNA文庫1、基因文庫（一） 從基因文庫中獲取目的基因?qū)⒑心撤N生物不1)反轉(zhuǎn)錄法： 雜交雙鏈(單鏈RNA/單鏈DNA)單鏈DNA雙鏈DNA(cDNA)目的基因的mRNA某種酶DNA聚合酶反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄法化學(xué)合成法3.怎樣構(gòu)建基因文庫?人工合成法（真核生物）1)反轉(zhuǎn)錄法： 雜交雙鏈單鏈DNA雙鏈D（2)根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法 ：蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列基因的脫氧核苷酸序列推測推測目的基因化學(xué)合成（2)根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法 ：蛋白質(zhì)的氨基酸序列（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目

7、的基因 1、定義：PCR多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 是一項(xiàng)生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 通過此技術(shù)，可獲取大量的目的基因。DNA復(fù)制2、原理：3、條件：4、原料：5、過程：6、方式：一段已知目的基因的核苷酸序列模板DNA；DNA引物；四種脫氧核苷酸；熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶） 以_方式擴(kuò)增， 即_（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）指數(shù)2n7、儀器：PCR擴(kuò)增儀（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 1、定義：PCR多聚酶PCR技術(shù)擴(kuò)增與DNA復(fù)制的比較PCR技術(shù)DNA復(fù)制相同點(diǎn)原理原料條件不同點(diǎn)解旋方式場所酶結(jié)果堿基互補(bǔ)配對四種脫氧核苷酸模板、能量、酶高溫下變性解旋解旋酶催化體外復(fù)制(PCR擴(kuò)增儀內(nèi))主要

8、在細(xì)胞核內(nèi)熱穩(wěn)定的DNA聚合酶（Taq酶）大量的DNA片段形成整個DNA分子解旋酶、普通的DNA聚合酶等PCR技術(shù)擴(kuò)增與DNA復(fù)制的比較PCR技術(shù)DNA復(fù)制相同點(diǎn)原二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心（1）用一定的_切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出_。（2）用_ _切斷目 的基因，使其產(chǎn)生_ _。（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的_處，再加入適量_，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）限制酶黏性末端同一種限制酶相同的黏性末端切口DNA連接酶1.過程:二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心（1）用一定的_3.基因表達(dá)載體的組成：a、目的基因b、啟動子c、終止子d、標(biāo)記基因位于基因的首端,是RNA聚合酶識別并結(jié)合位點(diǎn)

9、。驅(qū)動轉(zhuǎn)錄位于基因的末端,終止轉(zhuǎn)錄。檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。2、基因表達(dá)載體的作用a、使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并遺傳給子代b、同時使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用3.基因表達(dá)載體的組成：a、目的基因b、啟動子c、終止子d、三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因進(jìn)入_ _內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_ _和_ _的過程。轉(zhuǎn)化:受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)1、導(dǎo)入植物細(xì)胞:2、導(dǎo)入動物細(xì)胞:3、導(dǎo)入微生物細(xì)胞:常用方法：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（或Ca2+轉(zhuǎn)化法）三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因進(jìn)入_ _1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法特點(diǎn):能感染雙子葉植物和祼子

10、植物,對單子葉植物無感染能力Ti質(zhì)粒的TDNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到其染色體上轉(zhuǎn)化過程:Ti質(zhì)粒目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞插入植物細(xì)胞染色DNA表達(dá)新性狀轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法特點(diǎn):能感染雙子（2）基因槍法 基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動力，將包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。適用于單子葉植物（2）基因槍法 基因槍法又稱微彈轟擊法，是利用壓縮氣體產(chǎn)（3）花粉通道法 花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管還未愈合前，剪去柱頭，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入

11、受體細(xì)胞。（3）花粉通道法 花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞方法:顯微注射技術(shù)操作程序:提純含目的基因表達(dá)載體取受精卵顯微注射移植到子宮受精卵發(fā)育新性狀動物常用受體細(xì)胞：受精卵2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞方法:顯微注射技術(shù)操作程序:提純含3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常用法：Ca2+處理常用受體細(xì)胞：大腸桿菌微生物作受體細(xì)胞原因： 繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少過程：Ca2+處理大腸桿菌感受態(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（用Ca2+處理，增加細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性）處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)的細(xì)胞3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常用法：

12、Ca2+處理常用受體細(xì)胞(1)_目的基因的有無(2)分子雜交技術(shù)_(3)_目的基因是否翻譯(4)生物性狀的表達(dá)與否目的基因是否表達(dá) (個體水平)DNA分子雜交技術(shù)目的基因是否轉(zhuǎn)錄抗原抗體雜交分子水平四、目的基因的檢測與鑒定(1)_目的基因的有無DNA檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因1、導(dǎo)入檢測目的：方法：DNA分子雜交技術(shù)過程：.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,表明目的基因已插入染色體DNA中檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因1、導(dǎo)入檢測從轉(zhuǎn)基因生物中提取

13、的基因組DNA探針：雜交的對象：用放射性同位素標(biāo)記的含目的基因的DNA片段15N15N14N探針轉(zhuǎn)基因生物的DNA變性變性14N從轉(zhuǎn)基因生物中提取的基因組DNA探針：雜交的對象：用放射性同2、轉(zhuǎn)錄檢測目的：檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA方法：分子雜交技術(shù)用放射性同位素標(biāo)記的含目的基因的DNA片段探針：雜交的對象：從轉(zhuǎn)基因生物中提取的mRNA.2、轉(zhuǎn)錄檢測目的：檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA方法：分子3、翻譯檢測目的：檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)方法:抗原抗體雜交技術(shù)從轉(zhuǎn)基因生物中提取的蛋白質(zhì)抗原：抗體：將目的基因編碼的蛋白質(zhì)注射進(jìn)動物體內(nèi)進(jìn)行免疫產(chǎn)生的相應(yīng)抗體4、個體生物學(xué)水平的鑒定抗蟲鑒

14、定、抗病鑒定、活性鑒定等3、翻譯檢測目的：檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)方法:抗原抗體1.轉(zhuǎn)基因植物類別應(yīng) 用 實(shí) 例抗蟲抗病抗逆改良?xì)⑾x的基因主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因;抗真菌基因:幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因抗鹽堿和抗干旱的調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照提高30%轉(zhuǎn)基因延熟番茄儲存時間可延長12個月轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異1、3 基因工程的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因植物類別應(yīng) 用 實(shí) 例抗蟲抗病抗逆改良?xì)⑾x的2.轉(zhuǎn)基因動物類別應(yīng) 用 實(shí) 例提高生長速度

15、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)生產(chǎn)藥物作器官移植的供體如轉(zhuǎn)外源生長激素基因綿羊和轉(zhuǎn)外源生長激素基因鯉魚生長速率快、體型大如將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大減低,而其他營養(yǎng)成分不受影響目前,已在牛和山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和-抗胰蛋白酶等重要藥品科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對豬的器官進(jìn)行改造,抑制抗原決定基因的表達(dá),或設(shè)法除去抗原決定基因,再結(jié)合克隆技術(shù),培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官2.轉(zhuǎn)基因動物類別應(yīng) 用 實(shí) 例提高生改善畜生產(chǎn)藥物作3.基因工程藥物(1)來源：轉(zhuǎn)基因的_。(2)成果：_、抗體、_、激素等。(3)作用

16、：預(yù)防和治療_、心血管疾病、 _、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。4.基因治療(1)方法：把_導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能。(2)效果：治療_的最有效的手段。(3)分類：_基因治療和_基因治療。 工程菌細(xì)胞因子疫苗人類腫瘤遺傳病正?；蜻z傳病體內(nèi)體外3.基因工程藥物工程菌細(xì)胞因子疫苗人類腫瘤遺傳病正?；蜻z傳基因治療的方法體外基因治療：從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。體內(nèi)基因治療：基因治療的方法體外基因治療：從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培 用于基因治療的基因種類

17、正?；颍簭慕】等梭w上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物。反義基因。即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA 進(jìn)行互補(bǔ)，來阻斷非正常蛋白質(zhì)的合成。自殺基因：即編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。 用于基因治療的基因種類干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可在-70 條件下保存半年，給廣大患者帶來福音。(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計實(shí)驗(yàn)流程，讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”：設(shè)計設(shè)計推測合成

18、預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)1、4 蛋白質(zhì)工程干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)_ _ _的蛋白質(zhì)，不一定符合_ _需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過_ _或_ ，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行_ 或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。(3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的_ 結(jié)構(gòu)。自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造空間(或高級)(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)_(

19、4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？_。原因是：_。應(yīng)該通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造 首先，任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳；其次，對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多。(4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還 蛋白質(zhì)工程與基因工程比較蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程目的結(jié)果從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)

20、的脫氧核苷酸序列(基因)目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性,獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程與基因工程比較蛋白質(zhì)工程基高溫變性低溫復(fù)性中溫延伸加熱到90-95，DNA雙鏈的氫鍵斷裂解旋為單鏈降到55-60，引物通過堿基互補(bǔ)配對與單鏈DNA結(jié)合升溫到70-75，在DNA聚合酶的作用下，以四種脫氧核苷酸為原料，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則合成新的DNA鏈。PCR反應(yīng)過程循環(huán)高溫變性低溫復(fù)性中溫延伸加熱到90-95，DNA雙鏈的氫鍵PCR反應(yīng)具體過程PCR反應(yīng)具體過程原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)(補(bǔ)充內(nèi)容）非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動子終止子不編碼蛋白質(zhì)。：編碼蛋白質(zhì) ,連續(xù)不間斷編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的