一輪復(fù)習(xí)課件基因工程公開課一等獎(jiǎng)?wù)n件省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

選修3當(dāng)代生物科技專項(xiàng)專項(xiàng)1基因工程第1頁DNA重組技術(shù)基本工具

基礎(chǔ)梳理1.基因工程概念基因工程是指按照人們愿望，進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，通過__________和__________，賦予生物以__________遺傳特性，發(fā)明出符合人們需要新生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在__________上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，又叫做__________。DNA重組技術(shù)體外DNA重組轉(zhuǎn)基因技術(shù)新DNA分子水平第2頁2.基因工程基本工具(1)“分子手術(shù)刀”——__________①起源：主要是從__________中分離純化出來。②功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子某種__________核苷酸序列，并且使每一條鏈中__________部位兩個(gè)核苷酸之間__________斷開，因此具有__________性。③成果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生DNA片段末端一般有兩種形式：__________和__________。專一限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯鍵黏性末端平末端第3頁(2)“分子縫合針”——__________①兩種DNA連接酶（E?coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）比較：a.相同點(diǎn)：都縫合__________鍵。b.區(qū)分：E?coliDNA連接酶起源于__________，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)__________之間磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合__________，但連接平末端之間磷酸二酯鍵效率較__________。②與DNA聚合酶作用異同:DNA聚合酶只能將__________加到已有核苷酸片段末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接__________末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶大腸桿菌磷酸二酯黏性末端兩種末端低單個(gè)核苷酸兩個(gè)DNA片段第4頁(3)“分子運(yùn)輸車”——__________①運(yùn)載體具有條件a.能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。b.具有一至多種限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。c.具有標(biāo)識(shí)基因，供重組DNA判定和選擇。②最常用運(yùn)載體是__________,它是一種裸露、構(gòu)造簡單、獨(dú)立于__________核區(qū)DNA之外，并具有__________雙鏈__________DNA分子。③其他運(yùn)載體：__________、__________。動(dòng)植物病毒載體質(zhì)粒細(xì)菌自我復(fù)制能力環(huán)狀噬菌體第5頁

一、基因工程概念基因工程別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→體現(xiàn)成果人類需要基因產(chǎn)物歸納整合第6頁二、DNA連接酶與DNA聚合酶DNA連接酶與DNA聚合酶都能形成磷酸二酯鍵，但二者性質(zhì)各不相同。（1）DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有核酸片段3′末端羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個(gè)核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上兩個(gè)缺口同步連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。第7頁（3）另外還介紹幾個(gè)酶①解旋酶：該酶能在DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄時(shí)破壞DNA堿基對間氫鍵，從而將雙螺旋打開。②DNA水解酶：該酶能催化DNA水解。③RNA聚合酶：該酶能在轉(zhuǎn)錄時(shí)將單個(gè)核糖核苷酸連接成RNA單鏈。④限制酶：該酶作用是識(shí)別特定核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)上切割DNA分子。第8頁三、基因工程操作工具1.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶2.“分子縫合針”——DNA連接酶第9頁3.“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞運(yùn)載體(1)使用運(yùn)載體目標(biāo)在基因工程中使用運(yùn)載體有兩個(gè)目標(biāo)：一是用它作為運(yùn)載工具，將目標(biāo)基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中去；二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目標(biāo)基因進(jìn)行大量復(fù)制。(2)運(yùn)載體種類目前所利用運(yùn)載體主要有兩類：一類是細(xì)菌質(zhì)粒，它是一種相對分子質(zhì)量較小、獨(dú)立于細(xì)菌核區(qū)DNA之外雙鏈環(huán)狀DNA。另一類運(yùn)載體是噬菌體或某些滅活病毒等。目前人們還在尋找新運(yùn)載體，如葉綠體或線粒體等也也許成為運(yùn)載體。第10頁

(3)作為運(yùn)載體必須具有條件：①能復(fù)制能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定地保存并大量復(fù)制，方便提供大量目標(biāo)基因②具有多種限制酶切點(diǎn)具有多種限制酶切點(diǎn)，方便與外源基因連接。每種酶切點(diǎn)最佳只有一種，如大腸桿菌pBR322就有多種限制酶單一識(shí)別位點(diǎn)，可適用于多種限制酶切割DNA插入③具有某些標(biāo)識(shí)基因具有某些標(biāo)識(shí)基因，方便進(jìn)行篩選。如大腸桿菌pBR322質(zhì)粒攜帶四環(huán)素抗性基因，就能夠作為篩選標(biāo)識(shí)基因④對宿主細(xì)胞無害載體必須是安全，對宿主細(xì)胞無害⑤載體DNA大小應(yīng)合適載體DNA分子大小應(yīng)合適，方便提取和在體外進(jìn)行操作，太小就不能操作第11頁3.“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞運(yùn)載體一般來說，天然運(yùn)載體往往不能滿足上述要求，因此必須根據(jù)不一樣目標(biāo)和需要，對運(yùn)載體進(jìn)行人工改造。目前使用質(zhì)粒運(yùn)載體幾乎都是通過改造。第12頁1．(2023·全國Ⅱ，5)下列論述符合基因工程概念是A．B淋巴細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞融合，雜交瘤細(xì)胞中具有B淋巴細(xì)胞中抗體基因B．將人干擾素基因重組到質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌，取得能產(chǎn)生人干擾素菌株C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生變化，通過篩選取得青霉素高產(chǎn)菌株D．自然界中天然存在噬菌體自行感染細(xì)菌后其DNA整合到細(xì)菌DNA上答案：B第13頁2．(2023·浙江理綜，2)在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯(cuò)誤是()A．用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒核酸B．用DNA連接酶連接經(jīng)切割抗除草劑基因和載體C．將重組DNA分子導(dǎo)入煙草原生質(zhì)體D．用含除草劑培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞答案：A第14頁基因工程基本操作程序

基礎(chǔ)梳理基因工程基本操作程序包括：目標(biāo)基因獲取、基因體現(xiàn)運(yùn)載體構(gòu)建、將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞及目標(biāo)基因體現(xiàn)與檢測等四個(gè)步驟。1.目標(biāo)基因獲取(1)目標(biāo)基因：__________。(2)原核基因采取__________取得，真核基因通過__________取得。人工合成目標(biāo)基因常用辦法有__________和__________。編碼蛋白質(zhì)構(gòu)造基因直接分離人工合成反轉(zhuǎn)錄法化學(xué)合成法第15頁(3)PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)基因①原理：__________。②過程第一步：加熱至90～95℃__________；第二步：冷卻到55～60℃，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈合成。2.基因體現(xiàn)運(yùn)載體構(gòu)建(1)目標(biāo)：使目標(biāo)基因在受體細(xì)胞中__________，并且能夠__________，使目標(biāo)基因能夠__________。(2)組成：__________＋__________＋__________＋__________DNA解鏈DNA雙鏈復(fù)制標(biāo)識(shí)基因穩(wěn)定存在遺傳至下一代體現(xiàn)和發(fā)揮作用目基因啟動(dòng)子終止子第16頁1.目標(biāo)基因獲取常用辦法：①從基因文庫獲取目標(biāo)基因基因組文庫（一種生物所有基因）部分基因文庫：如cDNA文庫（部分基因）②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)基因原理：生物體外DNA雙鏈復(fù)制原理③通過DNA合成儀直接人工合成基因較小，核苷酸序列已知，能夠人工合成。

考點(diǎn)歸納第17頁啟動(dòng)子終止子目基因標(biāo)識(shí)基因表達(dá)載體模式圖2.基因體現(xiàn)載體構(gòu)建目：是使目基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代(關(guān)鍵）第18頁①啟動(dòng)子：是一段有特殊構(gòu)造__________，位于基因__________，是__________識(shí)別和結(jié)合部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出__________，最后取得所需__________。②終止子：也是一段有特殊構(gòu)造__________，位于基因__________。③標(biāo)識(shí)基因作用：是為了判定受體細(xì)胞中是否具有目標(biāo)基因，從而將具有目標(biāo)基因細(xì)胞篩選出來。常用標(biāo)識(shí)基因是__________。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白質(zhì)DNA片段尾端抗生素基因第19頁3.將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞(1)轉(zhuǎn)化：目標(biāo)基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和體現(xiàn)過程。(2)常用轉(zhuǎn)化辦法將目標(biāo)基因?qū)胫参锛?xì)胞：采取最多辦法是__________，其次尚有__________和__________等。將目標(biāo)基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞：最常用辦法是__________。此辦法受體細(xì)胞多是__________。將目標(biāo)基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞原因是__________________________，最常用原核細(xì)胞是____________________________。其轉(zhuǎn)化辦法是：先用__________處理細(xì)胞，使其成為__________，再將重組體現(xiàn)運(yùn)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸取DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法顯微注射技術(shù)受精卵繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少大腸桿菌Ca2+感受態(tài)細(xì)胞(3)重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選具有基因體現(xiàn)運(yùn)載體受體細(xì)胞根據(jù)是__________是否體現(xiàn)。標(biāo)識(shí)基因第20頁3.將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞中辦法比較生物種類植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用措施受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,基因槍法，花粉管通道法顯微注射法Ca2＋處理法體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞目標(biāo)基因插入Ti質(zhì)粒T-DNA上→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞染色體DNA→體現(xiàn)目標(biāo)基因體現(xiàn)載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→取得具有新性狀動(dòng)物Ca2＋處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組體現(xiàn)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸取DNA分子第21頁4.目標(biāo)基因檢測與判定(1)首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體DNA上是否插入了目標(biāo)基因，辦法是采取_____________________________。(2)其次還要檢測目標(biāo)基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，辦法是采取_____________________________________。(3)最后檢測目標(biāo)基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，辦法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用對應(yīng)抗體進(jìn)行_________。(4)有時(shí)還需進(jìn)行______________判定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。個(gè)體生物學(xué)水平DNA分子雜交技術(shù)用標(biāo)識(shí)目標(biāo)基因作探針與mRNA雜交抗原－抗體雜交第22頁4.目標(biāo)基因檢測內(nèi)容和辦法比較類型步驟檢測內(nèi)容措施成果顯示分子水平檢測第一步

第二步第三步個(gè)體水平判定目標(biāo)基因是否插入受體細(xì)胞染色體DNA上DNA分子雜交技術(shù)(DNA和DNA之間)是否成功顯示出雜交帶目基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA核酸分子雜交技術(shù)(DNA和mRNA之間)同上目基因是否翻譯出蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子雜交(抗原—抗體之間)同上包括抗蟲或抗病接種試驗(yàn)；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品進(jìn)行活性比較，以確定功能是否相同等第23頁總結(jié)：二者組成成份及構(gòu)造基本相同目基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯表達(dá)遺傳信息生物共用一套遺傳密碼基因重組一、基因工程有關(guān)原理第24頁歸納整合

一、外顯子與內(nèi)含子一般來說，真核細(xì)胞基因都是由外顯子和內(nèi)含子組成。原核細(xì)胞基因真核細(xì)胞基因不一樣點(diǎn)編碼區(qū)連續(xù)，無內(nèi)含子，構(gòu)造簡單編碼區(qū)有間隔，不連續(xù)，有內(nèi)含子；構(gòu)造復(fù)雜相同點(diǎn)都有編碼區(qū)和非編碼區(qū)；編碼區(qū)都有調(diào)控遺傳信息體現(xiàn)核苷酸序列；編碼區(qū)上游都有與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)二、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基因構(gòu)造比較第25頁基因工程應(yīng)用及生物技術(shù)安全性

基礎(chǔ)梳理1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物__________。2.動(dòng)物基因工程：提升動(dòng)物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)__________。3.基因治療：_______________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因體現(xiàn)產(chǎn)物發(fā)揮作用。把正常外源基因品質(zhì)藥品第26頁二、植物基因工程與動(dòng)物基因工程成果外源基因類型及舉例成果舉例抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗逆基因：滲入壓調(diào)整基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因抗鹽堿和抗干旱煙草、抗寒番茄、抗除草劑大豆和玉米第27頁外源基因類型及舉例成果舉例改良品質(zhì)轉(zhuǎn)基因植物優(yōu)良性狀基因：提升必需氨基酸含量蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄成熟基因、與花青素代謝有關(guān)基因高賴氨酸玉米、耐儲(chǔ)存番茄、新花色矮牽牛提升生長速度轉(zhuǎn)基因動(dòng)物外源生長激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品品質(zhì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少轉(zhuǎn)基因第28頁外源基因類型及舉例成果舉例生產(chǎn)藥品轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因啟動(dòng)子等調(diào)控組件轉(zhuǎn)基因動(dòng)物具有乳腺生物反應(yīng)器作器官轉(zhuǎn)移植供體轉(zhuǎn)基因動(dòng)物將外源抗原決定基因體現(xiàn)調(diào)整因子導(dǎo)入到器官供體基因組或除去供體抗原決定基因無免疫排斥反應(yīng)轉(zhuǎn)基因豬第29頁1．安全性問題 (1)食物安全面：也許合成出毒蛋白，出現(xiàn)新過敏原，變化食物營養(yǎng)成份。 (2)生物安全面：有也許造成“基因污染”，危害生物多樣性。 (3)環(huán)境安全面：有也許打破物種界限，變化生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)；造成二次污染或產(chǎn)生出危害動(dòng)、植物和人類生物或產(chǎn)物。轉(zhuǎn)基因生物安全性問題

第30頁2．轉(zhuǎn)基因生物存在安全性原因 (1)目前對基因構(gòu)造、調(diào)控機(jī)制及基因間互相作用理解有限； (2)目標(biāo)基因往往是異種生物基因； (3)外源基因插入宿主基因組部位往往是隨機(jī)。第31頁3．理性看待轉(zhuǎn)基因生物 (1)轉(zhuǎn)基因生物優(yōu)缺陷分析優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1.處理糧食短缺問題2．減少農(nóng)藥使用，減少環(huán)境污染3．增加食物營養(yǎng)，提升附加值4．增加食物種類，提升食物品質(zhì)5．提升生產(chǎn)效率，帶動(dòng)有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展1.也許產(chǎn)生新病毒或新過敏原2．也許產(chǎn)生抗除草劑雜草3．也許使疾病傳輸跨越物種障礙4．也許會(huì)損害生物多樣性5．也許干擾生態(tài)系統(tǒng)多樣性(2)看待轉(zhuǎn)基因生物正確態(tài)度是趨利避害，不能因噎廢食。第32頁嚴(yán)禁生物武器

基礎(chǔ)梳理1.種類：致病菌、病毒、生化毒劑，以及通過__________致病菌。2.散布方式：吸入、誤食、接觸帶菌物品、被帶菌昆蟲叮咬等。3.特點(diǎn)：__________、多數(shù)具_(dá)_________、傳染途徑__________、污染面__________、__________、__________、__________等。4.__________生物武器條約及中國政府態(tài)度。(103)嚴(yán)禁基因重組致病力強(qiáng)傳染性多廣有潛伏期不易被發(fā)覺危害時(shí)間長第33頁歸納整合一、基因診斷與基因治療1.基因診斷(1)原理：DNA分子雜交。(2)過程：制備用放射性同位素（如32P）、熒光分子等標(biāo)識(shí)DNA（患者DNA）分子作探針；將待測DNA制成單鏈；讓二者進(jìn)行雜交，若二者能進(jìn)行互補(bǔ)配對，則說明患有此病，不然不患此病。2.基因治療---治療遺傳病最有效伎倆。(1)原理：把正常外源基因?qū)胗谢蛉毕菁?xì)胞中，達(dá)成治療疾病目標(biāo)。病人細(xì)胞中現(xiàn)有缺陷基因，也有正?；?。第34頁(2)辦法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療。(3)體外基因治療：先從病人體內(nèi)取得某種有關(guān)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)移細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)，這種辦法叫做體外基因治療。例如：復(fù)合型免疫缺陷癥。(4)體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因治療辦法叫做體內(nèi)基因治療。舉例：基因治療過程（以鐮刀型細(xì)胞貧血癥治療為例）第35頁舉例：基因治療過程（以鐮刀型細(xì)胞貧血癥治療為例）步驟過程獲取正常血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人DNA分子中切取血紅蛋白基因形成重組運(yùn)載體用同一種限制性核酸內(nèi)切酶在運(yùn)載體DNA上切開一種切口，用DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在運(yùn)載體DNA上，形成重組運(yùn)載體重組運(yùn)載體轉(zhuǎn)化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因重組運(yùn)載體導(dǎo)入患者造血干細(xì)胞中，并將重組運(yùn)載體插入到染色體。用選擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒造血干細(xì)胞將含正常血紅蛋白基因造血干細(xì)胞回輸給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因造血干細(xì)胞輸入患者骨髓中，此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白紅細(xì)胞，以根治鐮刀型細(xì)胞貧血癥成果：健康基因體現(xiàn)掩蓋了缺陷基因體現(xiàn)。第36頁說明：對于遺傳病治療，最主線辦法是進(jìn)行基因替代或修復(fù)?；蛑委熥罴褧r(shí)期理論上是受精卵時(shí)期，這樣能夠使個(gè)體每個(gè)細(xì)胞都具有正常基因，但在現(xiàn)實(shí)生活中是不也許，由于不也許人人都在受精卵時(shí)期進(jìn)行基因檢查。其次是對患者進(jìn)行有關(guān)細(xì)胞基因替代，如對于遺傳性糖尿病患者，只對胰島B細(xì)胞進(jìn)行基因替代，該個(gè)體就能正常分泌胰島素，糖尿病得以治療。但這種局部細(xì)胞基因替代，并沒有變化其他部位細(xì)胞基因，如精原細(xì)胞等，因此，患者后裔很也許還會(huì)患遺傳性糖尿病。第37頁基