高三生物《基因工程专题复习》课件

专题1基因工程（DNA重组技术）多糖脂类蛋白质RNADNA加热杀死的S型细菌

艾弗里肺炎双球菌的转化实验

沃森和克里克建立DNA双螺旋结构模型梅塞尔松和斯塔尔用实验证明DNA的半保留复制，而后不久确立的中心法则解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜，阐明了遗传信息流动的方向。结构相同双螺旋结构单体相同脱氧核苷酸原则相同碱基互补配对不同来源的DNA片段成功拼接的原因尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，霍拉纳用实验证实了遗传密码的存在，这些成果使人们认识到从微生物到人类共用一套遗传密码，这使得外源基因可以在受体细胞中表达，而且为基因分离和合成等提供了理论依据。

理论基础伴随着技术发明使得基因工程得以问世。基因工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。一、基因工程重组DNADNA受体细胞获得新性状体内体外剪切、拼接扩增、表达原理操作对象操作水平目的结果基因ＤＮＡ分子水平人类需要的生物类型和生物产品基因重组定向地改造生物的遗传性状基本工具1操作步骤2应用3蛋白质工程

4

基因工程的基本工具基本工具1基因工程的“基本工具”分子手术刀——限制性核酸内切酶分子缝合针——DNA连接酶分子运输车——基因进入受体细胞的载体注意：工具工具酶3种2种1.主要来源：原核生物（有些霉菌也有）一、限制性内切酶一、限制性内切酶2.特点：能识别双链DNA分子的某种特定核苷

酸序列（大多6个）；水解（或切开）

每条链特定部位的两个核苷酸之间的

磷酸二酯键。

AAATTTGGGGCCCATC磷酸脱氧核糖含氮碱基5,5,3,3,AAATTTGGGGCCCATC5,5,3,3,DNA分子的结构特点（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。AAATTTGGGGCCCATC5,5,3,3,DNA分子的特性长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。碱基在内侧，遵循碱基互补配对原则。稳定性：多样性：每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序特异性：

黏性末端：如EcoRⅠ3.结果：形成DNA未端平末端：如SmaⅠ限制酶常见的一些“例外”不同的限制酶一般识别的序列不同，但切出的黏性末端可能相同识别序列和切割位点都相同识别序列相同，但切割位点不同多数限制酶识别一种序列，也有例外的限制酶切割大多数识别序列内部，也有外部的26

12一个DNA分子用限制酶切，获得一个目的基因，会有几个磷酸二酯键被切开？

补充两点不同种限制酶也可能切出相同的黏性末端，也可连接。目的基因

限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—GGATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。用上述两种酶分别切割质粒和含有目的基因的DNA。①请画出质粒被限制性内切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。例题②请画出目的基因被限制性内切酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。③在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是否能连接起来？为什么？③可以连接。因为两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的（或“是可以互补的”）。下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图甲、图乙中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：例题（1）一个图甲所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有

、

个游离的磷酸基团。（2）若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越

。AAATTTGGGGCCCATC5,5,3,3,（1）一个图甲所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有

、

个游离的磷酸基团。（2）若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越

。02高（3）用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是

。（4）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。（5）重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了

。SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞1、连接酶的作用：将双链DNA片段缝合，恢复磷

酸二酯键，形成重组DNA分子。二、DNA连接酶2.连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），

不是氢键（梯子的踏板）。用DNA连接酶连接

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割E·coliDNA连接酶：只连黏

性末端T4DNA连接酶：连黏性末端

和平末端（效率低）3.种类DNA连接酶和DNA聚合酶的区别区别DNA连接酶DNA聚合酶模板不需需要形成磷酸二酯键方式在两个双链DNA片段间形成磷酸二酯键以DNA一条链为模板将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链相同点都属于蛋白质酶，都能连接磷酸二酯键

小结

如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（）A．①②③④B．①②④③

C．①④②③D．①④③②例题C三、运载体标记基因，便于进行检测。作用：1.用它作为运载工具，将

目的基因送入受体细胞。2.利用它在受体细胞内对

目的基因进行大量复制。1.运载体条件：①能在受体细胞稳定存在并复制，且对受体

细胞无害。②有一到多个限制酶切点，便于外源（目的）

基因插入。③有标记基因，便于重组DNA的鉴定和选择。

质粒（最常用）2.种类λ噬菌体衍生物动、植物病毒

裸露的、结构简单的独立于细菌拟核以外的自我复制或整合到宿主染色体的DNA分子DNA分子上并随之同步复制双链、环状的（除此之外，质粒还具备“友好借居”的特性所以最常用）

质粒（经人工改造）补充：基因结构操作步骤2原核生物的基因结构编码区非编码区非编码区启动子RNA聚合酶结合位点原核细胞基因结构示意图终止子例题真核生物的基因结构真核细胞基因结构示意图编码区非编码区非编码区RNA聚合酶结合位点外显子内含子例题原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞真核细胞编码区连续不连续时空间隔无边转边译有先转后译，核转质译相同点均由编码区和非编码区组成

小结53

1区分一下：

启动子起始密码终止子终止密码2编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？

补充两点

基因工程的基本步骤四个基本步骤：1.获取目的基因2.构建基因表达载体3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与鉴定一、获取目的基因1.目的基因:能编码蛋白质的结构基因，也可以是

调控因子。

如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。

天然物种中分离2.来源:

人工合成3.获取方法：（1）从基因文库中获取（适用于目的基因序列不明）

①基因文库概念：含某物种不同基因的DNA片段+各自运载体

各自受体菌（菌群）导入注意：基因文库中不是直接保管相应基

因，而是保存受体菌，菌中含基因。②基因文库种类

基因组文库：含该物种全部基因

部分基因文库：含该物种部分基因

mRNA单链DNA双链DNA（cDNA）如cDNA文库逆转录酶基因文库的构建模式图基因组DNA文库cDNA文库基因组文库与cDNA文库的比较基因组文库和cDNA文库的比较文库类型cDNA文库基因组文库文库大小基因中启动子基因中内含子基因多少物种间基因交流小大无有无有某种生物的部分基因某种生物的全部基因可以部分基因可以

小结c.方法：

基因的某些核苷酸序列

基因功能依据基因在染色体上的位置

基因转录产物mRNA

翻译产物蛋白质思考：如何从基因文库中得到所需要的基因？下列关于基因文库的说法，不正确的是（）A.利用人胰岛B细胞构建cDNA文库可筛选到胰岛素基因B.基因文库可分为基因组文库和部分基因文库C.基因组文库的基因在不同物种间均可进行基因交流D.从cDNA文库中获取的目的基因，既无启动子，又无内

含子例题C（2）用PCR技术获取并扩增目的基因PCR（多聚酶链式反应）：体外复制特

定DNA片段。b.原理：双链DNA复制(依据碱基互补配对

原则)c.前提：目的基因序列

已知或部分已知，以便合成引物。1234522557294时间（min）温度（℃）PCR反应适温延伸3高温变性1低温退火2重复1~3步25~30轮目的DNA片段扩增100万倍以上DNA双螺旋DNA单链与引物复性DNA变性形成2条单链子链延伸DNA加倍模板DNA90-95℃PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点55-60℃引物1引物2DNA引物PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点引物1引物2DNA引物70-75℃Taq酶Taq酶PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点70-75℃第1轮结束第2轮开始PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点90-95℃55-60℃70-75℃TaqTaqTaqTaqPCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点70-75℃第2轮结束

过程：变性、退火、延伸三步曲变性：加热至90～95℃双链DNA解链成为单链DNA退火（复性）：冷却至55～60℃部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：加热至70～75℃以目的基因为模板，合成互补的新DNA链变性退火延伸d.过程：变性：90-95℃目的基因解旋DNA单链退火：55-60℃引物与互补DNA链结合延伸：70-75℃引物在DNA聚合酶作用下延伸

小结e.条件：模板：目的基因两条链原料：dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

酶：耐高温的DNA聚合酶（与体内DNA聚

Taq酶合酶不同引物：短DNA链耐高温70-75℃）

PCR技术与DNA复制的比较PCR技术DNA复制不同点解旋方式场所酶DNA在高温下变性解旋解旋酶催化体外细胞内耐高温的DNA聚合酶细胞内的DNA聚合酶

小结781PCR中不需要：解旋酶限制酶DNA连接酶2PCR呈指数扩增，约为2n,n为循环次数。

补充三点3引物有两种，复制方向是沿子链5，3，

如图所示利用PCR技术扩增目的基因，图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。以下叙述错误的是（）由原来的母链为模板合成的新DNA分子中，只含有引物A或引物B每扩增一次，温度都要发生90℃→75℃→55℃的变化变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高例题B如果要用PCR扩增以下DNA模板中的基因1，需要的一对引物序列是（）

5′CTTCGAAATTC﹣基因1﹣TCTCCCGATCGG﹣基因2﹣AAGATCAAATCCTTTGCTCT3′．A.

引物Ⅰ是5′﹣CTTCGAAATTC﹣3′，引物Ⅱ是5′﹣CCGATCGGGAGA﹣3′

B.

引物Ⅰ是5′﹣CTTCGAAATTC﹣3′，引物Ⅱ是5′﹣TCTCCCGATCGG﹣3′

C.

引物Ⅰ是5′﹣GAAGCTTTAAG﹣3′，引物Ⅱ是5′﹣AGAGGGCTAGCC﹣3′

D.

引物Ⅰ是5′﹣GAAGCTTTAAG﹣3′，引物Ⅱ是5′﹣CCGATCGGGAGA﹣3′A例题

3′GAAGCTTTAAG﹣基因1﹣AGAGGGCTAGCC﹣5′（3）人工合成（目的基因已知，基因小）通过DNA合成仪用化学方法合成。

小结从基因文库中获取利用PCR技术利用化学方法人工合成获取目的基因的方法二、构建目的基因表达载体——基因工程的核心1.目的：使目的基因在受体

细胞内能稳定存在、

遗传、表达。2.过程：3.基因表达载体（重组DNA）组成：目的基因：通常是编码蛋白质的结构基因。启动子：位于基因的首端，是RNA聚合酶

识别、结合位点，转录起始。终止子：位于基因的尾端，是RNA聚合酶

脱离位点，转录终止。标记基因：通常用抗生素抗性基因，用于

检测重组DNA是否导入受体细胞。1目前多采用双酶切的方法：1.可以防止目的基因倒接，保证目的基因与运载体定向连接2.可防止自身环化

补充一点若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是（）A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体D例题1.转化：目的基因导入受体细胞稳定存在并表达的

过程。2.方法：

1.农杆菌转化法（适于双、裸）①导入植物细胞2.基因枪法（微弹轰击法，适于单子叶）3.花粉管通道法三、目的基因导入受体细胞

农杆菌转化法双子叶植物、裸子植物金属粒子+重组表达载体

压缩空气轰入

植物细胞将重组表达载体通过花粉管通道注入胚囊进入受体细胞

采用基因工程的方法培养抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组导入土壤农杆菌细胞中，用该细菌感染棉花体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，借助花粉管进入到棉花子房，并进入受精卵A.①②B.②③C.③④D.①④例题C例题全部部分筛选乙表达产物耐旱性同源染色体的一条上②导入动物细胞：通常将重组表达载体提纯受精卵

胚胎

雌性动物显微注射胚胎早期培养胚胎移植常用法：Ca2+处理常用菌：大肠杆菌微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA③导入微生物细胞思考：为什么要用Ca2+处理受体细胞？用Ca2＋处理，增加细菌细胞壁的通透性受体生物植物动物微生物受体细胞导入方法受精卵体细胞受精卵细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术用Ca2+处理成感受态细胞

小结四、目的基因的检测与鉴定用标记基因初步判断重组DNA是否导入受体细胞

1切后连接会有多种可能：

目+目

目+运

运+运2目前多采用双标记基因

补充两点科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答问题：例题（1）图中质粒上有抗氨苄青霉素和抗四环素两个标记基因，经过①和②步骤后，有些质粒上的

基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒，由于目的基因的分隔使得该抗性基因失活。（2）步骤③是

的过程，为了促进该过程，应该用

处理大肠杆菌。（3）步骤④：将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养，能在C中生长的大肠杆菌有

种。（4）步骤⑤：用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D（含氨苄青霉素和四环素）和E（含四环素）两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于

（D、E）上，请在图中相应的位置上圈出来。

氨苄青霉素抗性将重组质粒导入大肠杆菌Ca2+2E科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答问题：例题四、目的基因的检测与鉴定检测:是否插入目的基因是否转录是否翻译鉴定:个体生物学水平鉴定用标记基因初步判断重组DNA是否导入受体细胞1.检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因①首先提取受体细胞的DNA，经酶切后走琼脂糖凝胶电

泳，分离不同大小的DNA；（1）方法:DNA—DNA分子杂交（2）过程:②

将这些不同大小的DNA转移到硝酸纤维素膜上；③

使探针和膜上的这些DNA进行杂交；（一）检测④将X光底片压在膜上，暗处感光后冲洗，若显示出黑色

条带,表明目的基因已导入受体细胞DNA中。基因探针：是一段带有检测标记的目的基因的DNA片段。基因探针通过分子杂交与目的基因结合，产生杂交信号，能从浩翰的基因组中把目的基因显示出来。2.检测目的基因是否转录出了mRNA3.检测目的基因是否翻译成蛋白质①方法:DNA—RNA分子杂交方法:抗原-抗体杂交②过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA。第一第二第三第四将目的基因在大肠杆菌中表达出蛋白质将蛋白质注射给动物进行免疫，产生相应的抗体（一抗）从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳并转移到硝酸纤维素膜上将抗体（一抗）与目的基因表达的蛋白质（抗原）会特异结合3.检测目的基因是否翻译成蛋白质二抗带有特殊的标记，可与一抗结合方法——抗原-抗体杂交（二）鉴定（个体生物学水平）抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫或抗病的接种实验若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。没有抗虫基因的棉植株有抗虫基因的棉植株棉铃虫虫没有死虫被杀死没有表达目的基因表达基因沉默

在转基因植物和转基因动物中往往会遇到外源基因存在于生物体内，并未丢失或损伤，但该基因不表达或表达量极低的现象。转基因生物可用于生产人类所需要的药用蛋白，如激素、抗体、疫苗、酶等。图甲是通过生物工程培育能产生人胰岛素的烟草的过程，请据图回答下列问题：例题（1）图甲中基因工程的核心步骤是

（填字母）。此过程所需的工具酶是

。（2）图乙是载体和逆转录得到的胰岛素基因的片段，已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是-G↓GATCC-，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是-↓GATC-。GeneⅠ和GeneⅡ为质粒上的标记基因，根据图示分析，应用限制酶

切割质粒，用限制酶

切割目的基因。构建的重组质粒中，除含有外源基因、标记基因外，还必须含有

、

等。（3）B过程中，常用

处理使细菌成为感受态细胞，从而利于重组质粒的导入。（4）如果从分子水平检测人胰岛素基因是否表达成功，可以采用方法

。限制酶、DNA连接酶AⅠ

Ⅱ

启动子终止子Ca2+抗原-抗体杂交

基因工程的应用应用3转鱼抗寒基因的番茄转基因鲑鱼同时具有高产、稳产和抗逆性等优良品质的农作物新品种.抗虫害的玉米方面应用成果目的基因植物基因工程应用

提高抗逆性抗虫植物如棉、玉米等

Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因

病毒的复制酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因

抗毒素合成基因抗碱、抗旱的烟草调节细胞渗透压基因抗寒的烟草和番茄鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂的大豆抗除草剂基因改良植物品质富含赖氨酸的玉米必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因转基因延熟番茄控制番茄成熟的基因颜色各异的矮牵牛植物和花青素代谢有关的基因动物基因工程应用提高生长速度快速生长的绵羊、鲤鱼外源生长激素基因改善品质转基因牛乳汁中乳糖含量少肠乳糖酶基因转基因动物生产药物乳腺生物反应器（只在泌乳期的雌性个体中表达）优点：产量高、质量好、

成本低、操作简单*膀胱生物反应器药用蛋白基因

+乳腺蛋白基因的启动子等控件重组，并显微注射入哺乳动物的受精卵，形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物作供体器官利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官抑制或除去抗原决定基因医疗方面应用基因工程制药人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等

工程菌：使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。基因治疗把健康的外源基因导入病人体内（有基因缺陷的受体细胞内），使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。体外基因治疗：将腺苷酸脱氨酶基因体外导入患者的淋巴细胞，再回输入患者体内。如复合型免疫缺陷症体内基因治疗：将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因直接导入患者肺组织中。如遗传性囊性纤维化病用于基因治疗的基因种类1.从健康人体上分离得到的功能正常的基

因，如血友病、地中海贫血病。2.反义基因，即通过产生的mRNA分子，与

病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断

非正常蛋白质合成。3.编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是(

)A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程