高中生物 1.1.1、1.2DNA重组技术的基本工具 基因工程的基本操作程序复习方略配套课件 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 性状在 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 dna片段 两段 3 载体 1 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 2 质粒特点 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 能 有一个至多个 有特殊的 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 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 目的基因 标记基因 目的基因 受体细胞 目的基因 稳定和表达 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 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 农杆菌转化法 显微注射技术 dna分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交 分子水平 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 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 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 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 安徽省示范高中模拟 下列关于基因工程常用的工具酶的说法正确的是 a 限制酶对双链dna分子有特定的识别序列和切割位点b dna连接酶对单 双链dna分子都能起作用c 逆转录酶不是dna聚合酶d pcr技术需要用到解旋酶和耐高温的dna聚合酶 解析 选a 本题主要考查基因工程的原理 限制酶具有特异性 对双链dna分子有特定的识别序列和切割位点 故a正确 dna连接酶是对双链dna分子都能起作用 故b错 逆转录酶催化dna合成 应是dna聚合酶 故c错 pcr技术不需用解旋酶 故d错 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 用反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 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 反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 限制酶 解旋酶b 限制酶 解旋酶 dna连接酶c 解旋酶 限制酶 dna连接酶d 限制酶 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 限制酶将特定部位的相邻两脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开 连接dna片段间磷酸二酯键的是dna连接酶 5 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胞 通过dna重组将目的基因插入植物细胞的 上 解析 1 限制酶切割产生两种末端 黏性末端和平末端 若用dna连接酶连接两个末端 两个末端必须是相同的 2 基因工程检测的方法 检测目的基因是否导入 使用dna分子杂交技术 检测目的基因是否转录 使用分子杂交技术 检测是否形成蛋白质 使用抗原 抗体杂交技术 3 基因工程的目的是获得稳定遗传的新品种 因此要把目的基因插入到染色体的dna分子中 答案 1 平相同 2 rna聚合酶识别和结合的部位ca2 分子杂交技术蛋白质 3 t dna染色体dna 6 德国科学家最近培育出一种可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜 通过生吃或者榨汁食用 就可以达到接种疫苗的效果 如图为乙肝疫苗的转基因胡萝卜生产部分过程示意图 1 获得含目的基因d a的方法一般有两种 图中乙肝疫苗基因的获得方法是 2 图中过程c的产物是 此过程需要 酶的作用 3 将重组的dna分子导入胡萝卜受体细胞的方法有 和 4 由导