高中生物选修三《专题1 基因工程》复习课件

1、 选修选修3现代生物科技专题现代生物科技专题 专题专题1 1 基因工程基因工程 一、基因工程的工具及其操作程序一、基因工程的工具及其操作程序 1基因工程的基本工具基因工程的基本工具 作用作用 作用作用 部位部位 限制酶限制酶dna连接酶连接酶 载体载体 切割目的基切割目的基 因和载体因和载体 连接连接dna片片 段，形成重段，形成重 组组dna 携带目的携带目的 基因进入基因进入 受体细胞受体细胞 核苷酸的脱氧核糖与磷酸间核苷酸的脱氧核糖与磷酸间 形成的磷酸二酯键形成的磷酸二酯键 限制酶限制酶dna连接酶连接酶载体载体 作用作用 特点特点 (条件条件) 常用常用 类型类型 学学.科科.网网 z

2、xxk. (1)识别特定识别特定 的核苷酸序的核苷酸序 列列 (2)在特定位在特定位 点上切割点上切割 (1)ecoli dna连接酶连接酶 只连接黏性只连接黏性 末端末端 (2)t4dna连连 接酶连接黏接酶连接黏 性末端和平性末端和平 末端末端 (1)能在宿主细能在宿主细 胞内稳定存在胞内稳定存在 并大量复制并大量复制 (2)有多个限制有多个限制 酶切割位点酶切割位点 (3)具有特殊的具有特殊的 标记基因标记基因 ecor限制酶限制酶 sma限制酶限制酶 ecoli dna连接酶连接酶 t4dna连接酶连接酶 质粒、噬菌体、质粒、噬菌体、 动植物病毒动植物病毒 1. 1. 限制酶不切割自身

3、限制酶不切割自身dnadna的原因是：原核生物不存在的原因是：原核生物不存在 该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 2. dna2. dna连接酶起作用时不需要模板。连接酶起作用时不需要模板。 2. 载体载体 (1)作用作用 将目的基因转移到宿主细胞内。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。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (2)具备的条件具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。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。有多个限制酶切割位点。 具有特殊的标记基因，以便进行筛选。具有特殊的标记基

4、因，以便进行筛选。 【例例1】(2010江苏高考江苏高考t27)下表中列出了几种限制酶下表中列出了几种限制酶 识别序列及其切割位点，图识别序列及其切割位点，图1、图、图2中箭头表示相关限制酶中箭头表示相关限制酶 的酶切位点。请回答下列问题：的酶切位点。请回答下列问题： 限制酶限制酶bamh hind ecor sma 识别序列及识别序列及 切割位点切割位点 g gatc c c ctag g a agct t t tcga a g aatt c c ttaa g ccc ggg ggg ccc (1)一个图一个图1所示的质粒分子经所示的质粒分子经sma 切割前后，分别含有切割前后，分别含有 _

5、个游离的磷酸基团。个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造，插入的若对图中质粒进行改造，插入的sma 酶切位点越多，质酶切位点越多，质 粒的热稳定性越粒的热稳定性越_。 (3)用图中的质粒和外源用图中的质粒和外源dna构建重组质粒，不能使用构建重组质粒，不能使用sma 切割，原因是切割，原因是_ 。 (4)与只使用与只使用eco r相比较，使用相比较，使用bam h和和hind 两种限两种限 制酶同时处理质粒、外源制酶同时处理质粒、外源dna的优点在于可以防止的优点在于可以防止_。 限制酶限制酶bamh hind ecor sma 识别序列及识别序列及 切割位点切割位点 g gatc c

6、 c ctag g a agct t t tcga a g aatt c c ttaa g ccc ggg ggg ccc 0,2 高高 smasma 会破坏质粒的抗性基因、外会破坏质粒的抗性基因、外 源源dnadna中的目的基因中的目的基因 质粒和含目的基因的外源质粒和含目的基因的外源dnadna片段自身环化片段自身环化 (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，并加入段混合，并加入_酶。酶。 (6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 _。 (7)为了从为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白

7、基因，将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 后在后在_的培养基因培养，的培养基因培养， 以完成目的基因表达的初步检测。以完成目的基因表达的初步检测。 限制酶限制酶bamh hind ecor sma 识别序列及识别序列及 切割位点切割位点 g gatc c c ctag g a agct t t tcga a g aatt c c ttaa g ccc ggg ggg ccc dnadna连接连接 鉴别和筛选含有目的基因的细胞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蔗糖为唯一含碳营养物

8、质 1. 1. 获取目的基因和切割载体时使用同一种限获取目的基因和切割载体时使用同一种限 制酶，目的是产生相同的黏性末端。制酶，目的是产生相同的黏性末端。 2. 2. 获取一个目的基因需限制酶切割两次，共获取一个目的基因需限制酶切割两次，共 产生产生4 4个黏性末端或平末端。个黏性末端或平末端。 3. 3. 限制酶切割位点的选择必须保证标记基因限制酶切割位点的选择必须保证标记基因 的完整性，以便于检测和筛选的完整性，以便于检测和筛选。学学.科科.网网 zxxk. 2.基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的获取目的基因的获取 从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基

9、因 优点：有了基因文库，就可以随时从中提取优点：有了基因文库，就可以随时从中提取 所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。 目的基因的获取、目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目基因表达载体的构建、将目 的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定 人工合成目的基因人工合成目的基因 利用利用pcr技术扩增目的基因技术扩增目的基因 apcr：是一项在生物体外复制特定：是一项在生物体外复制特定dna 片段的核酸合成技术。片段的核酸合成技术。pcr扩增是获取目扩增是获取目 的基因的一种非常有用的方法，也是进行的基因的一种非

10、常有用的方法，也是进行 分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。 b目的：通过指数式扩增获取大量的目的目的：通过指数式扩增获取大量的目的 基因。基因。 (2)基因表达载体的基因表达载体的构建构建学学.科科.网网 zxxk. 目的：目的： 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传 给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)基因表达载体的构建方法基因表达载体的构建方法 (1)一般来说，天然载体往往一般来说，天然载体往往 不能满足人类的所有要求，因此人们不能满足人类的所有要求，因

11、此人们 根据不同的目的和需要，需要对某些根据不同的目的和需要，需要对某些 天然的载体进行人工改造。天然的载体进行人工改造。 (2)插入的目的基因的表达需要调控插入的目的基因的表达需要调控 序列，因而用作载体的质粒的插入部序列，因而用作载体的质粒的插入部 位之前需有启动子，之后需有终止子。位之前需有启动子，之后需有终止子。 1(2009年潍坊模拟年潍坊模拟)质粒作为质粒作为“分分 子运输车子运输车”的条件是的条件是() 能够自我复制能够自我复制双链环状双链环状dna 分子分子有多个限制酶切点有多个限制酶切点有标有标 记基因记基因真核细胞中没有真核细胞中没有 a b c d 【答案答案】c 2(2

12、009年南通调研年南通调研)下列关于基因下列关于基因 表达载体构建的相关叙述，不正确的表达载体构建的相关叙述，不正确的 是是() a需要限制酶和需要限制酶和dna连接酶连接酶 b必须在细胞内进行必须在细胞内进行 c抗生素抗性基因可作为标记基因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首端启动子位于目的基因的首端 【答案答案】b (3)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 目的：目的基因进入受体细胞内并在受体目的：目的基因进入受体细胞内并在受体 细胞内维持稳定和表达的过程。细胞内维持稳定和表达的过程。 受体细胞种类不同，导入方法不同。受体细胞种类不同，导入方法不同。 受体细受体

13、细 胞种类胞种类 方法方法 植物细植物细 胞胞 农杆菌转化法：目的基因插入农杆菌转化法：目的基因插入ti质质 粒的粒的tdna转入农杆菌转入农杆菌导入植导入植 物细胞物细胞稳定维持和表达稳定维持和表达 基因枪法基因枪法 花粉管通道法花粉管通道法 受体细受体细 胞种类胞种类 方法方法 动物细动物细 胞胞 显微注射法：目的基因的表达载体提显微注射法：目的基因的表达载体提 纯纯取卵取卵(受精卵受精卵)显微注射显微注射受精卵受精卵 发育发育新性状动物新性状动物 微生物微生物 细胞细胞 ca2 处理受体细胞 处理受体细胞感受态细胞感受态细胞表表 达载体与感受态细胞混合达载体与感受态细胞混合感受态细感受态

14、细 胞吸收胞吸收dna分子分子 受体生物不同，所用的受体细胞种类也不受体生物不同，所用的受体细胞种类也不 相同。相同。 a植物：可以是卵细胞植物：可以是卵细胞(受精卵受精卵)、体细胞、体细胞 (可经组织培养成为完整植株可经组织培养成为完整植株)。 b动物：受精卵动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到因为体细胞的全能性受到 严格限制严格限制)。 转化实质：目的基因整合到受体细胞染色转化实质：目的基因整合到受体细胞染色 体基因组中。体基因组中。 基因工程中受体细胞的选择基因工程中受体细胞的选择 基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。 (1)(1)培育转基

15、因动物，受体细胞一般选用受精卵。培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。 (2)(2)培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或 体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养，体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养， 即可获得转基因植株。即可获得转基因植株。 (3)(3)若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细 菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获 得大量产品。得大量产品。 (4)目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 类型类型步骤步骤检测内容检测内容方法方法 结果显结果显 示

16、示 分分 子子 检检 测测 导入导入 检测检测 目的基因是否插入目的基因是否插入 受体细胞染色体的受体细胞染色体的 dna上上 表达表达 检测检测 目的基因是否转录目的基因是否转录 出出mrna 目的基因是否翻译目的基因是否翻译 出蛋白质出蛋白质 dna分子杂交分子杂交 技术技术(dna和和 dna之间之间) 核酸分子杂交核酸分子杂交 技术技术( dna( dna和和 mrnamrna之间之间) ) 蛋白质分子杂蛋白质分子杂 交交( (抗原和抗体抗原和抗体 之间之间) ) 是否成是否成 功显示功显示 出杂交出杂交 带带 同上同上 同上同上 个体生物学水平的个体生物学水平的 鉴定鉴定 抗虫或抗病

17、的接种实验抗虫或抗病的接种实验 基因工程产品与天然产品活基因工程产品与天然产品活 性的比较性的比较 【例例2】(2009福建高考福建高考t32)转基因抗病香蕉的培转基因抗病香蕉的培 育过程如图所示。质粒上有育过程如图所示。质粒上有pst 、sma 、ecor 、apa 等四种限制酶切割位点。请回答：等四种限制酶切割位点。请回答： (1)构建含抗病基因的表达载体构建含抗病基因的表达载体a时，应选用限制酶时，应选用限制酶 _，对，对_进行切割。进行切割。 (2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生 长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，

18、长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞， 应使基因表达载体应使基因表达载体a中含有中含有_，作为标记，作为标记 基因。基因。 pst 、ecor 含抗病基因的含抗病基因的dna、 质粒质粒 抗卡那霉素基因抗卡那霉素基因 1. 1. 使用限制酶切割目的基因和质粒时，既使用限制酶切割目的基因和质粒时，既 要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目 的基因和质粒中的标记基因的完整性。的基因和质粒中的标记基因的完整性。 2. 2. 标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的 基因的依据。利用质粒作载体时往往利用其基因的依据。利用质粒作

19、载体时往往利用其 上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗 性在适当的选择培养基上选择培养。性在适当的选择培养基上选择培养。 2. 如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简简 称称bt基因基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答： (1)写出写出b过程的表达式过程的表达式_。 (2)人工合成目的基因的方法有人工合成目的基因的方法有_； _。 (3)将目的基因和载体将目的基因和载体(质粒质粒)结合的工具酶有结合的工具酶有_ 酶和酶和_酶。酶。 (4)科学家计划从

20、哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应 将控制抗体合成的基因导入该种动物的将控制抗体合成的基因导入该种动物的_中，中， 导入基因成功表达的标志是导入基因成功表达的标志是_。 【答案答案】(1)bt基因基因mrna原毒素原毒素(晶体蛋白晶体蛋白)(2)反转反转 录法化学合成法录法化学合成法(3)限制性核酸内切限制性核酸内切dna连接连接 (4)受精卵动物乳汁中含此种抗体受精卵动物乳汁中含此种抗体 二、基因工程的应用成果及蛋白质工程二、基因工程的应用成果及蛋白质工程 1基因工程的应用成果基因工程的应用成果 (1)乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器与

21、微生物生产的比较 类型类型 项目项目 乳腺生物反应器乳腺生物反应器微生物生产微生物生产 基因结构基因结构 动物基因结构与人动物基因结构与人 类基因结构相同类基因结构相同 与人类基因结构不与人类基因结构不 同同 基因表达基因表达 与天然蛋白质活性与天然蛋白质活性 没有区别没有区别 由于缺少内质网、由于缺少内质网、 高尔基体等细胞器高尔基体等细胞器 ，产物可能不具有，产物可能不具有 生物活性生物活性 产物提取产物提取 从乳汁中较易分离从乳汁中较易分离 提取提取 从细胞中提取，较从细胞中提取，较 为复杂为复杂 生产设备生产设备 畜牧业生产，加工畜牧业生产，加工 提取设备提取设备 工业生产，设备精工业

22、生产，设备精 良良 乳腺生物反应器受生物性别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。基因产物则不受性别限制。 (2)基因治疗基因治疗 项目项目 类型类型 外源基外源基 因类型因类型 及举例及举例 过程过程特点特点 成果举成果举 例例 体外体外 基因基因 治疗治疗 腺苷腺苷 酸脱酸脱 氨酶氨酶 基因基因 从病人体内获得某从病人体内获得某 种细胞种细胞 细胞培养细胞培养 体外完成基因转移体外完成基因转移 筛选并扩增培养筛选并扩增培养 重新输入患者体内重新输入患者体内 操作操作 复杂复杂 ，但，但 成功成功 率高率高 治疗复治疗

23、复 合型免合型免 疫缺陷疫缺陷 症症 体内体内 基因基因 治疗治疗 治疗遗治疗遗 传性囊传性囊 性纤维性纤维 化病的化病的 基因基因 外源基因外源基因载体携载体携 带带 体内相应组体内相应组 织细胞织细胞 操作操作 简单简单 ，成，成 功率功率 低低 治疗遗治疗遗 传性囊传性囊 性纤维性纤维 化病化病 基因治疗是治疗人类遗传病的根本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和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期 的临床试验阶段。的临床试验阶段。 2蛋白质工程蛋白质工程 (1)概念：是指以蛋白质分子

24、的结构规律概念：是指以蛋白质分子的结构规律 及其与生物功能的关系作为基础，通过基及其与生物功能的关系作为基础，通过基 因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改 造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类 的生产和生活的需求。的生产和生活的需求。 (2)过程：预期蛋白质功能过程：预期蛋白质功能设计预期的设计预期的 蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找找 到对应的脱氧核苷酸序列。到对应的脱氧核苷酸序列。 (3)蛋白质工程与基因工程比较蛋白质工程与基因工程比较 项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程 区区

25、别别 过过 程程 预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预设计预 期的蛋白质结构期的蛋白质结构推测应推测应 有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到对找到对 应的脱氧核苷酸序列应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因获取目的基因构建基构建基 因表达载体因表达载体将目的基将目的基 因导入受体细胞因导入受体细胞目的目的 基因的检测与鉴定基因的检测与鉴定 实实 质质 定向改造定向改造或生产人类所需或生产人类所需 蛋白质蛋白质 定向改造定向改造生物的生物的遗传特遗传特 性性，以获得人类所需的，以获得人类所需的 生物类型或生物产品生物类型或生物产品 结结 果果 生产生产自然界没有的蛋白质自然界没有的蛋白质 一般是生产自然界一

26、般是生产自然界已有已有 的蛋白质的蛋白质 联系联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二 代基因工程。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白代基因工程。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白 质，必须通过基因修饰或基因合成实现质，必须通过基因修饰或基因合成实现 蛋白质工程的实施步骤蛋白质工程的实施步骤(蛋白质工蛋白质工 程的实质即程的实质即“中心法则中心法则”的逆推：的逆推： 3继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功 后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定 进展。最近，科学家培育出一种转基因小进

27、展。最近，科学家培育出一种转基因小 鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激 素并分泌到尿液中。请回答：素并分泌到尿液中。请回答： (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细将人的生长激素基因导入小鼠受体细 胞，常用方法是胞，常用方法是_。 (2)进行基因转移时，通常要将外源基因进行基因转移时，通常要将外源基因 转入转入_中，原因是中，原因是 _ _。 显微注射技术显微注射技术 受精卵受精卵(或早期胚胎或早期胚胎) 受精卵受精卵(或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞)具有全能性，可具有全能性，可 使外源基因在相应组织细胞表达使外源基因在相应组织细胞表达 (3)通常采用通常采用_技术技术 检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 (4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源在研制膀胱生物反应器时，应使外源 基因在小鼠的基因在小鼠的_细胞中特异表达。细胞中特异表达。 (5)为使外源基因在后代长期保持，可将为使外源基因在后代长期保持，可将 转基因小鼠体细胞的转基因小鼠体细胞的_转入转入 _细胞中构成重组细胞，使其发细胞中构成重组细胞，使其发 育成与供体具有相同性状的个体。该技术育成与供体具有相同性状的个体。该技术 称为称为_。 dna分子杂交分子杂交(核酸探针核酸探针) 膀