专题1《基因工程(1).ppt

专题1 基因工程 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“ 剪切” 和“拼接”，对生物的基因进行改造和 重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖 ，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类 所需要的新的生物类型和生物产品。 基础理论 和技术的发展 催生了基因工程 阅读课本第2页 1.1 DNA重组技术的基本工具 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“ 剪切” 和“拼接”，对生物的基因进行改 造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无 性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产 生出人类所需要的新的生物类型和生物产品 分析概念： 工 具 为什么 要加工 什么是 表达 用什么 导入 基因操作的工具 基因的剪刀（分子手术刀） 限制性核酸内切酶（限制酶 ） 基因的针线（分子缝合针） DNA连接酶 基因的运输工具（分子运输车） 运载体 到哪里去寻找这种酶 （1）限制酶 分布：主要在原核生物中。 作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。 结果：产生黏性未端和平末端 举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶 与我们学过的 DNA酶相同吗？ 识别序列的特点 作用是什么 两者的区别 这两种酶切的特点 切断的是什么键 限制酶的识别特点 以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC 黏性末端 黏性末端 EcoRI 学车问答 学车问题回答 驾驶员模拟考试2016 科目一 科目 二 科目三 科目四 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口两条单链的切口 ，带有几个，带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好 互补配对互补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 要切要切两个两个切口，产生切口，产生四个黏性末端四个黏性末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来 切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两，然后让两 者的黏性末端者的黏性末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重起来，就似乎可以合成重 组的组的DNADNA分子了。分子了。 基因的针线： DNA连接酶 G A A T T C C T T A A G G A A T T C C T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G 同种限制酶 切割 （2）DNA连接酶 连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键： 磷酸二酯键（梯子的扶手） 结果：将两个相同的未端的连接。 分类：Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 与DNA聚合酶 相同吗 二者在性质 上的区别 基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶 DNADNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝之间的缝 隙隙“ “缝合缝合” ”起来，即把梯子两边扶手的断起来，即把梯子两边扶手的断 口连接起来口连接起来( (形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键) )，这样一个，这样一个 重组的重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。 （3）运载体 作用：将外源基因送入受体细胞。 具备的条件： 能在宿主细胞内复制，并稳定地保存 有多个限制酶切点， 具有某些标记基因， 对受体细胞无害 举例：质粒（常用）、噬菌体 和动植物病毒。 为什么 要具备 这些条件 与外源基因连接。与外源基因连接。 便于进行便于进行筛选筛选 质粒特点：质粒特点： 1、细菌染色体外双链环状DNA分子 2、能自我复制并在受体细胞中稳定存在 3、有一个或多个限制酶切点 4、有特殊的遗传标记基因 注意：真正用作运载体的质粒都是人 工改造过的。 1 1）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （ ） A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸 序列序列 B B、质粒是基因工程中唯一的运载体质粒是基因工程中唯一的运载体 C C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个运载体必须具备的条件之一是：具有多个 限制酶切点，以便与外源基因连接限制酶切点，以便与外源基因连接 D D、基因控制的性状都能在后代表现出来基因控制的性状都能在后代表现出来 C C 练习练习 2 2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是）不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A A、能复制能复制 （ ） B B、有、有多个限制酶切点多个限制酶切点 C C、具有标记基因具有标记基因 D D、它是环状它是环状DNADNA D D 练习练习 3 3）有关基因工程的叙述中，错误的（）有关基因工程的叙述中，错误的（ ） A A、DNADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B B、 限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C C、目的基因须由运载体导入受体细胞目的基因须由运载体导入受体细胞 D D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶 A A 练习练习 4）下列关于基因工程的叙述，不正确的是（ ） A、基因工程的原理是基因重组 B、运用基因工程技术，可使生物发生定向变 异 C、一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分 子上 D、是非同源染色体上非等位基因的自由组合 练习练习 D 4 4）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A A、限制酶只在获得目的基因时才用限制酶只在获得目的基因时才用 B B、重组质粒的形成在细胞内完成重组质粒的形成在细胞内完成 C C、质粒都可作为运载体质粒都可作为运载体 D D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料资料 D D 练习练习 5 5）基因工程是在）基因工程是在DNADNA分子水平上进行设计施分子水平上进行设计施 工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱 基互补配对的步骤是基互补配对的步骤是 （ ） A A、人工合成目的基因人工合成目的基因 B B、目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合 C C、将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 D D、目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 C C 练习练习 (2008理综山东卷)35.（8分）【生物现代生物科技专题】 为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利 用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系 。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切 酶作用于图中 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或 “b”） （2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化 法和 法。 （3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。 （4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位 素标记的 作探针进行分子杂交检测， 又要用 方法从个体水平鉴定水稻 植株的耐盐性。 a 植物组织培养脱分化（去分化 ） 基因枪法（花粉管通道法 ） 再分化 耐盐基因（目的基因） 一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中 ） a （2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工 程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。 （1）获得目的基因的方法通常包括 和 。 （2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是 和 。 （3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 ， 后者的形状成 。 （4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 ，所以 在转化后通常需要进行 操作。 （5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生 产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。 答案：（1）从基因文库中获取 化学合成（人工合成） （2）限制性核 酸内切酶（限制酶） DNA连接酶（连接酶） （3）质粒 小型环状（双链 环状、环状） （4）低 筛选 （5）氨基酸 （2007，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后 ，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家 培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长 激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入 中， 原因是 。 （3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小 鼠的基因组。 （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。 （5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的 转入 细胞中构成重组细胞，使其发育 成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。 显微注射法 受精卵（或早期胚胎 ） DNA分子杂交 ）（核酸探针 ） 受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相 应组织细胞表达 去核的卵 膀胱上皮 细胞核 核移植（或克隆 ） 1.2基因工程的 基本操作程序 为什么要获得目的基因 为什么要把目的基因 与载体结合 受体细胞是指什么 为什么要进行检测 第一步：获取目的基因 方法： 1.从基因文库中获取目的基因。 基因文库的构建模式图 通过对 受体菌的 培养而 储存基因 第一步：获取目的基因 方法： 1.从基因文库中获取目的基因。 2.利用PCR技术合成DNA PCR:聚合酶链式反应.是以DNA变性、复制的 某些特性为原理设计的. 前提条件是必须对目的基因有一定的了解， 需要设计引物。 PCR原理图 PCR的过程 （1）以DNA 片段作模板，在 90 高温下，分开成 为 单链DNA。 （2）以DNA 小段寡聚核苷酸做引物，在 50 的温度 下，找到可以配对的正链和负链，形成互补结合 （3）在 70 高温下，合成一条与模板 DNA 单链（正 链或负链）互补结合的DNA新链。 （4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从 90oC- 50oC- 75oC，目的基因的量不断增加 反应体系中经历：变性淬火合成重复 。 结果：目的基因的量成指数形式扩增（2n) 高温的作用是？ 引物是怎样获得的？ 四种脱氧核苷三磷酸（4 X dNTP) 酶 高温 DNA 聚合酶 （Taq 酶）， 原料 第一步：获取目的基因 方法： 1.从基因文库中获取目的基因。 2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录） 由mRNA反转录形成cDNA mRNA DNA单链 DNA单链 RNA DNA杂交分子 RNA DNA杂交分子 单链DNA 单链DNA 双链DNA 逆转录 使RNA降解 复制 核酸酶H ? ? 形成氢键 第一步：获取目的基因 方法： 1.从基因文库中获取目的基因。 2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录） 4.采用DNA合成仪人工合成长度不是很大的 DNA片段。 5.用机械的方法，如超声波把打成片段。 原核生物基因表达的调 控 乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时) lacZ lacY lacA 调节基 因启动 子 操纵基 因结构基 因 RNA聚合酶 信使 RNA 转 录 翻 译 阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与 操纵基因结合，使得结构基因进行转录。 阻抑 物乳糖 转 录 半乳糖苷酶 酶酶 第二步： 基因表达载体的构建 核心 目的基因与载体结合成为重组基因 需要 哪两种 工具 总结：表达载体需由哪几部分组成 复制原点 启动子 目的基因 终止子 标记基因 它们的作用是？ 第三步：将目的基因导入受体细胞 将目的基因导入植物细胞 将目的基因导入动物细胞 将目的基因导入微生物细胞 什么叫转化 常用的转化方法有哪些？ 具体过程？ 第四步：目的基因的检测与鉴定 首先： 其次： 最后： 还要： 检测与鉴定哪些环节 具体 方法？ DNA分子杂交技术 基因探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸 片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待 测核酸样品中特定基因顺序的探测。 满足：（1）必须是单链，（2）带有容易 被检测出来的标记物。 编码区上游编码区下游 RNA聚合 酶结合位点 RNA聚合 酶结合位点 编码 蛋白质 调控 调控 原核细胞 真 核 细 胞 真核细胞 1.3 基因工程的应用 转转基因生物目的基因目的基因来源 抗虫植物Bt毒蛋白基因苏苏云金芽胞杆菌 （如：抗虫蛋白酶抑制剂剂基因植物 棉）淀粉酶抑制剂剂基因 植物凝集素基因 抗病植物病毒外壳蛋白基因 （如：转转基病毒的复制酶基因 因烟草）几丁质质酶基因 请继续把表格完成 抗逆转转基因植 物 抗冻冻蛋白基因鱼鱼 抗除草剂剂基因 转转基因玉米富含赖赖氨酸的蛋白质编码质编码 基 因 转转基因延熟番 茄 控制番茄果实实成熟的基因 转转基因矮牵牵牛植物花青素代谢谢有关的基因 转转基因鲤鱼鲤鱼外源生长长激素基因人 转转基因牛肠肠乳糖酶基因人 转转基因牛（羊 ） 抗凝血酶基因、血清白蛋白基 因、生长长激素基因、a-抗胰蛋 白酶 转转基因烟草发发光基因萤萤火虫 工程菌细细胞因子、抗体、疫苗、 激素、白细细胞介素-2、干 扰扰素、乙肝疫苗 基因治疗疗腺苷酸脱氨酶基因 功能正常的基因 反义义基因 自杀杀基因 器官移植的供体 动动物 被导导入某种调节调节 因子的 器官供体基因组组 1、4蛋白质工程的崛起 蛋白质工程的概念 是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人 为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去 改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。 或者从蛋白质结构与功能的关系出发，定向地改造天然 蛋白质的结构，特别是对功能基因的修饰，也可以制造 新型的蛋白质。 一、蛋白质的改造 干扰素在体外保存困难 玉米中赖氨酸含量比较低 将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸 第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 解除赖氨酸对酶活性的限制 赖氨酸 天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶 二