高中生物 1.1.1、1.2DNA重组技术的基本工配套课件 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1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 水平4 原理 5 受体 表达目的基因6 本质 目的基因在 体内表达7 优点 克服 障碍 定向改造生物 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 三 基因工程的基本操作程序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 用化学方法直接人工合成 基因 基因文库 pcr技术 dna合成仪 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 4 生物性状的表达与否 目的基因是否表达 个体水平 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 dna分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交 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 限制酶是一种核酸切割酶 可识别并切割dna分子上特定的核苷酸序列 如图为四种限制酶bamh ecor hind 以及bgl 识别序列 箭头表示每一种限制酶的特定切割部位 其中哪两种限制酶所切割出来的dna片段末端可以互补黏合 其正确的末端互补序列是什么 a bamh 和ecor 末端互补序列aatt b bamh 和hind 末端互补序列gatc c ecor 和hind 末端互补序列aatt d bamh 和bgl 末端互补序列gatc 解题指南 1 考查实质 限制酶的作用特点 2 解题关键 准确写出四种限制酶切割后形成的黏性末端 只有两种序列的碱基能够互补配对才能使两个dna片段互补黏合 解析 选d 各种限制酶切割形成的黏性末端如下表 由上表可知 bamh 和bgl 切出的黏性末端碱基互补配对 末端互补序列为gatc 互动探究 1 上述不同限制酶具有不同的识别序列 说明限制酶具有什么特点 提示 酶具有专一性 2 dna连接酶连接的是互补碱基之间的氢键吗 提示 不是 分析 dna连接酶连接的是两个核苷酸之间的脱氧核糖和磷酸 形成磷酸二酯键 而不是连接互补碱基之间的氢键 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 载体 质粒 dna分子 含目的基因 同一种限制酶切割 带有黏性末端切口 带有相同黏性末端的目的基因片段 重组dna 环状重组质粒 dna连接酶 3 将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 体细胞 受精卵 原核细胞 将目的基因插入到ti质粒的t dna上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的dna上 表达 将含有目的基因的表达载体提纯 取卵 受精卵 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动物 ca2 处理细胞 感受态细胞 重组表达载体dna分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收dna分子 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 2012 中山模拟 在基因工程操作中限制性核酸内切酶是不可缺少的工具酶 下列有关限制性核酸内切酶的叙述错误的是 a 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列b 限制性核酸内切酶的活性受温度和ph等因素的影响c 限制性核酸内切酶可以从某些原核生物中提取d 限制性核酸内切酶也可以识别和切割rna 解析 选d 限制性核酸内切酶只能识别并且切割特定的dna序列 酶容易受到温度和ph等环境因素的影响 限制性核酸内切酶可以在原核生物中提取 2 据图所示 有关工具酶功能的叙述不正确的是 a 限制性内切酶可以切断a处 dna连接酶可以连接a处b dna聚合酶可以连接a处c 解旋酶可以使b处解开d 连接c处的酶可以为dna连接酶 解析 选d 限制性内切酶能够识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 dna连接酶能够将双链dna片段缝合起来 恢复被限制性内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 因此 限制性内切酶可以切断a处 dna连接酶可以连接a处 c处是同一个核苷酸内部脱氧核糖和磷酸之间形成的键 不能用dna连接酶连接 dna聚合酶在dna复制时将单个的核苷酸连接到dna子链上 连接的部位也是a处 解旋酶可以破坏碱基对之间的氢键 即使b处解开 3 双选 上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛 他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法 使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍 标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步 以下与此有关的叙述中 正确的是 a 所谓 提高基因表达水平 是指设法使牛的乳腺细胞中合成人白蛋白b 可将白蛋白基因导入牛的卵细胞中 通过组织培养形成转基因牛c 人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白 是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有人白蛋白基因d 运用基因工程技术让牛合成人白蛋白 该技术将导致定向变异 解析 选a d 提高基因表达水平 是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的蛋白质 动物细胞的全能性较难实现 用牛的卵细胞不能培养形成转基因牛 转基因牛的细胞中都含有人白蛋白基因 人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白 是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达 4 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 然后用该农杆菌感染植物细