基因工程(复习1)课件

1、专题一 基 因工程高 考 要 求1.基础理论艾弗里证明：沃森和克里克：克里克：尼伦贝格：DNA是遗传物质DNA双螺旋结构的发现中心法则的确立遗传密码的破译研讨问题一：基因工程实施的基础基因工程的理论基础1.基因拼接的理论基础（1）DNA是主要的遗传物质；（2）DNA的基本组成单位都是四种脱氧核糖核苷酸；（3）DNA双螺旋结构。2.外源基因表达的理论基础（1）基因是控制生物性状独立遗传的单位；（2）遗传信息的传递都遵循中心法则；（3）生物界共用一套遗传密码。基因工程的诞生和发展2.工具基础酶：载体： 3.诞生限制性核酸内切酶、DNA连接酶、逆转录酶质粒等1973年，美国斯坦福大学分子生物学家科恩

2、第一个建成“基因工程菌” 。科学界把这一年定为“基因工程元年”例1. 下列叙述符合基因工程概念的是AB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B原核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区编码区上游编码区下游调控遗传信息的表达(调控序列)编码蛋白质(编码序列)【拓展】基因的结构编码区启动子原核细胞的基因结构非编码区能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编

3、码蛋白质的区段 不能编码蛋白质的区域，调控遗传信息的表达 终止子位置功能位置功能编码区上游紧靠着转录起点 引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合 编码区下游紧靠着转录的终点的位置 阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来 真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区编码区下游调控遗传信息的表达(调控序列)外显子(能编码蛋白质)内含子(不能编码蛋白质)真核生物的基因结构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信使RNA成熟的信使RNA例2.北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程

4、示意图，有关叙述正确的是A过程获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，C过程构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达B基因工程的基本操作工具2.限制性内切酶的来源？作用特点？作用部位？作用结果？主要分布：原核生物细胞内（约4000种）作用特点：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中 特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。作用部位：磷酸二酯键作用结果：形成黏性末端或平末端EcoR黏性末端黏性末端E.c

5、oliDNA连接酶黏性末端黏性末端Go back重复演示3、基因工程中常用同种的限制性内切酶切割目的基因和运载体的原因？如果用不同的限制酶切割目的基因和运载体能否起到相同的作用？试举例说明。目的基因两端若有不同的黏性末端可否与运载体结合？如何结合？其优点是？ 用同种的限制性内切酶切割的目的是产生相同的黏性末端用不同的限制酶切割目的基因和运载体有时也能起到相同的作用,如：限制酶识别和切割的位点如图所示：GATCC 限制酶识别和切割的位点如图所示：GGATCC与只使用EcoRI相比较，使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以 。 防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自

6、身环化 【思维拓展】关于限制酶的问题一般来说，不同的限制酶有不同的识别序列，有不同的切点位置，切出不同的黏性末端，但也有两种特殊情况：1.不同的限制酶有不同的识别序列，但可以切出相同的黏性末端，如以下两种酶处理得到黏性末端均为AATT：酶I识别序列GAATTCCTTAAG酶IIAAAATTTTTTTTAAAA两种酶经常用于同一个基因工程中限制酶的选择使用例3 基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。根据下图示判断下列操作正确的是A目的基因和质粒均用限制酶切割B目的基因和质粒均用限制酶切割C质粒

7、用限制酶切割，目的基因用限制酶切割D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割D限制酶的选择使用变式训练1抗四环素基因EcoBBamHHinDBamH应选择哪种限制酶？HinD关于限制酶的问题2.不同的限制酶有相同的识别序列，但可以切出不同的黏性末端，如：酶I识别序列GGAATTCCCCTTAAGG酶IIGGAATTCCCCTTAAGG黏性末端GAATTCAATT这两种酶不会在同一个基因工程中采用4.DNA连接酶的类别及其作用的区别？DNA连接酶作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。E.coliDNA连接酶:只能连接黏性末端T4DNA连接酶:连接黏性末端或平末端（平末端效率低） T1

8、234512345 A磷酸二酯键例4（2011年浙江卷）ada（酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是A. 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 B. 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C. 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaD. 每个人的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子C研讨问题二：基因工程操作的基本过程（四步曲）6.获取目的基因的方法有那些？(1)从基因文库中获取目的基因基因组文库部分基因文库（cDNA文库）基因组文库的构建模式图通过对受体菌的培养而储存基因6.比较基因组文库和cDNA文库的区别 小可以部分基因可以某种

9、生物的全部基因有无有无大某种生物的部分基因(2)利用PCR(多聚酶链式反应)技术扩增目的基因在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。包括：变性、退火、延伸三部曲变性(95):双链DNA解聚成为单链DNA退火(55):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(72):以目的基因为模板，在DNA聚合酶的作用下，合成互补的新DNA链PCR缓冲溶液中：DNA模板、4种脱氧核苷酸、两种引物、 TaqDNA聚合酶(耐高温)、ATP【思维拓展】关于PCR技术中的原料和能量问题：PCR技术也是合成DNA分子的过程，属于合成反应，是消耗能量的，但图18中未提到能量。图

10、18分析：PCR的原料是dCTP、dGTP、dATP、dTTP。这四种物质并不是必修二中我们熟悉的四种游离的脱氧核苷酸，而是脱氧核苷酸连接上了两个磷酸，和ATP一样，是高能化合物，在PCR过程中是可以提供能量的。试题中，若指出原料是dCTP、dGTP、dATP、dTTP，则条件中不再另写能量，若原料是四种游离的脱氧核苷酸，则另外还需要ATP提供能量。(2)利用PCR(多聚酶链式反应)技术扩增目的基因(3)人工合成目的基因在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。包括：变性、退火、延伸三部曲变性(95):双链DNA解聚成为单链DNA退火(55):部分引物与模板的单链DN

11、A的特定互补部位相配对和结合延伸(72):以目的基因为模板，在DNA聚合酶的作用下，合成互补的新DNA链PCR缓冲溶液中：DNA模板、4种脱氧核苷酸、两种引物、 TaqDNA聚合酶(耐高温)、ATP基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪人工合成DNA 逆转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。化学方法合成：已知核苷酸序列的小片段基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。7.基因工程的核心步骤？构建基因表达载体的目的？基因表达

12、载体的组成及各部分的作用是什么？如何利用标记基因筛选出重组质粒？基因表达载体的构建-基因工程的核心目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代使目的基因能表达和发挥作用。组成：目的基因：启动子：终止子：标记基因：控制合成目的蛋白质是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA使转录在所需的地方停止下来鉴别和筛选出含有目的基因的受体细胞构建方法8.将目的基因导入动物、植物、微生物细胞的常用方法有？导入植物细胞:（受精卵和体细胞都可以）应用范围：双子叶植物和裸子植物农杆菌转化法:基因枪法：花粉管通道法单子叶植物农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色

13、体的DNA上导入动物细胞：（一般是受精卵，体细胞也可以）显微注射技术导入微生物细胞：感受态细胞法受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙Ca2+处理细胞:增大细菌细胞壁的通透性,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态微生物作为受体细胞的优点:繁殖速度快、多为单细胞、遗传物质相对较少9.目的基因在分子水平上检测包括哪几个方面及检测原理？在个体水平的检测如何进行？ 分子水平个体生物水平DNA分子杂交技术抗原抗体杂交分子杂交技术抗虫鉴定、抗病鉴定、抗除草剂等抗逆性的鉴定需要做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。检测目的基

14、因是否插入了转基因生物的染色体DNA上检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质研讨问题四：基因工程的应用10.基因工程在植物育种方面的应用有哪些？培育抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂玉米、延熟保鲜番茄等生物导入的目的基因、使用的受体细胞、操作的一般过程？抗虫转基因植物目的基因主要是： Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等用于抗病毒转基因植物的目的基因主要是： 病毒外壳蛋白（CP）基因 病毒的复制酶基因用于抗真菌转基因植物的目的基因主要是： 几丁质酶基因和抗毒素合成基因其它抗逆转基因植物抗病转基因植物利用转基因改良植物的品质抗旱、抗盐、抗寒、抗涝等

15、抗逆性如导入鱼的抗冻蛋白质基因的烟草和番茄、抗除草剂的大豆、玉米等。富含赖氨酸的转基因玉米转基因延熟番茄等实例分析：抗虫棉的培育过程11.基因工程在动物育种方面的应用有哪些？如何培育乳腺生物反应器？使用的受体细胞、操作的一般过程？如何培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪？用于提高动物的生长速度 用于改善畜产品的品质用于转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的供体转基因绵羊和转基因鲤鱼外源生长激素基因转基因牛肠乳糖酶基因乳腺生物反应器提供外源器官的转基因猪将供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。

16、12.微生物作为受体细胞的优点？利用工程菌生产的基因工程药物有哪些(60多种)？优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少药物包括：细胞因子、抗体、疫苗、激素等干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药；干扰素对于治疗乳腺癌、骨髓癌、淋巴癌和某些白血病也有一定的疗效13.基因治疗的类型及实例？用于基因治疗的基因的种类？ 腺苷脱氨酶免疫缺陷病的基因治疗过程？类别：可分为体外基因治疗(方法复杂，效果可靠)和体内基因治疗含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,实例1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒将正常基因转入到患者的肺组织中，成功治疗遗传性囊性纤维化病用于基因治疗的基因种类1.正常基因:代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2.反义基因:用反义mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。3.自杀基因:编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。需指出的是：无论体外还是体内基因治疗，目前都是处于初期的临床试验阶段。研讨问题五