基因工程及其应用

基因工程及其应用 第2节 基因工程 即 通俗的说 就是按照人们的意愿 把一种生物的某种基因提取出来 加以修饰改造 然后放到另一种生物的细胞里 地改造生物的 原理 操作水平 结果 一 基因工程 基因重组 DNA分子水平 定向地改造生物的遗传性状 获得人类所需要的品种 基因拼接技术或DNA重组技术 定向 遗传性状 培育转基因大肠杆菌的简要过程 你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些 普通大肠杆菌 不能分泌胰岛素 实例展示 培育转基因大肠杆菌的关键步骤 1 基因的 剪刀 限制性核酸内切酶专一性 识别特定核苷酸序列 在特定的切点切DNA 具特异性 作用于 磷酸二酯键 结果 产生两个黏性末端 二 基因操作的工具 练习使用EcoRI剪切目的基因 黏性末端 2 分子针线 DNA连接酶 DNAlinking enzyme 积极思考 DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸 deoxyribonucleotide 分子的什么部位 基因操作 geneengineering 的工具 2006 台州质检 下列是由限制酶切割形成的DNA片段 能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是 CTGCA G G CTTAA G ACGTC AATTC G A B C D 以上都不对 A 使用DNA连接酶制作重组DNA分子 甲片段 重组DNA分子RecombinantDNA DNA连接酶的作用是 A 子链和母链之间形成氢键B 黏性末端之间形成氢键C 两个DNA末端间的缝隙连接D A B C都对 C 3 基因的运载体 2 条件 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 具有多个限制酶切点 以便与外源基因连接 具有标记基因 便于进行筛选如抗菌素的抗性基因 产物具有颜色反应的基因等 3 常用的运载体 质粒 噬菌体和动 植物病毒等 1 运载体的概念 标记基因 便于进行检测 其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中 是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子 4 它们的共同特点是 都有侵染或进入宿主细胞的能力 从细胞中分离出DNA 从大肠杆菌中提取质粒 提取目的基因 目的基因与运载体结合 DNA连接酶 目的基因导入受体细胞 目的基因的表达与检测 三 基因工程操作的基本步骤 第一步 获取目的基因 三 基因工程基本步骤 1 直接分离基因 鸟枪法 该法最大的缺点是带有很大的盲目性 工作量大 成功率低 且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去 有两种方法 逆转录法 以信使RNA为模板 在逆转录酶的作用下利用脱氧核苷酸合成DNA 基因 化学合成法 根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核糖核苷酸顺序 再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序 用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因 人工合成基因法 第二步 目的基因与运载体结合 注意 要用同一种限制酶切取目的基因和运载体 并用DNA连接酶连接 基因的针线 DNA连接酶 第三步 将目的基因导入受体细胞 1 常用的受体细胞 大肠杆菌 枯草杆菌 酵母菌 动植物细胞等 2 常用微生物作受体细胞的原因 微生物增殖快 代谢快 目的产物多 1 检测的意义 鉴别目的基因是否真正导入受体细胞 2 检测方法 大肠杆菌质粒具有抗青霉素基因 标记基因 只要检测受体细胞具有抗青霉素的能力 就说明导入了目的基因 3 目的基因的表达 受体细胞表现出特定性状 说明目的基因导入和完成表达过程 目的基因的检测和表达 第四步 要使目的基因与对应的运载体重组 所需的两种酶是 限制酶 连接酶 解旋酶 还原酶 2 基因工程的正确操作步骤是 使目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因 积极思维 四 基因工程的应用 1 基因工程与作物育种 苏云金杆菌 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转基因耐贮藏番茄 左 和普通番茄 右 不会引起过敏的转基因大豆 生长快 肉质好的转基因鱼 中国 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 中国农业大学获得的转基因克隆奶牛 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 2 基因工程与药物研制 我国生产的部分基因工程疫苗和药物 许多药品的生产是从生物组织中提取的 受材料来源限制产量有限 其价格往往十分昂贵 微生物生长迅速 容易控制 适于大规模工业化生产 若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内 让它们产生相应的药物 不但能解决产量问题 还能大大降低生产成本 胰岛素从猪 牛等动物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰岛素 其产量之低和价格之高可想而知 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌 每2000L培养液就能产生100g胰岛素 使其价格降低了30 50 干扰素治疗病毒感染简直是 万能灵药 过去从人血中提取 300L血才提取1mg 其 珍贵 程度自不用多说 乙肝疫苗 我国生产的部分基因工程药物和疫苗 我国生产的部分胰岛素产品 拓展题 1 人与细菌是差异非常大的两种生物 为什么通过基因重组后 细菌能够合成人体的某些蛋白质呢 这是因为基因水平上 人和细菌的遗传机制一致 1 遗传物质都是DNA2 共同使用一套密码子3 都遵循中心法则 四 基因工程的应用 1 基因工程与作物育种2 基因工程与药物研制3 环境保护 实例 抗虫植物 耐盐碱棉花 转基因奶牛 超级绵羊等 培养抗虫植物的意义 成本低 污染少 胰岛素 干扰素 白细胞介素等 净化石油的超级细菌 从细胞中分离出DNA 从大肠杆菌中提取质粒 提取目的基因 目的基因与运载体结合 DNA连接酶 目的基因导入受体细胞 目的基因的表达与检测 三 基因工程操作的基本步骤 3 质粒是基因工程中最常用的载体 它存在于许多细菌体内 某细菌质粒上的标记基因如右图所示 通过标记基因可以推知外源基因 目的基因 是否转移成功 外源基因插入的位置不同 细菌在培养基上生长情况也不同 右图示外源基因在质粒中可插入的位置有a b c点 某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析 其中分析正确的是 B 2 2010 江苏生物 27 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点 图1 图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点 请回答下列问题 1 一个图1所示的质粒分子经Sma 切割前后 分别含有 个游离的磷酸基团 3 用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒 不能使用Sma 切割 原因是 4 与只使用EcoR 相比较 使用BmaH 和Hind 两种限制酶同时处理质粒 外源DNA的优点在于可以防止 0 2 Sma 会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因 质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 5 为了获取重组质粒 将切割后的质粒与目的基因片段混合 并加入 酶 6 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 7 为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 然后在 的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 DNA连接 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 蔗糖为唯一含碳营养物质 解析 本题综合考查基因工程的过程及应用 1 质粒是双链环状DNA分子 在Sma 切割前没有游离的磷酸基团 Sma 作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 切割产生的DNA片段末端是平末端 因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团 3 据图1可知 Sma 切割的位点在抗生素抗性基因之中 抗生素抗性基因是标记基因 应尽量避免破坏 据图2可知Sma 切割的位点在目的基因之中 破坏了目的基因 所以不能使用Sma 切割 4 用同种限制酶切割后的质粒和目的基因 在基因表达载体构建时 常形成三种连接方式 其中目的基因与目的基因的连接 质粒与质粒的连接是无效的连接 用两种限制酶可避免此类现象 5 基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶 连接脱氧核糖和磷酸 6 抗生素抗性基因属于标记基因 供