基因工程的基本内容huang(11)

基因工程的基本内容 全日制普通高中 生物 选修 教材 为什么各种生物间的性状是千差万别 例1 青霉菌能产生对人类有用的抗生素 青霉素 例2 豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮 例3 家蚕能够吐出蚕丝为人类利用 生物体不同的性状是通过基因的特异性表达而形成的 定向改造生物的设想 设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮 能否让细菌 吐出 蚕丝 设想二 能否让微生物产生出人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 设想三 定向改造生物的新技术 基因工程 基因工程概念 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 然后导入受体细胞进行无性繁殖 使重组基因在受体细胞内表达 产生出所需要的基因产物 关于基因工程 生物体外 基因 DNA分子水平 剪切 拼接 导入 表达 人类需要的基因产物 定向改造生物的遗传性状 基因拼接技术或DNA重组技术 培育抗虫棉的简要过程 苏云金芽孢杆菌 有抗虫特性 普通棉花 无抗虫特性 提取 抗虫基因 棉花细胞 含抗虫基因 与运载体DNA拼接 导入 棉花植株 有抗虫特性 以上的基因工程培育抗虫棉过程中 关键步骤或难点是什么 一 基因工程操作的工具 基因的剪刀 DNA限制性内切酶 基因的针线 DNA连接酶 基因的运输工具 运载体 1 DNA限制性内切酶 基因的剪刀 问题 1 限制酶主要从哪里获得 目前发现的限制酶的种类 2 限制酶的作用对象是 3 限制酶的作用特点 识别特定的核苷酸序列 切割特定的切点 举例 大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列 并将G和A之间的磷酸二脂键切开 1 DNA限制性内切酶 基因的剪刀 限制性内切酶作用过程 几种限制性内切酶 下列关于限制性内切酶的说法正确的是 A 限制性内切酶广泛存在于各种生物中 但微生物中少B 一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列C 不同的限制性内切酶切割DNA后都会形成黏性末端D 限制性内切酶作用的那个部位是特定的核苷酸形成的氢键 B 课堂练习1 G G A T C C C C T A G G G G A T C C C C T A G G 问题1 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制性内切酶切几个切口 可产生几个黏性末端 限制性内切酶的作用 要切两个切口 产生4个黏性末端 问题2 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割 会怎样 限制性内切酶的作用 会产生相同的黏性末端 然后让两者的黏性末端黏合起来 就似乎可以形成重组的DNA分子了 连接的部位 磷酸二酯键 不是氢键 连接酶的作用 将互补配对的两个黏性末端连接起来 使之成为一个完整的DNA分子 2 DNA连接酶 基因的针线 DNA连接酶的作用过程 DNA连接酶的作用过程 问题 用DNA连接酶连接2个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键 用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键 DNA连接酶的作用过程 2 4 与DNA聚合酶比较 蛋白质 蛋白质 磷酸二酯键 磷酸二酯键 单个脱氧甘酸 片段 DNA双链片段 DNA双链片段 需要 DNA的一条链 不需要 课堂练习2 DNA连接酶的作用是 将黏性末端的互补碱基形成碱基对B 使黏性末端相邻的脱氧核糖相互连接C 使黏性末端相邻的脱氧核苷酸相互连接D A B C均正确 问题 如何将目的基因导入受体细胞 运载体 运载体 1 运载体的作用 3 基因的运输工具 运载体 作用一 作为运载工具 将目的基因或外源基因 抗虫基因 转移到受体细胞 棉花细胞 中去 作用二 利用运载体在受体细胞 棉花细胞 内 对目的基因或外源基因 抗虫基因 进行大量复制 运载体 基因的运输工具 2 条件 能在宿主细胞内复制并稳定地保存具有多个限制酶切点具有某些标记基因 3 种类 质粒 噬菌体和动植物病毒 细菌拟核DNA与质粒 拟核DNA 质粒DNA 例 大肠杆菌质粒 质粒的特点 质粒是细胞染色体外能自我复制的小型环状DNA分子 存在于许多细菌及酵母菌等生物中的质粒 其存在对宿主细胞无影响 质粒的复制只能在宿主细胞内完成 质粒是基因工程中最常用的运载体 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒 课堂练习3 下列哪项不是基因工程中经常用的用来运载基因的载体细菌质粒B 噬菌体C 动植物病毒D 细菌核区的DNA 以下说法正确的是A 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序B 质粒是基因工程中唯一的运载体C 运载体必须具备的条件之一是 具有多个限制酶切点 以便与外源基因连接D 基因控制的性状都能在后代表现出来 课堂练习4 提取目的基因 剪切 目的基因与运载体结合 拼接 将目的基因导入受体细胞 导入 目的基因的检测和表达 表达 二 基因操作的基本步骤 提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因检测与表达 提取目的基因 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来 取出DNA 用限制酶切断DNA 如 苏云金杆菌抗虫基因 人胰岛素基因 人干扰素基因 植物抗病基因等 提取目的基因 方法1 直接分离基因 鸟枪法 缺点 带有很大的盲目性 工作量大 成功率低 优点 操作简便 提取目的基因 方法2 人工合成法 反转录法 直接合成法 双链DNA 基因 目的基因的信使RNA 单链DNA 蛋白质的氨基酸序列 信使RNA核苷酸序列 基因DNA的脱氧核苷酸序列 合成DNA 基因 上述三种目的基因提取的方法有何优缺点 操作简便广泛使用 工作量大 盲目 分离出来的有时并非一个基因 专一性强 操作过程麻烦 mRNA很不稳定 要求的技术条件较高 专一性最强 仅限于合成核苷酸对较少的简单基因 提取目的基因 DNA合成仪 PCR扩增仪 方法2 人工基因合成法 目的基因与运载体结合 目的基因 质粒 重组质粒 运载体 细菌 目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况 三种情况 目的基因与目的基因结合质粒与质粒结合目的基因与质粒结合 问题 要想将某个特定基因与质粒相连 至少需要几种限制性内切酶处理 还需要何种酶的作用 一种 DNA连接酶 将目的基因导入受体细胞 重组质粒 受体细胞 目的基因的检测和表达 无表达产物 有表达产物 无表达产物 无表达产物 细菌的检测 将每个受体细胞单独培养形成菌落 检测菌落中是否有目的基因的表达产物 淘汰无表达产物的菌落 保留有表达产物的进一步培养 研究 目的基因的检测和表达 多细胞生物的检测 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体 检测这些个体是否摄入目的基因 淘汰无表达的个体 保留有相应变化的个体进一步培养 研究 例 抗虫棉基因表达的检测 基因操作步骤小结 细菌 质粒 提取 露出黏性末端的质粒 细胞 DNA 提取 目的基因 重组质粒 DNA连接酶 受体细胞 导入 目的基因产物 剪切 拼接 导入 表达 限制性内切酶 课堂练习1 在基因工程中用来修饰和改造生物基因的工具是限制酶和连接酶B 限制酶和水解酶C 限制酶和运载酶D 连接酶和运载酶 课堂练习2 07广东 现有一长度为1000碱基对 bp 的DNA分子 用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000bp 用Kpnl单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子 用EcoRl Kpnl同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子 该DNA分子的酶切图谱正确的是 2010 浙江高三检测 基因工程中 需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒 便于重组和筛选 已知限制酶 的识别序列和切点是 G GATCC 限制酶 的识别序列和切点是 GATC 根据图示判断下列操作正确的是 A 质粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割B 质粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割C 目的基因和质粒均用限制酶 切割D 目的基因和质粒均用限制酶 切割 课堂练习3 下列不属于目的基因与运载体结合过程的是用一定的限制性内切酶切割质粒露出黏性末端B 用同种限制性内切酶切断目的基因露出黏性末端C 将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处D 将重组DNA引入受体细胞中进行增殖 课堂练习4 目的基因与运载体结合所须的条件有 同一种限制酶 具有抗性基因的质粒 RNA聚合酶 目的基因 DNA连接酶 四种脱氧核苷酸 ATP B C D 有关基因工程的叙述中 错误的是A DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B 限制性内切酶用于目的基因的获得C 目的基因须由运载体导入受体细胞D 人工合成目的基因不用限制性内切酶 课堂练习5 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的 在基因操作的基本步骤中 不进行碱基互补配对的步骤是A 人工合成目的基因B 目的基因与运载体结合C 目的基因进入受体细胞D 目的基因的检测和表达 课堂练习6 细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物 现有甲 乙两种细菌 基因型分别是abd和ABD 通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物 具体过程如图所示 试据图回答 1 从细胞的结构看 细菌属于生物 2 图中剪切DNA的 剪刀 和粘接DNA的 胶水 其实是两种不