基因工程一轮复习教案课件

基因工程一轮复习基因工程一轮复习一、基因工程的基本操作工具第1页/共76页一、基因工程的基本操作工具第1页/共76页

基因工程，通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程的概念基因工程的别名操作环境原理基本过程优势目的DNA重组技术或基因拼接技术生物体外基因重组人类需要的生物类型和生物产品定向改造性状、打破物种界限剪切→拼接→导入→检测表达第2页/共76页基因工程，通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种

DNA重组技术的基本工具第3页/共76页DNA重组技术的基本工具第3页/共76页“分子手术刀”--“分子缝合针”--“分子运输车”--限制性核酸内切酶DNA连接酶载体

DNA重组技术的基本工具第4页/共76页“分子手术刀”--DNA重组技术的基本工具第4页/共76页识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且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。主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶化学本质：蛋白质。1、来源：3、作用：4、结果：形成两种末端黏性末端平末端可用于目的基因和载体的切割2、特性：限制酶是一类酶，而不是一种酶。一、限制酶——“分子手术刀”第5页/共76页识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中AT磷酸二酯键1234512345第6页/共76页AT磷酸二酯键1234512345第6页/共76页

黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割

被限制酶切开的DNA两条单链的切口，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。第7页/共76页黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割平末端

平末端SmaI限制酶的切割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。第8页/共76页平末端平末端SmaI限制酶的切割当限制酶从识别序列的中例1.下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，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RNA

D．限制性内切酶可从原核生物中提取C第9页/共76页例1.下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是1、种类：2、作用部位：E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶磷酸二酯键二、DNA连接酶——“分子缝合针”（黏性末端）（黏性末端和平末端）第10页/共76页1、种类：E·coliDNA连接酶磷酸二酯键二、DNA两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来DNA连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？第11页/共76页两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来DNA连接酶的缝合AATTGCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶的作用第12页/共76页AATTGCDNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质不同点模板作用对象

作用结果 用途都能催化形成磷酸二酯键都是蛋白质

不需要需要形成完整的重组DNA分子形成DNA的一条链基因工程DNA复制DNA连接酶与DNA聚合酶的比较在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸片段上，形成磷酸二酯键第13页/共76页DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质模板作用对象与DNA有关的酶种类项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子第14页/共76页与DNA有关的酶种类限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶1．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ()

A．①②③④

B．①②④③C．①④②③ D．①④③②C第15页/共76页1．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表三、载体——“分子运输车”1、载体的作用将

转移到受体细胞中去。目的基因2、常用的载体

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒3、作为载体必须具备的条件①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；②有一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源基因连接；③有特殊的遗传标记基因,供重组DNA的检测和鉴定第16页/共76页三、载体——“分子运输车”1、载体的作用将有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。有切割位点能复制并带着插入的目的基因一起复制质粒——裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。最常用运载体——质粒第17页/共76页有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。有切割位点能复制典例1.下列关于染色体和质粒的叙述，正确的是()A．染色体和质粒的化学本质都是DNAB．染色体和质粒都只存在于原核细胞中C．染色体和质粒都与生物的遗传有关D．染色体和质粒都可作为基因工程的常用载体C第18页/共76页典例1.下列关于染色体和质粒的叙述，正确的是()C第二、基因工程的基本操作程序第19页/共76页二、基因工程的基本操作程序第19页/共76页编码区非编码区非编码区编码区上游编码区下游编码蛋白质调控遗传信息的表达（调控程序）…A‥………ATGTGCACGTAGTTA………‥G……T‥………TACACGTGCATCAAT………‥C…启动子终止子知识点一：基因的结构1.原核细胞的基因结构第20页/共76页编码区非编码区非编码区编码区上游编码区下游编码蛋白质调控遗传编码区非编码区非编码区启动子终止子ATGTGCACGTAGTTATACACGTGCATCAATRNA聚合酶AUGUGCACGUAGUUA

启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.

终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。第21页/共76页编码区非编码区非编码区启动子终止子ATGTGCACGTAGT编码区非编码区非编码区启动子终止子外显子内含子编码蛋白质2.真核细胞的基因结构能够编码蛋白质的序列叫做外显子不能编码蛋白质的序列叫做内含子内含子：外显子：RNA聚合酶结合位点第22页/共76页编码区非编码区非编码区启动子终止子外显子内含子编码蛋白质2.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3.原核细胞与真核细胞的基因结构比较连续不连续编码区非编码第23页/共76页原核细胞真核细胞不同点编码区是编码区是间隔的、_____的都知识点二：基因工程基本操作的四个步骤1、目的基因的获取2、基因表达载体的构建3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定第24页/共76页知识点二：基因工程基本操作的四个步骤1、目的基因的获取2、基1、目的基因主要是______________________编码蛋白质的结构基因2、获取目的基因的常用方法：（1）从基因文库中获取（2）利用PCR技术扩增（3）人工合成一、目的基因的获取第25页/共76页1、目的基因主要是_____________________（一）从基因文库中获取目的基因将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库基因文库

基因组文库部分基因文库（cDNA文库）第26页/共76页（一）从基因文库中获取目的基因将含有某种生物提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的DNA片段将DNA片段与载体连接导入受体菌中储存基因组文库1.基因文库的构建方法（1）直接分离法(鸟枪法)第27页/共76页提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的DNA片段某种生物的单链mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存与载体连接cDNA文库反（逆）转录酶DNA聚合酶（2）反转录法第28页/共76页某种生物的单链mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体基因组DNA文库cDNA文库2.基因组DNA文库与cDNA文库比较第29页/共76页基因组DNA文库cDNA文库2.基因组DNA文库与cDNA2.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第30页/共76页2.基因组文库和部分基因文库的比较文库类型cDNA文库基因①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术。③前提条件：_______________________；原料：___________、___________、__________________、________________。②原理：__________聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸DNA引物热稳定DNA聚合酶模板DNA（二）利用PCR技术扩增目的基因第31页/共76页①概念：PCR全称为_______________，是一项④过程：a、变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、复性（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链第32页/共76页④过程：a、变性（90℃-95℃）：双链DNA模板b、复性（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：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链变性退火延伸第33页/共76页变性、退火、延伸三步曲变性：加热至90～95℃双链DNA解链PCR技术扩增与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理原料条件不同点解旋方式场所酶结果碱基互补配对四种脱氧核苷酸模板、能量、酶DNA在高温下变性解旋解旋酶催化体外复制细胞核内热稳定的DNA聚合酶细胞内的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整个DNA分子第34页/共76页PCR技术扩增与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原——根据已知的氨基酸序列合成DNA蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测目的基因化学合成已知核苷酸序列的较小基因可以化学合成，不需要模板。（三）人工合成获取目的基因第35页/共76页——根据已知的氨基酸序列合成DNA蛋白质的氨基酸序列mRN人工合成(基因序列已知，且比较小)DNA合成仪第36页/共76页人工合成(基因序列已知，且比较小)DNA合成仪第36页/共7质粒目的基因限制酶处理一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因DNA连接酶表达载体同一种1.基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建——核心限制酶切割位点的选择必须保证目的基因，标记基因的完整性，以便于检测和表达。第37页/共76页质粒目的基因限制酶处理一个切口两个切口DNA连接酶表达载体同2.基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因位于基因的首端,RNA聚合酶的结合位点位于基因的末端,终止转录检测目的基因是否导入受体细胞第38页/共76页2.基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动①载体与表达载体的区别：与载体相比较,表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA);

终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)提醒：第39页/共76页①载体与表达载体的区别：与载体相比较,表达载体在载体基础上增三、将目的基因导入受体细胞（一）转化：（二）方法将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞法目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达第40页/共76页三、将目的基因导入受体细胞（一）转化：（二）方法将目的基因（1）农杆菌转化法①特点：

易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力②原理：

Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。1、将目的基因导入植物细胞第41页/共76页（1）农杆菌转化法①特点：②原理：1、将目的基因导入植物细胞③转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌第42页/共76页③转化过程:Ti质粒构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。（2）基因枪法适用于单子叶植物第43页/共76页基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将（3）花粉管通道法适用于被子植物第44页/共76页（3）花粉管通道法适用于被子植物第44页/共76页①方法：显微注射法②程序：目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）显微注射受精卵

新性状动物2、将目的基因导入动物细胞第45页/共76页目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少②方法：

用Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子3、将目的基因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第46页/共76页用Ca2+处理细胞感受态细胞四、目的基因的检测与鉴定检测①导入检测：目的基因是否导入受体细胞方法——DNA分子杂交②表达检测转录检测——分子杂交翻译检测——抗原抗体杂交分子检测法鉴定抗虫鉴定抗病鉴定活性鉴定等个体水平的鉴定第47页/共76页四、目的基因的检测与鉴定检测①导入检测：目的基因是否导入受体DNA分子杂交15N15N14N14N探针转基因生物的DNA变性变性①首先取出转基因生物的基因组DNA；②将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针；③使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中。第48页/共76页DNA分子杂交15N15N14N14N探针转基因生变性变性①归纳:基因工程的基本操作程序获取目的基因从基因文库利用PCR化学方法人工合成构建基因表达载体目的基因、启动子、终止子、标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法、显微注射法目的基因的检测与鉴定检测：是否插入、转录、翻译鉴定：第49页/共76页归纳:基因工程的基本操作程序获取目的基因第49页/共76页1、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是A、化学合成法

B、基因组文库法C、cDNA文库法

D、聚合酶链反应2、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成A．①②③④B．①②③C．②③④ D．②③AD第50页/共76页1、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是2、下

3.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答：(1)在基因工程中,A→B为

技术,利用的原理是

,其中①为

过程。

(2)加热至94℃的目的是使DNA中的

键断裂,这一过程在细胞内是通过

的作用来完成的。

DNA解旋解旋酶PCRDNA复制氢第51页/共76页3.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答：(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条DNA分子,此过程中的原料是

,遵循的原则是

。(4)B→D为抗虫棉的培育过程,其中④过程常用的方法是

,要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后是否能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作,请写出在个体生物学水平上的鉴定过程：4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则农杆菌转化法让害虫吞食转基因棉花的叶子,观察害虫的存活情况第52页/共76页(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚4种脱三、基因工程的应用第53页/共76页三、基因工程的应用第53页/共76页抗病

抗逆

生长速度品质药物器官移植

第54页/共76页抗病抗逆生长速度品质药物器官移植第54页/共76页将

基因与

等调控组件重组在一起，通过

等方法，导入哺乳动物的

中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。

药物蛋白乳腺蛋白基因的启动子显微注射受精卵第55页/共76页将基因与1、基因治疗概念：基因治疗

把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：

将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。对严重复合型免疫缺陷症的治疗第56页/共76页1、基因治疗概念：基因治疗把正常基因导入病人体内3、原理病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的正常基因，在病人体内两种基因都存在且都能表达，正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，从而治愈了有基因缺陷的疾病。第57页/共76页3、原理病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基4、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）5、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段第58页/共76页4、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进基因诊断概念用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。第59页/共76页基因诊断概念用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子做探针D考向1下列关于基因工程应用的叙述，错误的是 ()A．基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交C．一种基因探针只能检测水体中的一种病毒D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良第60页/共76页D考向1下列关于基因工程应用的叙述，错误的是 (四、蛋白质工程的崛起

第61页/共76页四、蛋白质工程的崛起第61页/共76页一、蛋白质工程的崛起的缘由基因工程产物基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。第62页/共76页一、蛋白质工程的崛起的缘由基因工程产物这些天然蛋白质是生物在二、蛋白质工程的基本原理1、蛋白质工程的目标

根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。2、天然蛋白质的合成过程DNA（基因）转录mRNA翻译蛋白质基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能第63页/共76页二、蛋白质工程的基本原理1、蛋白质工程的目标根据人们对蛋３、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）第64页/共76页３、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构4、蛋白质工程的概念

是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的基础:蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系蛋白质工程的实质：改造基因蛋白质工程的产物：新的蛋白质第65页/共76页4、蛋白质工程的概念是指以蛋白质分子的结构规律及其生5、蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别原理中心法则的逆推基因重组过程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型结果自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现第66页/共76页5、蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别原理中1科学家将β－干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β－干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为(

)A．基因工程 B．蛋白质工