生物：专题1《基因工程》课件(1)(新人教版选修3)

专题1

基因工程基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品。是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品对基因工程概念的分析：工具为什么要加工什么是表达用什么导入

基因的剪刀（分子手术刀）

——限制性核酸内切酶（限制酶）

基因的针线（分子缝合针）

——DNA连接酶

基因的运输工具（分子运输车）

——运载体

到哪里去寻找这种酶1.1DNA重组技术的基本工具（1）限制酶

①分布：主要在原核生物中。②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。③结果：产生黏性未端和平末端

④举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶

与我们学过的DNA酶相同吗？识别序列的特点作用是什么两者的区别这两种酶切的特点切断的是什么键限制酶能识别双链DNA分子中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限制酶的识别特点以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列

如：GAA

TTC

CCC

GGG

CTT

AAG

GGGCCC黏性末端平末端黏性末端黏性末端EcoRI什么叫黏性末端？

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。什么叫平末端？

被限制酶沿识别序列的中轴线切开的DNA两条单链的切口叫平末端。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？

会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。

基因的针线：DNA连接酶G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G

同种限制酶切割（2）DNA连接酶

①连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键：磷酸二酯键（梯子的扶手）②结果：将两个相同的未端的连接。③分类：E·coliDNA连接酶

T4DNA连接酶

与DNA聚合酶相同吗二者在性质上的区别基因的针线——DNA连接酶

DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来(形成磷酸二酯键)，这样一个重组的DNA分子就形成了。

限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？E.coliDNA连接酶：连接黏性末端T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端区分下列DNA末端是黏性末端还是平末端，并回答哪些能用DNA连接酶连接起来？（3）运载体

①作用：将外源基因送入受体细胞。

②具备的条件：能在宿主细胞内复制，并稳定地保存有多个限制酶切点，

具有某些标记基因，对受体细胞无害

③举例：质粒（常用）、噬菌体和动植物病毒。

为什么要具备这些条件与外源基因连接。

便于进行筛选

质粒是独立于细菌拟核之外的双链环状DNA分子，具有以下主要特点：1、能自我复制并在受体细胞中稳定存在2、有一个或多个限制酶切点3、有特殊的遗传标记基因

注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的。能复制并带着插入的目的基因一起复制有切割位点有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。大肠杆菌及质粒载体结构模式图1）以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是

A、能复制（）

B、有多个限制酶切点

C、具有标记基因

D、它是环状DNAD练习3）有关基因工程的叙述中，错误的（）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B、限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习4）下列关于基因工程的叙述，不正确的是（）A、基因工程的原理是基因重组B、运用基因工程技术，可使生物发生定向变异C、一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上D、是非同源染色体上非等位基因的自由组合练习D4）有关基因工程的叙述正确的是（）

A、限制酶只在获得目的基因时才用

B、重组质粒的形成在细胞内完成

C、质粒都可作为运载体

D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D练习5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）

A、人工合成目的基因

B、目的基因与运载体结合

C、将目的基因导入受体细胞

D、目的基因的检测和表达C练习

1.2

基因工程的基本操作程序原核细胞的基因结构(编码区上游)编码区下游转录RNA合成方向

编码区：

非编码区：

不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。有调控遗传信息表达的核苷核酸序列。能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成。RNA聚合酶结合位点真核细胞的基因结构编码区上游编码区下游RNA聚合酶结合位点12345转录RNA合成方向

外显子与内含子：

外显子能编码蛋白质，内含子不能。不同的基因外显子与内含子的个数一般是不同的。原核细胞与真核细胞基因结构的比较原核细胞真核细胞不同点相同点编码区是连续的编码区是间隔的、不连续的都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成的

关于非编码序列：原核细胞非编码序列包括编码区上游和下游的核苷酸序列，真核细胞不但包括编码区上游和下游的核苷序列，还包括编码区中的内含子。

关于终止子与终止密码子：

终止子位于DNA上，属于非编码区的核苷酸序列。它能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录工作结束。终止密码子位于mRNA上，共有三种：UAA、UAG、UGA。这三种核苷酸不能决定氨基酸。训练题1、原核细胞的基因与真核细胞的基因相比，主要的区别有①所含核苷酸的数目②基本组成单位③基本功能④非编码区的结构⑤编码区的结构

A．①⑤B．②③C．④⑤D．①③2、大肠杆菌和酵母菌细胞内各有一种蛋白质都是由10个氨基酸组成，那么控制蛋白质白质合成的基因，其组成的脱氧核苷酸数是

A．大肠杆菌的多B．酵母菌的多

C．两者一样多D．无法确定基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤：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步骤一：目的基因的获取

目的基因是人们所需要转移或改造的基因,获取目的基因是实施基因工程的第一步。

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、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。1.从基因文库中获取目的基因。

2.利用PCR技术合成DNAPCR:聚合酶链式反应.是以DNA变性、复制的某些特性为原理设计的.

前提条件是必须对目的基因有一定的了解，需要设计引物。

获取目的基因的方法：3.mRNA差异显示法获得目的基因（反转录）4.根据已知的氨基酸序列合成DNA法：1、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(genelibrary)。基因组文库:基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基因文库叫做基因组文库.

部分基因文库:基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库，如cDNA文库。基因文库的构建模式图通过对受体菌的培养而储存基因CDNA文库基因组文库文库大小小大启动子无有内含子无有基因多少某生物部分基因某生物全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以（1）以DNA片段作模板，在90℃高温下，分开成为单链DNA。

（2）以DNA小段寡聚核苷酸做引物，在50℃的温度下，找到可以配对的正链和负链，形成互补结合。（3）在70℃高温下，合成一条与模板DNA单链（正链或负链）互补结合的DNA新链。

（4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从90oC-50oC-75oC，目的基因的量不断增加反应体系中经历：变性——退火——合成——重复。结果：目的基因的量成指数形式扩增（2n)高温的作用是？四种脱氧核苷酸酶高温DNA聚合酶（Taq酶），原料2.利用PCR技术合成DNA

3、由mRNA反转录形成cDNA（反转录法）mRNADNA单链

DNA单链RNA–DNA杂交分子RNA–DNA杂交分子单链DNA单链DNA双链DNA逆转录使RNA降解复制核酸酶H??形成氢键4.根据已知的氨基酸序列合成DNA法：

根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。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步骤二：基因表达载体的构建1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。

2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。

3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）

目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。总结：表达载体需由哪几部分组成复制原点启动子目的基因终止子标记基因它们的作用是？目的基因与运载体结合质粒DNA分子同一种限制酶处理

一个切口两个黏性末端

两个切口获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）目的基因与运载体结合的结果可能三种情况：（1）目的基因与目的基因结合（2）质粒与质粒结合（3）目的基因与质粒结合常用的受体细胞：

有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。步骤三：目的基因导入受体细胞1.将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法2.将目的基因导入动物细胞显微注射法

用口径为1μm的DNA注射器，将大量的目的基因片段直接注入到受精卵的核内，然后把经过注射的受精卵移植到另一只雌性动物的子宫内，使受精卵发育为转基因动物。什么叫显微注射技术？3.将目的基因导入微生物细胞

大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:

首先用Ca2+处理细胞,以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,这种细胞称为感受态细胞.

第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程.

第二步目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。

2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。

3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。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

不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？

若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。

通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入表达：检测：

通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达步骤四：目的基因的检测与鉴定DNA分子杂交技术基因探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。满足条件：（1）必须是单链，（2）带有容易被检测出来的标记物。

前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。1）以下说法正确的是（）

A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列

B、质粒是基因工程中唯一的运载体

C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接

D、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是

A、能复制（）

B、有多个限制酶切点

C、具有标记基因

D、它是环状DNAD3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）

A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来

B、限制性内切酶用于目的基因的获得

C、目的基因须由运载体导入受体细胞

D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A4）有关基因工程的叙述正确的是（）

A、限制酶只在获得目的基因时才用

B、重组质粒的形成在细胞内完成

C、质粒都可作为运载体

D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）

A、人工合成目的基因

B、目的基因与运载体结合

C、将目的基因导入受体细胞

D、目的基因的检测和表达C(2008理综山东卷)35.（8分）【生物—现代生物科技专题】

为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中

处，DNA连接酶作用于

处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和

法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用

技术，该技术的核心是

和

。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的

作探针进行分子杂交检测，又要用

方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。a植物组织培养脱分化（去分化）基因枪法（花粉管通道法）再分化耐盐基因（目的基因）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）a（2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括

和

。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是

和

。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或

，后者的形状呈

。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率

，所以在转化后通常需要进行

操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和

序列上是相同的。答案：（1）从基因文库中获取化学合成（人工合成）（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（连接酶）（3）质粒小型环状（双链环状、环状）（4）低筛选（5）氨基酸（2007，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是

。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入

中，原因是

。（3）通常采用

技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的

细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的

转入

细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为

。显微注射法受精卵（或早期胚胎）

DNA分子杂交）（核酸探针）

受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达去核的卵膀胱上皮细胞核核移植（或克隆）1.3基因工程的应用一、植物基因工程硕果累累转基因工程技术主要用于提高浓作物的抗逆能力,以及改良弄作物的品质和利用植物生产药物等方面.1.抗虫转基因植物2.抗病转基因植物3.其他抗逆转基因植物4.利用转基因改良植物的品质1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。2）抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。基因工程在农业上的应用：

繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？

将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。二、动物基因工程前景广阔1.用于提高动物生长速度2.用于改善畜产品的品质3.用转基因的动物生产药物4.用转基因的动物作器官移植的供体5.基因工程药品异军突起在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？

利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。

胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。基因工程药品——胰岛素

干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980~1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品——干扰素

治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——生长激素转基因动物的乳腺。就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？

是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。什么叫转基因动物？1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。

2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。

3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。

为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？基因诊断：

也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原理：利用DNA分子杂交原理；三、基因治疗曙光初照基因探针：

基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。DNA分子杂交原理：DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。基因诊断技术在什么方面发展迅速？

在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。1）β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症

2）苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症

3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病举例基因治疗：

是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。

患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。

1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。基因工程与食品业基因工程为人类开辟新的食物来源。

1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。

2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程与环境保护1）用于环境监测。2）用于被污染环境的净化。基因工程在环保方面有什么应用？

例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。通过基因工程方法怎样进行环境监测？1）用基因工程产物——“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。

2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。

3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代