基因工程及其技术第3课时课件高二下学期生物选择性必修3

第1节

基因工程及其技术第3课时阐明基因工程的原理，能运用流程图的形式概括出基因工程的基本操作程序。概述目的基因获取的4种方法，以及DNA粗提取的具体流程。如果利用大肠杆菌生产人类胰岛素，将需要经过哪些步骤呢？基因工程的基本操作程序:目的基因的筛选与获取

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一、目的基因的获取1.目的基因主要是________________________编码蛋白质的基因例如：自主阅读P94与生物抗逆性相关的基因与优良品质相关的基因与生物药物和保健品相关的基因与毒物降解相关的基因与工业所需用酶相关的基因等DNA片段

基因1

基因2

基因3放大终止子非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子能转录相应的mRNA，进一步编码（翻译）出蛋白质的DNA区段。不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段原核细胞基因结构（补充内容）：非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子非编码区：含有能调控遗传信息表达的DNA序列。不转录，不编码蛋白质。RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA启动子终止子本质：位置：作用：是一段有特殊序列结构的DNA片段；位于基因上游；本质：位置：作用：也是一段有特殊序列结构的DNA片段；位于基因下游；终止转录非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子思考：区分启动子和终止子与起始密码子和终止密码子？启动子和起始密码子、终止子和终止密码子的区别

项目启动子终止子起始密码子终止密码子化学成分DNA片段DNA片段mRNA上三个相邻碱基mRNA上三个相邻碱基位置目的基因首端目的基因尾端mRNA首端mRNA尾端作用RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出RNA决定转录的结束翻译的起始信号决定翻译过程的结束真核细胞的基因结构（补充内容）：编码区非编码区非编码区内含子外显子启动子终止子编码区上游编码区下游编码区：间隔的、不连续的，有外显子、内含子之分。间隔的、不连续的外显子：内含子：数量关系：外显子=内含子+1能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列原核细胞真核细胞不同点编码区是_____的编码区是间隔的、_____的相同点都由能够编码蛋白质的________和具有调控作用的________区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较（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？连续不连续编码区非编码（1）非编码序列：包括非编码区和内含子2.获取目的基因的常用方法：一、目的基因的获取从生物组织中直接获取化学方法直接人工合成从基因文库中获取目的基因利用

PCR

技术扩增目的基因2.1化学方法直接人工合成①反转录法*：主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下：目的基因的mRNA双链DNA（目的基因）反转录②化学合成法：a.对比较小的目的基因，明确脱氧核苷酸序列后，可通过DNA合成仪直接人工合成；DNA合成仪②化学合成法：b.对于全基因或较大基因，采用半合成的方法。合成基因的部分寡核苷酸片段适当条件下退火得到模板—引物复合体在

dNTP

存在的条件下，通过

Klenow酶将双链

DNA

的突出

5′

端补平，合成相应的互补链，再用相应的

DNA

连接酶修复缺口，获得两条完整的互补双链某种基因的化学合成过程示意图2.2从基因文库中获取目的基因基因文库：将含有某种生物不同基因的许多

DNA

片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。组成：基因组文库：部分基因文库：包含一种生物的全部基因如cDNA文库限制酶基因组DNA与载体重组转化细菌体外包装某种生物的DNA限制酶多个DNA片段与载体重组导入受体菌储存其目的是分离有用的目的基因和保存某种生物的全部基因。基因组文库与载体重组反转录酶mRNAcDNA特定细胞内的mRNA反转录酶mRNA-DNA杂合链降解mRNA单链DNADNA聚合酶双链DNA导入受体菌群储存与载体重组cDNA文库基因组文库和部分基因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答：用

DNA

探针从基因文库中准确提取目的基因

根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针探查基因文库中已经变性的

DNA

片段（单链），如果有一个

DNA

片段能和探针片段互补而结合成双链（分子杂交），这一片段即含有所需要的基因。思考：1.如何从基因文库中提取目的基因？转录初级RNA成熟mRNA非编码区非编码区编码区与RNA聚合酶结合位点外显子内含子12345启动子终止子剪切、拼接DNA聚合酶单链DNAcDNA逆转录酶逆转录复制不含非编码序列。即不含非编码区和内含子

2.真核生物的基因用逆转录法得到的cDNA与原基因相同吗？PCR——

多聚酶链式反应

是一项在生物体外对目的基因进行扩增的技术。通过此技术，可获取大量的目的基因（优点）。2.3利用PCR技术扩增目的基因原理：前提：原料：方式：DNA复制要有一段已知目的基因的核苷酸序列（为了合成引物）以_______方式扩增，即______（n为扩增循环的次数）指数2n模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；2.3利用PCR技术扩增目的基因变性：加热至90℃以上双链DNA高温下打开退火：冷却至55℃左右DNA引物与单链DNA结合延伸：加热至72℃左右以目的基因为模板，合成互补的新DNA链变性退火延伸过程：DNA的提取和鉴定DNA从哪儿提取？怎样将DNA与细胞中的其他物质分离？如何鉴定——DNA的粗提取与鉴定2.4从生物组织中直接获取DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精初步分离DNA和蛋白质DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液，在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最小溶解DNA在一定温度下，DNA被二苯胺试剂染成蓝色鉴定DNA1.实验原理：DNA的粗提取与鉴定边做边学：2.实验材料：

一般选取鸡血来提取DNA，鸡血中血细胞含量高，DNA含量丰富，材料易得，细胞易吸水涨破。也可以选用植物细胞如洋葱等，只是破碎植物细胞比较麻烦，提取洋葱DNA时，需先将洋葱切碎，然后加入一定量的洗涤剂和食盐，进行充分搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。注意：该实验中不能选用猪血处等哺乳动物的血，因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器。洗涤剂作用：溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物食盐的作用：使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出DNA分子，并使DNA分子充分溶解于NaCl溶液中3.实验步骤：制备鸡血细胞取质量浓度为0.1g·mL-1的柠檬酸钠溶液（防止血液凝固）100mL和新鲜鸡血180mL，注入500mL烧杯中，充分搅拌。将混合均匀的鸡血细胞液置于4℃冰箱内，静置一天，使血细胞沉淀。破碎细胞：取出准备好的鸡血细胞液5~10mL，注入50mL烧杯中，并向烧杯中加入20mL蒸馏水，搅拌5min；提取核内物质：用垫有纱布的漏斗过滤，取其滤液。破碎细胞，获取含DNA的滤液3.实验步骤：溶解细胞核内的DNA取物质的量浓度为2mol·L-1的NaCl溶液40mL加入滤液中，用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，使其混合均匀，并过滤除去不溶的杂质。析出含DNA的黏稠物取适量蒸馏水沿烧杯壁缓缓加入滤液，同时用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌，观察烧杯中有无丝状物出现。当丝状物不再增加时，停止加入蒸馏水。用玻璃棒将丝状物挑起，这就是含有一定杂质的DNA4.实验结果展示：猕猴桃的DNA猪肝细胞的DNA原则：凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但选用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大试管编号A（对照组）B（实验组）步骤12mol/L的NaCl溶液5mL2mol/L的NaCl溶液5mL步骤2不进行任何处理加丝状物或沉淀物步骤3加入4mL二苯胺试剂，混匀加入4mL二苯胺试剂，混匀步骤4沸水浴5min沸水浴5min实验现象溶液不变蓝色溶液逐渐变为蓝色实验结论DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色DNA的鉴定及结果小组讨论：2.DNA的粗提取完成后，如何进一步纯化上述含有杂质的DNA？不相同；第一次加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破，释放出核物质，第二次加入的目的是稀释NaCl溶液，从而析出DNA。向溶解有

DNA