高中生物 1.1、2工具酶的发现和基因工程的诞生 基因工程的原理和技术配套课件 浙科版选修3.ppt

第一 二节工具酶的发现和基因工程的诞生 基因工程的原理和技术 一 基因工程的工具1 限制性核酸内切酶 1 来源 主要从 中分离纯化出来 2 作用 特异性识别双链dna分子的某种 切割两个核苷酸之间的化学键 3 结果 产生 原核生物 特定核苷酸序列 粘性末端 2 dna连接酶作用 将具有相同 的两个dna片段连接在一起 3 质粒 1 从存在位置看 独立于 之外 2 从化学成分上看 为 3 从功能上看 能 4 从结构上看 常含有 粘性末端 染色体 双链环状dna分子 自主复制 抗生素抗性基因 点拨 不同dna分子用同一种限制性核酸内切酶切割产生的粘性末端都相同 同一个dna分子用不同的限制性核酸内切酶切割 产生的粘性末端一般不相同 二 基因工程的基本操作步骤1 获得目的基因已知序列 合成或者用 扩增未知序列 从 中获取 获取方法 化学方法 pcr 基因文库 2 形成重组dna分子 1 用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体dna 以产生相同的 2 用 连接两个切口 即相同的粘性末端 形成 分子 3 将重组dna分子导入受体细胞 1 常用的受体细胞 枯草杆菌 和动植物细胞等 2 导入方法 用 处理大肠杆菌 可以增加大肠杆菌 的通透性 使重组质粒容易进入 粘性末端 dna连接酶 重组dna 大肠杆菌 酵母菌 氯化钙 细胞壁 4 筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达 1 筛选 用含 的培养基培养受体细胞 选择含 的受体细胞 2 表达 目的基因在 内产生人们需要的功能物质 抗生素 重组质粒 宿主细胞 点拨 在基因工程的操作中 只有目的基因导入受体细胞和筛选步骤不出现碱基互补配对现象 其余都涉及碱基互补配对 基因工程的工具1 与dna有关的几种酶的比较 dna分子 形成粘性末端 两个相邻脱氧核苷酸之间 dna分子片段 形成重组dna分子 两个相邻脱氧核苷酸之间 脱氧核苷酸 形成新的dna分子 两个相邻脱氧核苷酸之间 两个相邻脱氧核苷酸之间 dna分子 dna分子 形成脱氧核苷酸 形成单链dna分子 碱基对间的氢键 2 作为载体的条件 1 能在宿主细胞中稳定保存并大量复制 2 有一个至多个限制性核酸内切酶切割点 以便与外源基因连接 3 具有特殊的标记基因 便于筛选 高考警示钟 1 限制性核酸内切酶切割的化学键为两个相邻脱氧核苷酸之间的化学键而不是氢键 2 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制性核酸内切酶 目的是产生相同的粘性末端 3 限制性核酸内切酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便进行检测 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 基因工程的基本操作步骤1 获得目的基因方法一 从基因文库中获取 方法二 化学合成 人工合成 目的基因 有两条合成途径 1 利用目的基因转录的rna 在逆转录酶的作用下 逆转录成单链dna 然后合成双链dna 2 根据氨基酸序列 推测出相应的mrna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测出结构基因的核苷酸序列 再通过化学方法 以单核苷酸为原料合成dna分子 2 形成重组dna分子 载体 质粒 dna分子 含目的基因 获得粘性末端 获得目的基因 重组dna分子 环状重组质粒 dna连接酶 同一种限制性核酸内切酶切割 3 将重组dna分子导入受体细胞微生物常被选作受体细胞的原因 个体微小 代谢旺盛 繁殖速度快 获得的基因产物多 4 筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达 目的基因是否插入 mrna 蛋白质 个体 dna分子杂交 核酸分子杂交 抗原 抗体杂交 抗虫 抗病接种实验 是否出现杂交带 是否出现杂交带 是否出现特异性结合 是否抗虫 是否抗病 高考警示钟 1 由于已分化的动物体细胞全能性难以表达 所以培育转基因动物以受精卵或胚胎干细胞为受体细胞 2 用于dna分子杂交的基因探针是放射性同位素或荧光标记的目的基因单链 而不是双链dna分子 典例训练2 目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒 pbr322质粒是较早构建的质粒载体 其主要结构如图一所示 1 构建人工质粒时要有抗性基因 以便于 2 pbr322分子中有单个ecor 限制性核酸内切酶作用位点 ecor 只能识别序列 gaattc 并只能在g与a之间切割 若在某目的基因的两侧各有1个ecor 的切点 请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶ecor 切割后所形成的粘性末端 3 pbr322分子中另有单个的bamh 限制性核酸内切酶作用位点 现将经bamh 处理后的质粒与用另一种限制性核酸内切酶bgl 处理得到的目的基因 通过dna连接酶作用恢复两个相邻脱氧核苷酸之间的化学键 成功的获得了重组质粒 说明 4 为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampr和tetr的大肠杆菌 将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养 得到如图二的菌落 再将灭菌绒布按到培养基上 使绒布面沾上菌落 然后将绒布按到含四环素的培养基上培养 得到如图三的结果 空圈表示与图二对照无菌落的位置 与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是 图三结果显示 多数大肠杆菌导入的是 解题指南 1 知识储备 抗性基因的作用 2 解题关键 1 图中bamh 的识别切割位点在四环素抗性基因中 2 推断出导入目的基因的重组pbr322质粒的四环素抗性基因被破坏 解析 本题主要考查基因工程的原理及应用 1 构建人工质粒时要有抗性基因作为标记基因 以便于筛选 鉴别目的基因是否导入受体细胞 2 含有目的基因的dna片段被ecor 切割后 应形成三个小的dna片段 3 经bamh 处理后的pbr322质粒与用另一种限制性核酸内切酶bgl 处理得到的目的基因 在dna连接酶的作用下能恢复两个相邻脱氧核苷酸之间的化学键 获得了重组质粒 说明两种限制性核酸内切酶 bamh 和bgl 切割得到的粘性末端相同 4 在含氨苄青霉素的培养基中 能够生长的大肠杆菌具有氨苄青霉素抗性基因 这些大肠杆菌中导入了pbr322质粒或重组pbr322质粒 在含四环素的培养基中 能够生长的大肠杆菌具有四环素抗性基因 这些大肠杆菌中导入了pbr322质粒而没有导入重组pbr322质粒 能在含氨苄青霉素的培养基上生长而不能在含四环素的培养基上生长的是导入了重组pbr322质粒的大肠杆菌 而既能在含氨苄青霉素的培养基上生长又能在含四环素的培养基上生长的只能是导入了pbr322质粒的大肠杆菌 综 上分析可知 与图三空圈相对应的图二中的菌落是只能在含氨苄青霉素的培养基上生长而不能在含四环素的培养基上生长的大肠杆菌 表现型是能抗氨苄青霉素 但不能抗四环素 图三结果显示 多数大肠杆菌既能在含氨苄青霉素的培养基上生长 又能在含四环素的培养基上生长 导入的是pbr322质粒 答案 1 筛选 鉴别目的基因是否导入受体细胞 2 图示如下 3 两种限制性核酸内切酶 bamh 和bgl 切割得到的粘性末端碱基互补配对 4 能抗氨苄青霉素 但不能抗四环素pbr322质粒 1 2012 丽水模拟 基因工程技术也称为dna重组技术 其实施必须具备的四个必要条件是 a 目的基因限制性核酸内切酶载体受体细胞b 重组dnarna聚合酶限制性核酸内切酶dna连接酶c 工具酶目的基因载体受体细胞d 模板dnamrna质粒受体细胞 解析 选c 基因工程需用限制性核酸内切酶 将目的基因从供体dna中剪切下来 然后在dna连接酶的作用下与载体结合 转运至受体细胞 2 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 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 3 下列关于基因工程的叙述中 正确的是 a 目的基因的核苷酸序列都是已知的b 接受外源基因的转基因植物成为一个新物种c 可从人肝脏细胞中提取胰岛素原的mrna 逆转录获得人胰岛素原基因d 培育转基因动物时常选择受精卵作为受体细胞 解析 选d 目的基因即我们所需要的基因 有的目的基因的核苷酸序列是已知的 但许多目的基因的核苷酸序列是未知的 接受外源基因的生物只是发生了基因重组 并未与原物种产生生殖隔离 故并没有成为一个新物种 肝脏细胞是高度分化的细胞 其核基因中的人胰岛素原基因不表达 故不可能从人肝脏细胞中提取胰岛素原的mrna 由于动物体细胞的全能性不易表达 所以培育转基因动物时常选择受精卵作为受体细胞 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片段间两个相邻脱氧核苷酸之间化学键的是dna连接酶 5 通过dna重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物 运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质 如图表示这一技术的基本过程 在该工程中所用的基因 剪刀 能识别的序列和切点是 g gatcc 请回答 1 从羊染色体中 剪下 羊蛋白质基因的酶是 人体蛋白质基因 插入 后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是 2 请画出质粒被切割形成粘性末端的过程图 3 人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体dna中 原因是 人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是 4 此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指 解析 1 剪下目的基因需要限制性核酸内切酶 与受体dna连接需用dna连接酶 2 首先要按照碱基互补配对原则 由已知的一条链完成质粒双链上的碱基序列 再根据切点写出切割形成的粘性末端 3 要求回答基因能够拼接的原因