高三一轮复习课件基因工程(正式)

☆选修3☆现代生物科技专题DNA重组技术的基本工具

1.基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过__________和__________，赋予生物以__________的遗传特性，创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在__________上进行设计和施工的，又叫做__________。DNA重组技术

体外DNA重组转基因技术新DNA分子水平操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因ＤＮＡ分子水平剪切拼接导入表达人类需要的基因产物基因拼接技术或DNA重组技术实质：基因重组2.基因工程的基本工具(1)“分子手术刀”——__________①来源：主要是从__________中分离纯化出来的。②功能：能够识别双链DNA分子的某种__________的核苷酸序列，并且使每一条链中__________部位的两个核苷酸之间的__________断开，因此具有__________性。③结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：__________和__________。专一

限制性核酸内切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯键黏性末端平末端(2)“分子缝合针”——__________①两种DNA连接酶（大肠杆菌DNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：a.相同点：都缝合__________键。b.区别：大肠杆菌DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的__________之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合_____________。②与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将__________加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接__________的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶

磷酸二酯黏性末端两种末端单个核苷酸两个DNA片段DNA连接酶注：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链DNA连接酶DNA聚合酶作用过程在两个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的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键作用结果将存在的DNA片段连接成重组DNA分子合成新的DNA分子(3)“分子运输车”——__________①运载体具备的条件a.能在受体细胞中复制并稳定保存。b.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。c.具有标记基因，供重组DNA的鉴定。②最常用的运载体是__________,它是一种裸露的、结构简单的、独立于__________核区DNA之外，并具有__________的双链__________DNA分子。③其他运载体：__________、__________。动植物病毒载体质粒细菌自我复制能力环状噬菌体①解旋酶：该酶能在DNA复制或转录时破坏DNA碱基对间的氢键，从而将双螺旋打开。②DNA水解酶：该酶能催化DNA水解。③RNA聚合酶：该酶能在转录时将单个的核糖核苷酸连接成RNA单链。区分以下几种酶跟踪训练（2008年全国卷Ⅰ）已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（）A.3B.4C.9D.12C1．(2009年浙江高考题)下列关于基因工程的叙述，错误的是(

)A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达【答案】

D下列有关基因工程技术的正确叙述是（）A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达【答案】C基因工程的基本操作程序基础梳理基因工程的基本操作程序包括：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞及目的基因的表达与检测等四个步骤。1.目的基因的获取(1)目的基因：__________。(2)原核基因采取__________获得，真核基因通过__________获得主要是编码蛋白质的结构基因直接分离人工合成(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。(2)人工合成目的基因常用的方法有：①已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。②以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。反转录法化学合成法(3)PCR技术扩增目的基因①原理：__________。②过程：变性，退火，延伸。第一步：加热至90～95℃__________；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。2.基因表达运载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中__________，并且可以__________，使目的基因能够__________。(2)组成：__________＋__________＋__________＋__________DNA解链

DNA复制标记基因

稳定存在遗传至下一代表达和发挥作用目的基因启动子终止子材料：Taq酶，引物，目的基因，脱氧核苷酸目的基因与运载体结合注意：要用相同的限制酶切割质粒和目的基因①启动子：是一段有特殊结构的__________，位于基因的__________，是__________识别和结合的部位，能驱动基因转录出__________，最终获得所需的__________。②终止子：也是一段有特殊结构的__________，位于基因的__________。③标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是_________

_。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白质DNA片段尾端抗生素抗性基因抗青霉素基因，抗四环素基因等3.将目的基因导入受体细胞(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)常用的转化方法将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是__________，其次还有__________和__________

等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是__________

。此方法的受体细胞多是__________。将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是_______________________

___，最常用的原核细胞是_____________________。其转化方法是：先用__________处理细胞，使其成为__________，再将重组表达运载体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。农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术受精卵繁殖快、多为单细胞，遗传物质少大肠杆菌Ca2+感受态细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2＋处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子(3)重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达运载体的受体细胞的依据是__________是否表达。4.目的基因的检测与鉴定分子水平的检测：(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用______________。(2)其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用_____________________________________。(3)最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行_________。个体水平的鉴定：有时还需进行______________的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。个体生物学水平标记基因DNA分子杂交技术用标记的目的基因作探针与mRNA杂交抗原－抗体杂交植物转基因过程原生质体DNA分子杂交技术DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记DNA探针杂交放射自显影带有DNA片段的凝胶凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段的膜探针必须经过标记，以便示踪和检测。使用最普遍的探针标记物是同位素,但由于同位素的安全性，近年来发展了许多非同位素标记探针的方法。

归纳整合

一、外显子与内含子一般来说，真核生物的结构基因都是由外显子和内含子组成原核细胞的基因真核细胞的基因不同点编码区连续；结构简单编码区有间隔，不连续；结构复杂相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNA聚合酶结合的位点

二、原核细胞与真核细胞的基因结构的比较基因工程的应用

基础梳理1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的__________。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产__________。3.基因治疗：_______________导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。把正常的外源基因品质药物一、植物基因工程与动物基因工程的成果外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米外源基因类型及举例成果举例改良品质的转基因植物优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因外源基因类型及举例成果举例生产药物的转基因动物药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子等调控组件转基因动物具有乳腺生物反应器作器官转移植供体的转基因动物将外源的抗原决定基因表达的调节因子导入到器官供体基因组或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪二、基因诊断与基因治疗1.基因诊断(1)原理：DNA分子杂交。(2)过程：制备用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA（患者DNA）分子作探针；将待测DNA制成单链；让两者进行杂交，若两者能进行互补配对，则说明患有此病，否则不患此病。2.基因治疗(1)原理：把正常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。病人细胞中既有缺陷基因，也有正常基因。（体内和体外）跟踪训练（2009年安徽卷）2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是（）A.追踪目的基因在细胞内的复制过程B.追踪目的基因插入到染色体上的位置C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构C基础梳理蛋白质工程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__________或__________，对现有蛋白质进行__________，或制造一种__________，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产_______________的蛋白质）蛋白质工程的崛起自然界已存在

基因修饰基因合成改造新的蛋白质归纳整合一、蛋白质工程1.蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质基本结构进行分子设计。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质结构进行设计改造，