中小学课件高中生物总复习专题一基因工程.ppt

专题一基因工程 一 DNA重组技术的基本工具1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 主要来源 原核生物 2 特点 能够识别DNA特定的 切开两个核苷酸之间的 3 DNA末端 限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式 和平末端 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 2 DNA连接酶 分子缝合针 1 作用 将双链 缝合 起来 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 2 种类 E coliDNA连接酶 只能缝合DNA的黏性末端 T4DNA连接酶 既可缝合DNA的黏性末端 又可缝合双链DNA的 DNA片段 磷酸二酯键 平末端 3 基因进入受体细胞的载体 分子运输车 1 载体的种类 质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒 2 质粒载体的特点 能够在细胞内自我复制 具有一个或多个 便于供外源DNA片段插入其中 具有特殊的遗传标记基因 供重组DNA的鉴定和选择 限制酶切割位点 二 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 指编码蛋白质的 2 获取目的基因的方法 从基因文库中获取目的基因a 基因文库的含义 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段 导入的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同基因 称为基因文库 结构基因 受体菌 c 目的基因的获取依据 i 基因的核苷酸序列 ii 基因的功能 iii 基因在染色体上的位置 iv 基因的转录产物mRNA v 基因的翻译产物蛋白质 所有 利用PCR技术扩增目的基因a PCR的含义 是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术 b 条件 已知基因的核苷酸序列 c 过程 目的基因受热形成单链DNA 与引物结合 在的作用下延伸形成DNA d 方式 指数扩增 2n n为扩增循环的次数 人工合成法 a 反转录法b 化学合成法 基因较小 核苷酸序列已知 复制 DNA聚合酶 2 基因表达载体的构建 1 表达载体的组成 目的基因 终止子 标记基因 2 表达载体的功能 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且遗传给下一代 使目的基因和发挥作用 启动子 表达 3 启动子 位于基因的 它是识别和结合的部位 驱动基因转录产生mRNA 4 终止子 位于基因的尾端 终止mRNA的转录 5 标记基因 鉴别受体细胞是否含有目的基因 首端 RNA聚合酶 3 将目的基因导入受体细胞转化的含义 目的基因进入受体细胞内 并在受体细胞内维持的过程 1 将目的基因导入植物细胞方法 农杆菌转化法 枪法 花粉管通道法 2 将目的基因导入动物细胞 方法 注射技术 操作程序 目的基因表达载体 取卵 受精卵 显微注射 移植到雌性动物体内 新性状的动物 稳定和表达 基因 提纯 显微 3 将目的基因导入微生物细胞 原核生物特点 繁殖快 多为 遗传物质少 转化 用Ca2 处理细胞 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 促感受态细胞吸收DNA分子 单细胞 4 目的基因的检测与鉴定 1 检测 方法 采用技术 抗原 抗体杂交技术 内容 a 检测转基因生物的染色体DNA上的目的基因 b 检测目的基因是否转录出了 c 检测目的基因是否翻译成 2 鉴定 抗虫鉴定 抗病鉴定等 DNA分子杂交 mRNA 蛋白质 三 基因工程的应用1 植物基因工程的成果提高农作物的能力 改良农作物的品质 利用植物生产等 1 抗虫转基因植物 2 抗病转基因植物 3 抗逆转基因植物 4 利用改良植物的品质 抗逆 药物 转基因 2 动物基因工程的成果 1 提高动物的速度 2 改善畜产品的品质 3 转基因动物生产 4 转基因动物作的供体 器官供体 抑制或除去 成果 利用培育没有免疫排斥反应的猪器官 生长 药物 器官移植 抗原决定基因 克隆技术 3 基因工程药物 1 来源 转基因 2 成果 抗体 疫苗 激素等 3 作用 预防和治疗人类肿瘤 心血管疾病 遗传病 各种传染病 糖尿病 类风湿等疾病 工程菌 淋巴因子 4 基因治疗 1 特点 把导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 2 成果 将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的 治疗复合型免疫缺陷症 3 方法 分为体外基因治疗法和基因治疗法 正常基因 淋巴细胞 体内 四 蛋白质工程1 蛋白质工程崛起的缘由 1 基因工程的实质 将一种生物的转移到另一种生物体内 后者产生它本不能产生的蛋白质 从而产生新性状 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 2 蛋白质工程的目的 生产符合人们生活需要的 并非自然界已存在的 基因 蛋白质 3 蛋白质工程的实例 天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响 当赖氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性 改变两种酶的特性后 玉米游离赖氨酸含量提高 2 蛋白质工程原理 1 目的 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质结构进行分子设计 2 原理 基因改造 3 过程 预期蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到对应的序列 基因 3 蛋白质工程进展前景广阔 但目前成功的例子不多 脱氧核苷酸 五 DNA的粗提取与鉴定1 实验原理 1 DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同 其中在物质的量浓度为0 14mol L时最低 2 DNA不溶于酒精 但是细胞中的一些有机物如蛋白质则溶于酒精 可以用酒精提纯 3 DNA遇二苯胺 沸水浴 会被染成蓝色 可用来鉴定DNA分子 2 实验流程 3 方法突破 1 做该实验时 不能用猪血代替鸡血 因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核 不能提取DNA 2 制备鸡血细胞液时 要注意向鸡血中加柠檬酸钠 防止血液凝固 3 涨破细胞的方法 向血细胞中加入蒸馏水 使血细胞大量吸水而涨破 不能用生理盐水 因为血细胞溶液的浓度与生理盐水的浓度相当 所以血细胞在生理盐水中不能吸水涨破 4 两次加入蒸馏水 第一次是为了使血细胞吸水涨破 第二次是为了降低氯化钠的浓度 有利于DNA的析出 5 两次析出DNA的方法 第一次是加入蒸馏水 降低氯化钠的浓度至0 14mol L 促使DNA析出 第二次是加入冷却酒精 因为DNA不溶于酒精溶液 6 鉴定DNA时要用两支试管 其中不加DNA的试管起对照作用 该试管溶液不变色 另一支加有DNA的试管溶液变蓝色 特别提醒 选材时注意选用细胞易破碎 DNA含量相对较高的生物组织 鉴定DNA的二苯胺试剂要现配现用 否则会影响鉴定效果 一 基因工程的基本操作工具1 与DNA分子相关的酶 1 几种酶的比较 2 限制酶与DNA连接酶的关系 限制酶不切割自身DNA的原因是 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 DNA连接酶起作用时不需要模板 2 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 3 种类 质粒 一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 能够自我复制的很小的双链环状DNA分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 特别提醒 1 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 2 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 1 下列关于基因工程的叙述 错误的是 A 目的基因和受体细胞均可来自动 植物或微生物B 限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C 人胰岛素基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D 载体上的抗生素抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达 解析 基因工程中目的基因来源于自然界中的含有目的性状的一切生物 可以是动物 植物 也可以是真菌 细菌 还可以是人等 在基因工程中获取目的基因以及将目的基因和载体结合构成基因表达载体必须使用同一种限制酶进行切割 已获得相同的黏性末端 再在DNA连接酶的作用下 将目的基因和载体连接 构成基因表达载体 人的胰岛素基因可以在大肠杆菌体内得以表达 但是由于大肠杆菌是原核生物 没有内质网 高尔基体等细胞器的加工 合成的胰岛素原不具有胰岛素的功能 即没有生物活性 作为标记基因 有利于重组基因在细胞内表达的鉴定筛选 但对于目的基因的表达没有促进等调控作用 答案 D 二 基因工程的基本操作程序1 构建基因表达载体 核心步骤 2 将目的基因导入受体细胞 特别提醒 只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对 其余三个步骤都涉及碱基互补配对 工具酶只有两种 限制酶在操作程序1 2中用到且要求用同一种 目的是产生相同的黏性末端 DNA连接酶只在操作程序2中用到 目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程 称为转化 转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 2 下列关于基因表达载体构建的相关叙述 不正确的是 A 需要限制酶和DNA连接酶B 必须在细胞内进行C 抗生素抗性基因可作为标记基因D 启动子位于目的基因的上游 解析 基因表达载体是目的基因与载体的结合 在此过程中需用同一种限制酶切割目的基因与载体 用DNA连接酶将相同的末端连接起来 基因表达载体的构建是在细胞外进行的 基因表达载体包括启动子 位于基因上游使转录开始 终止子 目的基因和标记基因 答案 B 三 基因工程的应用1 乳腺生物反应器与细菌生产的比较 2 基因治疗 特别提醒 1 乳腺生物反应器受生物性别的限制 若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制 2 基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法 但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理 基因治疗只处于初期的临床试验阶段 3 科学家培养的转基因绵羊乳腺细胞能够合成并分泌抗胰蛋白酶 这是动物乳房作为生物反应器研究的重大进展 下列与合成并分泌抗胰蛋白酶无关的是 A 核糖体上遗传信息的翻译B 分裂间期细胞产生了两组中心粒C 内质网膜与高尔基体膜联系D 绵羊基因与抗胰蛋白酶基因重组 解析 要使绵羊的乳腺细胞分泌抗胰蛋白酶 首先要将抗胰蛋白酶基因导入绵羊细胞中 并与绵羊基因进行重组 然后转录出mRNA 在核糖体上翻译出抗胰蛋白酶 由于此酶是分泌蛋白 所以要经内质网和高尔基体进行加工 再排出细胞外 进行此过程的细胞不发生细胞分裂 故与分裂间期细胞产生了两组中心粒并无关联 答案 B 四 蛋白质工程与基因工程的比较 特别提醒 1 二者都属于分子水平上的操作 2 蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成自然界不存在的蛋白质 所以被形象地称为第二代基因工程 3 对基因进行改造后 编码的蛋白质可以遗传下去 而直接改造蛋白质却不能遗传 4 蛋白质工程与基因工程相比 其突出特点是 A 基因工程原则上能生产任何蛋白质B 蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质C 蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第三代基因工程 解析 蛋白质工程通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类生产和生活的需求 是延伸出来的第二代基因工程 答案 B 5 如图为 DNA的粗提取与鉴定 实验的相关操作 这些操作目的正确的是 A 是洗涤红细胞 去除血细胞表面的杂质B 是溶解DNA