2018-2019高中生物第4章基因工程4.1基因工程的基本原理和技术课件北师大版.pptx

第1节基因工程的基本原理和技术,1.简述基因工程的概念和理论基础。2.记住限制性内切酶的特点、作用。3.能说出DNA连接酶的特点、作用方式。4.记住常用运载体的必需条件、种类及其作用与特点。,1.基因工程的概念,思考：基因工程依据的原理是什么?提示:基因重组。,2.基因工程研究的理论基础20世纪中期,分子生物学的研究主要有三大科学成就,为基因工程的诞生奠定了理论基础。(1)在20世纪40年代,证实了DNA是主要的遗传物质,它是遗传信息的携带者。(2)在20世纪50年代,确立了DNA的双螺旋构型,遵循碱基互补原则,DNA进行半保留复制。(3)在20世纪60年代,提出了“中心法则”和操纵子学说,成功地破译了遗传密码,阐明了遗传信息的流动与表达机制。,3.基因工程操作技术的突破(1)DNA分子的切割技术基因工程的“分子手术刀”限制性核酸内切酶(简称限制性内切酶或限制酶),主要存在于微生物中。限制性内切酶的作用特点是能够识别DNA上某种核苷酸的序列和位置,并在这个位置切开DNA分子。限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。(2)DNA分子的连接技术“分子缝纫针”连接酶的作用是将两个具有相同末端的DNA片段连接起来。,(3)DNA分子的运载工具运载体必须具备的条件:必须是一种能够自我复制的较小的DNA分子;能使带进去的DNA在细胞里面进行复制,并且仍然保持原有的特性;作为载体最好具有某些简单的特性,如抗药性、免疫性等。常用的运载体包括质粒、噬菌体和动植物病毒。最理想的运载体是质粒,它是细菌染色体外的一种很小的环状DNA分子,能进行自我复制,带有某种抗性基因,能在细胞之间钻进穿出。,1.限制性内切酶与DNA连接酶(1)限制性内切酶,特别提醒限制性内切酶具有专一性,能识别特定的DNA序列,切出能互补配对的黏性末端或平末端。,(2)限制性内切酶与DNA连接酶的比较区别,两者的关系可表示为:,特别提醒(1)核苷酸分子间的氢键是分子间作用力,其断裂与重新形成均与限制性内切酶、DNA连接酶无关。(2)限制性内切酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)DNA连接酶起作用时不需要模板。,(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的区别,2.几种与DNA相关的酶(1)几种酶的比较,(2)上述几种酶的作用部位图解作用于图中a(磷酸二酯键)且催化a键断裂的酶有:限制性内切酶、DNA酶。催化a键形成的酶有:DNA聚合酶、DNA连接酶。作用于图中b(氢键)的酶:解旋酶。,3.运载体(1)运载体的作用是将外源基因导入受体细胞,使其在受体细胞内稳定遗传并表达。目前,常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。(2)运载体必须具备的条件,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程【典例1】下列有关基因工程的叙述,不正确的是()A.基因工程又叫做DNA重组技术B.对生物的基因进行改造或重新组合,定向地改造生物的遗传特性C.在医药卫生、农牧业和环境保护等方面有广泛的应用D.可对任何物种进行改造,控制生物的进化解析:基因工程又叫DNA重组技术或基因拼接技术,可以定向地改造生物的遗传特性,但是无法改造物种,更不可能控制生物的进化。答案:D,题型一,题型二,题型三,题型四,归纳点拨不同生物的DNA能够重组的基础(1)基本组成单位相同:不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。(2)空间结构相同:不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。(3)碱基配对方式相同:不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基互补配对方式均是A与T配对,G与C配对。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶限制性内切酶【典例2】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,但微生物中很少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.限制性内切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键解析:限制性内切酶主要存在于微生物中,其作用部位是特定序列中两个核苷酸之间的磷酸二酯键。限制性内切酶切割DNA后形成的末端有黏性末端和平末端两种。答案:B,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟有关限制性内切酶的知识需注意以下几点:(1)限制性内切酶主要存在于微生物中,尤其是原核生物中;(2)限制性内切酶具有特异性,不同的限制性内切酶切割DNA的位点不同;(3)限制性内切酶是一类酶,而不是一种酶;(4)限制性内切酶的化学本质为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶DNA连接酶【典例3】下列有关DNA连接酶和DNA聚合酶的说法,正确的是()A.DNA连接酶和DNA聚合酶都需要模板,其目的都是合成DNA分子B.DNA连接酶不需要四种脱氧核苷酸作为原料C.DNA连接酶是在细胞核内合成的,而DNA聚合酶是在核糖体上合成的D.DNA连接酶连接的是氢键和磷酸二酯键,题型一,题型二,题型三,题型四,解析:DNA聚合酶和DNA连接酶都是催化形成磷酸二酯键,只是前者是将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸片段上,后者是将两个DNA片段通过形成磷酸二酯键连接起来。它们的化学本质都是蛋白质,都是在细胞内的核糖体上合成的。DNA聚合酶催化DNA单链合成时需要四种脱氧核苷酸作为原料,且需要模板,但是DNA连接酶催化DNA片段连接时不需要四种脱氧核苷酸作为原料,也不需要模板。答案:B,题型一,题型二,题型三,题型四,方法规律DNA连接酶作用部位辨析(1)图示(2)分析针对上图,不要认为DNA连接酶作用于碱基对之间的氢键。DNA连接酶作用于图中的“断口”处,形成磷酸二酯键。比喻:DNA连接酶“不是作用于梯子的踏板处,而是作用于扶手的断口处”。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的运载工具运载体【典例4】运载体作为基因的运载工具,必须具备的条件及理由是()A.能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因B.具有多个限制性内切酶切点,以便于目的基因的表达C.具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供条件D.能够在受体细胞中复制并稳定保存,以便于进行筛选解析:运载体能够稳定地在受体细胞内存在且复制的特性,可以达到大量复制目的基因的目的。具有多个限制性内切酶切点,以便于外源DNA分子的插入。具有某些标记基因,以便于鉴定和筛选重组DNA分子。答案:A,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟(1)标记基因的作用是便于对目的基因是否导入受体细胞进行检测,起到筛选作用,但是目的基因是否表达不能用标记基因来检测。(2)选择限制性内切酶时,要确定被选的限制性内切酶不能破坏标记基因的核苷酸序列,否则就失去标记基因的作用。(3)基因工程中的运载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的运载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。(4)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。,1,2,3,4,5,1.下列叙述符合基因工程概念的是()A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上解析:A项属于细胞工程;C项属于诱变育种;D项属于噬菌体侵染细菌;B项中将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株,符合基因工程的概念和特点。答案:B,1,2,3,4,5,2.下列有关基因工程中限制性内切酶的叙述,错误的是()A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶的活性受温度影响C.限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶主要是从原核生物中提取的解析:限制性内切酶的化学本质是蛋白质,其活性受温度和pH的影响。限制性内切酶的特点是能识别双链DNA中特定的核苷酸序列,可在特定的位点进行切割。限制性内切酶主要是从原核生物体内分离出来的。限制性内切酶不能识别和切割RNA。答案:C,1,2,3,4,5,3.下图所示为部分双链DNA片段,下列有关叙述错误的是()A.切断a处的酶可是限制性内切酶B.连接a处的酶可是DNA连接酶C.切断b处的酶为DNA解旋酶D.连接b处的酶为RNA聚合酶解析:限制性内切酶能识别特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子,即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)。内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过DNA解旋酶水解。DNA连接酶能将切断的磷酸二酯键进行连接,即连接图中的a处。RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。答案:D,1,2,3,4,5,4.限制性内切酶Mun和限制性内切酶EcoR的识别序列及切割位点分别是CTTAAG和GAATTC。下图表示四种质粒和目的基因,其中箭头所指部位为限制性内切酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因运载体的质粒是(),解析:由图可知,质粒B上无标记基因,不适合作为运载体;质粒C和D的标记基因上都有限制性