选修3基因工程

专题一基因工程 基因工程又叫转基因技术或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 使重组基因在受体细胞内表达 产生出人类所需要的基因产物 基因工程的概念 1 1 DNA重组技术的基本工具 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 2 DNA连接酶 分子缝合针 3 基因进入受体细胞的载体 分子运输车 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 性质一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 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 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 2 分布主要存在于原核生物中 3 限制性内切酶在原核生物中的作用当外源DNA侵入时 限制性内切酶将外源DNA切割掉 使之失效 以达到保证自身安全的目的 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 4 为什么细菌中的限制酶不剪切细菌本身的DNA因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制 可将入侵的外源DNA切割掉 5 限制性内切酶所识别的序列具有什么特点 所识别序列中轴线两侧的双链DNA分子上的碱基是反向对称重复排列的 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 6 作用结果 产生的DNA片段末端通常有两种形式 黏性末端和平末端 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 7 用同一种限制性内切酶处理不同的DNA片段 会形成相同的黏性末端 可以进行重组 2 DNA连接酶 分子缝合针 1 作用 将双链DNA片段连接起来 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 2 种类E coliDNA连接酶T4DNA连接酶 2 DNA连接酶 分子缝合针 3 基因进入受体细胞的载体 常用的运载体 质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒 质粒存在 存在于细菌遗传物质之外及酵母菌染色体之外 特性 是一种小型环状DNA分子 能够自我复制 大肠杆菌 E coli 质粒的分子结构示意图 3 基因进入受体细胞的载体 作为载体所要具备的条件 1 必需要有一个或多个限制酶的切割位点 2 必需具备自我复制能力 3 必须带有标记基因 4 必须是安全的 5 分子大小应合适 1 2 基因工程的基本操作程序 1 目的基因的获取2 基因表达载体的构建3 将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测与鉴定 1 目的基因的获取 目的基因 是人们所需要转移或改造的基因 获取目的基因是实施基因工程的第一步 1 目的基因的获取 获取方法可以从自然界中已有的物种中分离出来 也可以用人工的方法化学合成 目前常用的方法 1 从基因文库中获取目的基因 2 利用PCR技术扩增目的基因 1 目的基因的获取 从基因文库中获取目的基因 基因组文库基因文库中包含了一种生物的全部基因 这种基因文库叫做基因组文库 部分基因文库基因文库中包含了一种生物的部分基因 这种基因文库叫做部分基因文库 利用PCR技术扩增目的基因 PCR技术 变性 2基因表达载体的构建 核心 2 基因表达载体的构建 单独的目的基因是不能稳定遗传的 构建基因表达载体的目的是为了使目的基因能够在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时使目的基因能够正常表达和发挥作用 构建基因表达载体的目的 2 基因表达载体的构建 作为基因表达载体 是不是只需含有目的基因就可以完成任务 为什么 不可以 因为目的基因要在表达载体中得到表达并发挥作用 还需要有启动子 终止子和标记基因等 2 基因表达载体的构建 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 启动子 一段有特殊结构的DNA片段 位于基因的首端 它是RNA聚合酶识别和结合的部位 有了它才能驱动基因转录出mRNA 终止子 一段有特殊结构的DNA片段 位于基因的尾端 使转录停止下来 2 基因表达载体的构建 用限制性内切酶切割质粒 使其出现一个切口 暴露出黏性末端 用同一种限制性内切酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处 再加入DNA连接酶 这样就形成了一个重组DNA分子 也称为重组质粒 3将目的基因导入受体细胞 3 将目的基因导入受体细胞 转化 目的基因进入受体细胞内并且在受体细胞内维持稳定和正常表达的过程 常用的受体细胞有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 3 将目的基因导入受体细胞 导入方法1 将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法 适用于双子叶植物和祼子植物 基因枪法 适用于单子叶植物 花粉管通道法 2 将目的基因导入动物细胞显微注射法3 将目的基因导入微生物细胞感受态细胞 4目的基因的检测与鉴定 4 目的基因的检测与鉴定 1 分子水平的检测 检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因检测方法 DNA分子杂交技术 检测目的基因是否转录出了mRNA检测方法 DNA分子杂交技术 检测目的基因是否翻译成蛋白质检测方法 抗原 抗体杂交技术 4 目的基因的检测与鉴定 2 个体水平的鉴定抗虫鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等 四 基因工程的应用 一 植物基因工程硕果累累 二 动物基因工程前景广阔 三 基因治疗曙光初照 四 基因工程与环境保护 转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力 以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面