高中生物 1.1、1.2DNA重组技术的基本工具 基因工程的基本操作程序配套课件 新人教版选修3.ppt

1 1 1 2dna重组技术的基本工具 基因工程的基本操作程序 一 基因工程的概念理解 目的基因 体外 分子 基因重组 受体 远缘杂交不亲和 性状 二 dna重组技术的基本工具1 限制性核酸内切酶 简称 限制酶 1 来源 主要从 生物中分离纯化出来 2 作用 识别特定的 并切开相应两个核苷酸之间的 3 结果 产生 或平末端 2 dna连接酶 1 种类 按来源可分为e colidna连接酶和t4dna连接酶 2 作用 在两个核苷酸之间形成 以连接 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 磷酸二酯键 两段dna 片段 3 载体 1 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 2 质粒特点 能 有一个至多个 有特殊的 点拨 提取目的基因和切割载体使用同一种限制酶 目的是能形成相同的黏性末端 形成重组dna分子 质粒 自我复制 限制酶切割位点 标记基因 1 目的基因的获取 1 目的基因 编码蛋白质的 2 获取方法 从 中获取利用 扩增目的基因通过 用 直接人工合成 基因 基因文库 pcr技术 dna合成仪 化学方法 三 基因工程的基本操作顺序 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 由图可知载体的组成 启动子 终止子 2 构建目的 使 在 中稳定存在 并且可以遗传给下一代 使 能够表达和发挥作用 目的基因 标记基 因 目的基因 受体细胞 目的基因 3 将目的基因导入受体细胞 1 转化 目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内维持 的过程 2 常用方法 导入植物细胞 基因枪法 花粉管通道法导入动物细胞 导入微生物细胞 感受态细胞法 或ca2 处理法 稳定 和表达 农杆菌转化法 显微注射技术 4 目的基因的检测与鉴定 1 目的基因的有无 2 分子杂交技术 3 目的基因是否翻译 4 生物性状的表达与否 目的基因是否表达 个体水平 分子水平 dna分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交 点拨 启动子 终止子与起始密码子 终止密码子不同 启动子 终止子在dna上 在遗传信息转录时起调控作用 而起始密码子 终止密码子在mrna上 在翻译时起作用 决定翻译的开始和结束 基因工程的工具1 与dna相关的酶 1 五种dna相关酶的比较 dna分子 磷酸二酯键 黏性末端或平末端 dna片段 磷酸二酯键 重组dna分子 脱氧核苷酸 磷酸二酯键 子代dna dna分子 dna分子 碱基对间的氢键 磷酸二酯键 形成脱氧核苷酸单链 游离的脱氧核苷酸 2 限制酶和dna连接酶之间的关系图示 2 作为载体的条件 高考警示钟 1 切割质粒需使用限制酶1次 切割目的基因则需要使用相同的限制酶2次 因为质粒是环状dna 而目的基因在dna分子链上 2 质粒dna分子上限制酶切割位点的选择必须保证至少有一个标记基因是完整的 如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与选择 3 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 典例训练1 2011 浙江高考 将ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒pet28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 a 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒b 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad 每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 解题指南 1 知识储备 1 重组质粒必须具备的条件 2 目的基因导入成功的标志 2 解题关键 1 明确每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 2 由题干信息 成功表达腺苷酸脱氨酶 推出目的基因导入成功 并能表达腺苷酸脱氨酶分子 解析 选c ada为目的基因 大肠杆菌为受体细胞 将目的基因导入大肠杆菌时如果能成功表达说明每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 要让目的基因与质粒形成重组质粒 两者必须用同种限制性核酸内切酶切割 所以每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 质粒作为载体的条件之一是有多种限制性核酸内切酶的识别位点 但每种限制性核酸内切酶只有一个识别位点 只能插入一个目的基因 ada ada导入大肠杆菌成功的标志是表达腺苷酸脱氨酶 因此每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 变式训练 如图为dna分子在不同酶的作用下所发生的变化 图中依次表示限制性核酸内切酶 dna聚合酶 dna连接酶 解旋酶作用的正确顺序是 a b c d 解析 选c 限制性核酸内切酶是把dna链切开 可用 表示 dna聚合酶用于dna分子的复制 用 表示 dna连接酶把限制性核酸内切酶切开的切口连接起来 用 表示 解旋酶是把dna双链解开 用 表示 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 从基因文库中获取目的基因 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 利用pcr技术扩增目的基因 利用dna复制的原理在体外特异性的复制某dna片段以获得呈指数方式增加的目的基因 3 人工合成法 通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体组成 启动子 终止子 是基因转录的起点和终点 在转录过程中起调控作用 标记基因 作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 如抗生素抗性基因 目的基因 能控制特定性状的外源基因 2 基因表达载体的构建步骤 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 高考警示钟 1 目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 2 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象第一步存在逆转录法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子水平杂交方法 典例训练2 2011 山东高考改编 人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示 1 图中的高血压相关基因作为 质粒作为 二者需用 切割后连接成重组载体 该过程与质粒上含有 有关 2 重组dna导入的受体细胞是大鼠的 细胞 常用的方法是 在dna重组过程中核心的操作是 3 子代大鼠如果 和 即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达 然后可用其建立高血压转基因动物模型 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和 解题指南 1 考查实质 本题主要考查基因工程的操作程序 涉及到胚胎工程技术 2 解题关键 高血压相关基因与质粒形成重组dna后导入到受精卵细胞中 是dna重组技术 解析 1 根据题干中 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠 推出 目的基因为与高血压相关的基因 为使目的基因与载体结合需用同一种限制性核酸内切酶切割 2 重组dna分子导入受体细胞中 植物细胞 动物细胞和微生物细胞导入目的基因的方式不同 动物细胞主要用显微注射技术将重组dna分子导入细胞中 基因工程操作的第二步 即基因表达载体的构建是整个过程中的关键 3 如果检测到相应蛋白质 即可在分子水平说明目的基因已经表达 如果检测子代大鼠已患高血压 即可在个体水平说明目的基因已经表达 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和胚胎移植 早期胚胎需要移植入体内 以提供一个稳定的环境和充足的营养供应 答案 1 目的基因载体同一种限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶的切割位点 2 受精卵显微注射技术基因表达载体的构建 3 检测到相应蛋白质已患高血压 4 胚胎移植 互动探究 1 如果把鼠换成植物 则导入受体细胞的常用方法改变吗 提示 变成农杆菌转化法 分析 植物细胞与动物细胞具有不同的特点 导入的方法是根据操作的需要进行的 如利用农杆菌易感染植物的特性 2 分子水平检测除蛋白质检测外还有什么检测方法 提示 dna分子杂交 核酸分子杂交 分析 利用dna探针检测目的基因或相应的mrna存在与否 说明目的基因是否存在或是否转录 1 在基因工程中用来修饰 改造基因的工具是 a 限制性核酸内切酶和dna连接酶b 限制性核酸内切酶和dna酶c 限制性核酸内切酶和载体d dna连接酶和载体 解析 选a dna酶的作用是使dna水解为基本单位 基因工程中不用dna酶 修饰 改造基因与载体无关 2 2012 南京模拟 利用外源基因在受体细胞中表达 可生产人类所需的产品 下列选项中能说明目的基因完成表达的是 a 棉花细胞中检测到载体上的标记基因b 山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的基因c 大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的mrnad 酵母菌细胞内提取到人的干扰素 解析 选d 基因完成表达是合成相应的蛋白质 酵母菌细胞内提取到人的干扰素说明人的干扰素基因在酵母菌细胞内完成了表达 3 2012 萧山模拟 下列有关基因工程的叙述 正确的是 a 载体上的标记基因有利于促进目的基因在受体细胞中表达b 用逆转录法合成胰岛素基因时可以从胰岛b细胞中提取相关的模板c 目的基因导入受体细胞后 引起受体细胞的变异属于基因突变d 限制性核酸内切酶和dna聚合酶是基因工程中两类常用的工具酶 解析 选b 载体上的标记基因是为了便于检测目的基因是否导入受体细胞 目的基因导入受体细胞后 引起受体细胞的变异属于基因重组 基因工程中两类常用的工具酶是限制性核酸内切酶和dna连接酶 4 如图为dna分子的某一片段 其中 分别表示某种酶的作用部位 则相应的酶依次是 a dna连接酶 限制性核酸内切酶 解旋酶b 限制性核酸内切酶 解旋酶 dna连接酶c 解旋酶 限制性核酸内切酶 dna连接酶d 限制性核酸内切酶 dna连接酶 解旋酶 解析 选c 使碱基对内氢键断裂的是解旋酶 限制性核酸内切酶将特定部位的相邻两脱氧核苷酸之间的化学键断开 连接dna片段相邻两脱氧核苷酸之间化学键的是dna连接酶 5 多选 2012 徐州模拟 利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素 下列相关叙述 不正确的是 a 人和大肠杆菌在合成胰岛素时 转录和翻译的场所是相同的b dna连接酶能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙 缝合 c 通过检测 大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌d 在培养大肠杆菌的工程菌过程中 获得目的基因的工具酶有限制性核酸内切酶和dna聚合酶 解析 选a c d 本题主要考查基因工程的基本工具以及基本操作步骤 人是真核生物 转录的场所主要在细胞核 大肠杆菌是原核生物 转录的场所在细胞质 所以a错误 dna连接酶的作用是在基因工程第二步将目的基因与载体连接成重组dna分子或形成基因表达载体 它能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙 缝合 所以b正确 大肠杆菌中没有胰岛素产生 可能是重组质粒已导入受体菌 但目的基因未表达 所以c错误 获得目的基因的工具酶只有限制性核酸内切酶 所以d也错误 6 2011 海南高考 回答有关基因工程的问题 1 构建基因工程表达载体时 用不同类型的限制酶切割dna后 可能产生黏性末端 也可能产生 末端 若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接 则应选择能使二者产生 相同 不同 黏性末端的限制酶 2 利用大肠杆菌生产人胰岛素时 构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等 其中启动子的作用是 在用表达载体转化大肠杆菌时 常用 处理大肠杆菌 以利于表达载体进入 为了检测胰岛素基因是否转录出了mrna 可用标记的胰岛素基因片段作探针与mrna杂交 该杂交技术称为 为了检测胰岛素基因转录的mrna是否翻译成 常用抗原 抗体杂交技术 3 如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞 先要将目的基因插入农杆菌ti质粒的 中 然后用该农