高中生物选修三基因工程

1、1-1DNA重组技术的基本工具一、基因工程的概念 基因工程是指按照 ，进行严格的设计，并通过 和 技术，赋予生物以新的 ，从而创造出更符合人们需要的新的 和 。基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平获取基因体外重组导入基因表达基因人类需要的新的生物类型和生物产品人们的意愿DNA重组转基因遗传特性生物类型生物产品二、DNA重组技术的基本工具 限制性核酸内切酶“分子手术刀” DNA连接酶“分子缝合针” 载体“分子运输车” 识别某种双链DNA分子特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之

2、间的磷酸二酯键断开。原核生物中分离纯化而来 黏性末端平末端特异性1、种类：2、作用部位：两类Ecoli DNA连接酶:连接黏性末端T4 DNA连接酶 ：连接黏性末端和平末端磷酸二酯键 2、运载体必须具备的条件：（1）具有一个或多个限制酶切点，以便与目的基因连接；（2） 能够在受体细胞中复制并稳定地保存，以便目的基因的遗传；（3）具有某些标记基因，以便进行重组DNA的筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ）；（4）对受体细胞无害；（5） 大小合适，以便提取和体外操作。1、运载体的作用：（1）将目的基因转移到受体细胞中去；（2）使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传；（3）使目的基因

3、能够表达和发挥作用。 质粒是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌拟核DNA外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一。要对天然质粒进行人工改造常用的运载体有： 质粒，噬菌体的衍生物，动植物病毒等1.以下说法正确的是（ ）A、所有的限制酶只识别一种特定的核苷酸序列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：具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键C2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是（ ） A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNAD练习练习练习CT

4、GCA G G ACGTCAC TG GC CGG CTTAA GC CG GT CAAATTC G2.2 基因工程的基本操作程序第5章 生态系统及其稳定性 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：1、 ；2、 ；3、 ；4、 。 其中核心是 。 目的基因的获取 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基因表达载体的构建一、获取目的基因1、目的基因：在基因操作中使用的外源基因。它主要是 的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。编码蛋白质一、获取目的基因2、获取方法：（1）从基因文库中获取基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入到受体菌的群体中储存，各个受体菌分

5、别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因文库基因组文库-包含一种生物的所有基因部分基因文库-包含一种生物的部分基因 （如cDNA文库）一、获取目的基因2、获取方法：（1）从基因文库中获取基因组文库和cDNA文库的构建和比较一、获取目的基因2、获取方法：（1）从基因文库中获取从构建好的基因文库中获取目的基因： 依据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。一、获取目的基因2、获取方法：（2）用PCR技术扩增目的基因PCR技术：在生物 复制特定 的核酸合成技术。体外DNA片段PCR技术原理： 。DNA双链复制55-

6、60： 与单链模板相应互补序列结合；一、获取目的基因2、获取方法：（2）用PCR技术扩增目的基因90-95：目的基因的双链模板在热力作用下， 断裂，形成单链DNA; 氢键引物过程：70-75：在 作用下进行延伸。DNA聚合酶（Taq酶）一、获取目的基因2、获取方法：（2）用PCR技术扩增目的基因PCR技术的条件：模板：原料：引物：酶：温度控制：目的基因两条链四种游离的脱氧核苷酸（一小段与目的基因模板链互补的）一对DNA单链热稳定DNA聚合酶（Taq酶）高温低温中温一、获取目的基因2、获取方法：（2）用PCR技术扩增目的基因PCR结果：使目的基因以 形式在短时间内大量扩增。指数一、获取目的基因2

7、、获取方法：（3）用化学方法人工合成 如果基因比较小， 又已知，可以通过 用化学方法直接人工合成核苷酸序列DNA合成仪二、基因表达载体的构建1、目的：（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以 给下一代；（2）使目的基因能够 和发挥作用遗传表达二、基因表达载体的构建2、过程：载体目的基因同一种限制酶具有黏性末端的载体具有相同黏性末端的目的基因重组DNA分子DNA连接酶（重组载体）二、基因表达载体的构建3、组成：启动子+目的基因+终止子+标记基因+(复制原点）三、将目的基因导入受体细胞1、转化的概念2、转化的方法植物：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法动物：显微注射技术微生物：Ca2+处理

8、法此外还有3、转化的受体细胞植物：常用体细胞动物：受精卵微生物：常用大肠杆菌、酵母菌等四、目的基因的表达和鉴定1、导入的鉴定：DNA分子杂交技术2、转录的鉴定：核酸分子杂交技术3、翻译的鉴定：抗原-抗体杂交技术4、个体水平的鉴定：抗虫、抗病等的感染、接种实验分子水平鉴定 T磷酸二酯键 A 大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。限制酶所识别的序列有什么特点? 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个、8个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端：被限制酶切开的DNA两条单链

9、的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。 平末端：当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。当限制酶从识别序列的当限制酶从识别序列的中心轴线两侧中心轴线两侧切开时，产切开时，产生的是生的是黏性末端。黏性末端。当限制酶从识别序列的当限制酶从识别序列的中心轴中心轴线处线处切开时，产生的是切开时，产生的是平末端平末端能带着插入的目能带着插入的目的基因一起复制的基因一起复制有切割位点有切割位点标记基因的作用鉴标记基因的作用鉴别受体细胞中是否别受体细胞中是否含目的基因。如将含目的基因。如将来可用含青霉素的来可用含青霉

10、素的培养基鉴别，将含培养基鉴别，将含目的基因的细胞筛目的基因的细胞筛选出来。选出来。PCR技术技术聚合酶链式反应聚合酶链式反应概念：概念：原理：原理：前提：前提：PCR扩增仪扩增仪DNA双链复制的基本原理双链复制的基本原理一段已知的目的基因的核苷酸序列一段已知的目的基因的核苷酸序列是一项在生物是一项在生物体外体外复制复制特定特定DNA片段片段的核酸合成技术的核酸合成技术四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸一对引物一对引物热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶）酶）模板模板DNA (DNA (含有目的基因含有目的基因) )温度控制温度控制条件：条件：方式：以方式：以_方式扩增，即方式扩增

11、，即_（n n为扩增循为扩增循 环的次数）环的次数）结果：结果：目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增指数指数2 2n n过程：过程：a a、DNADNA变性（变性（90-9690-96）：双链）：双链DNADNA模板模板 在热作用下，在热作用下，_断裂，形成断裂，形成_b b、退火（、退火（复性复性55-6055-60）：系统温度降低，引）：系统温度降低，引 物与物与DNADNA模板结合，形成局部模板结合，形成局部_。 c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：在）：在TaqTaq酶的作用下，从酶的作用下，从 引物的引物的55端端33端延伸，合成与模

12、板互补端延伸，合成与模板互补 的的_。 氢键氢键单链单链DNADNA双链双链DNADNA链链复制原点复制原点+ +启动子启动子+ +目的基因目的基因+ +终止子终止子+ +标记基因标记基因重组（基因表达）载体的结构组成重组（基因表达）载体的结构组成启动子：启动子：位于基因的首端的一段特殊的位于基因的首端的一段特殊的DNADNA片断，片断，它是它是RNARNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出驱动基因转录出mRNAmRNA，最终获得蛋白质，最终获得蛋白质终止子：终止子：位于基因的尾端的一段特殊的位于基因的尾端的一段特殊的DNADNA片断，片断，能终

13、止能终止mRNAmRNA的转录的转录标记基因标记基因的作用是的作用是为了为了鉴别鉴别受体细胞中是否含受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来来限制酶在原核生物中的作用 原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利侵入时，会利用限制酶将外源用限制酶将外源DNA切割

14、掉，以保证自身的安全。切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。、使之失效，从而达到保护自身的目的。 含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。不能将其切开。 普通棉花普通棉花( (无抗虫基因无抗虫基因) )抗虫基因抗虫基因棉花细胞棉花细胞( (含抗虫基因含抗虫基因) )1