基因工程的基本内容huang(11).ppt

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1、全日制普通高中全日制普通高中生物生物( ( 选修选修 ) )教材教材为什么各种生物间的性状是千差万别？为什么各种生物间的性状是千差万别？例例1 1：青霉菌能产生对人类有用的抗生素：青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素青霉素 例例2 2：豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮：豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮例例3 3：家蚕能够吐出蚕丝为人类利用：家蚕能够吐出蚕丝为人类利用生物体不同的性状是通过基因的特异性表达生物体不同的性状是通过基因的特异性表达而形成的。而形成的。定向改造生物的设想定向改造生物的设想 基因工程概念基因工程概念 在生物体外，通过对在生物体外，通过对DNADNA分子进分子进行人工行人工

2、“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物，对生物的基因进行改造和重新组合，然后的基因进行改造和重新组合，然后导导入受体细胞入受体细胞进行无性繁殖，使重组基进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内因在受体细胞内表达表达，产生出所需要，产生出所需要的基因产物。的基因产物。关于基因工程关于基因工程基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结结 果果作用作用生物体外生物体外基基 因因DNADNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物定向改造生物的遗传性状定向改造生物的遗传性状基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA

3、重组技术重组技术培育抗虫棉的简要过程培育抗虫棉的简要过程苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌( (有抗虫特性有抗虫特性) )普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )提取提取抗虫基因抗虫基因棉花细胞棉花细胞( (含抗虫基因含抗虫基因) )与运载体与运载体DNADNA拼接拼接导入导入棉花植株棉花植株( (有抗虫特性有抗虫特性) )（一）（一）. 基因工程操作的工具基因工程操作的工具 基因的剪刀基因的剪刀DNADNA限制性内切酶限制性内切酶 基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体 1 1、DNADNA限制性内切酶限制性内切酶基因的剪刀基因的剪刀问题：问题

4、：1 1、限制酶主要从哪里获得？目前发现、限制酶主要从哪里获得？目前发现 的限制酶的种类？的限制酶的种类？2 2、限制酶的作用对象是？、限制酶的作用对象是？3 3、限制酶的作用特点？、限制酶的作用特点？识别特定的核苷酸序列，切割特定的切点识别特定的核苷酸序列，切割特定的切点 举例：举例： 大肠杆菌的一大肠杆菌的一种限制酶能识别种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列，并序列，并将将GG和和A A之间的磷之间的磷酸二脂键切开。酸二脂键切开。1 1、DNADNA限制性内切酶限制性内切酶基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶作用过程限制性内切酶作用过程几种限制性内切酶几种限制性内切酶 下列关于限制性内切

5、酶的说法正确的是（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，限制性内切酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少但微生物中少B.一种限制性内切酶只能识别一种特定的核一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列苷酸序列C.不同的限制性内切酶切割不同的限制性内切酶切割DNA后都会形后都会形成黏性末端成黏性末端D . 限制性内切酶作用的那个部位是特定的限制性内切酶作用的那个部位是特定的核苷酸形成的氢键核苷酸形成的氢键B课堂练习课堂练习 1 1 GGA TCCCCT AGGGGATCCCCTAGG限制性内切酶的作用限制性内切酶的作用要切两个切口，产生要切两个切口，产生4个

6、黏性末端。个黏性末端。限制性内切酶的作用限制性内切酶的作用会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以形成重组的性末端黏合起来，就似乎可以形成重组的DNA分子了。分子了。连接的部位：连接的部位：磷酸二酯键（不是氢键）磷酸二酯键（不是氢键）连接酶的作用：连接酶的作用： 将互补配对的两个黏性末端连接将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。2 2、DNADNA连接酶连接酶基因的针线基因的针线DNADNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程DNADNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程DNADN

7、A连接酶的作用过程连接酶的作用过程2，4与与DNADNA聚合酶比较聚合酶比较DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶化学本质化学本质作用部位作用部位模板模板蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键单个脱氧甘酸单个脱氧甘酸+ +片段片段DNADNA双链片段双链片段+DNA+DNA双链片双链片段段需要，需要，DNADNA的的一条链一条链不需要不需要课堂练习课堂练习 2 2 DNADNA连接酶的作用是：连接酶的作用是：A.A.将黏性末端的互补碱基形成碱基对将黏性末端的互补碱基形成碱基对B.B.使黏性末端相邻的脱氧核糖相互连接使黏性末端相邻的脱氧核糖相互连接C.C.使黏

8、性末端相邻的脱氧核苷酸相互连接使黏性末端相邻的脱氧核苷酸相互连接D. AD. A、B B、C C均正确均正确如何将目的基因导入受体细胞？如何将目的基因导入受体细胞？（1）运载体的作用）运载体的作用3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体作用一：作为运载工具，将目的基因或外源基作用一：作为运载工具，将目的基因或外源基因（抗虫基因）因（抗虫基因）转移转移到受体细胞（棉花细胞）到受体细胞（棉花细胞）中去。中去。作用二：利用运载体在受体细胞（棉花细胞）作用二：利用运载体在受体细胞（棉花细胞）内，对目的基因或外源基因（抗虫基因）进行内，对目的基因或外源基因（抗虫基因）进行大量大量复制复制。运载体运

9、载体基因的运输工具基因的运输工具（2 2）条件：）条件：1)1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存能在宿主细胞内复制并稳定地保存2)2)具有多个限制酶切点具有多个限制酶切点3)3)具有某些标记基因具有某些标记基因（3 3）种类：）种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒细菌拟核细菌拟核DNADNA与质粒与质粒拟核拟核DNADNA质粒质粒DNADNA例：大肠杆菌质粒例：大肠杆菌质粒质粒的特点质粒的特点质粒是细胞染色体外能自我复制的小型质粒是细胞染色体外能自我复制的小型环状环状DNADNA分子；分子；存在于许多细菌及酵母菌等生物中的质存在于许多细菌及酵母菌等生物中的质粒，其存在对宿主细胞

10、无影响；粒，其存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒是基因工程中最常用的运载体；质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；课堂练习课堂练习 3 3 下列哪项不是基因工程中经常用的用来下列哪项不是基因工程中经常用的用来运载基因的载体运载基因的载体A.A.细菌质粒细菌质粒 B. B. 噬菌体噬菌体C. C. 动植物病毒动植物病毒 D. D. 细菌核区的细菌核区的DNADNA课堂练习课堂练习 4 4 （二）（二）. . 基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤提取目的基因提取目的基因目的基因目的基因与运载体

11、与运载体结合结合将目的基将目的基因导入受因导入受体细胞体细胞目的基目的基因检测因检测与表达与表达将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。如：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、如：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、 人干扰素基因、植物抗病基因等。人干扰素基因、植物抗病基因等。方法方法1 1：直接分离基因直接分离基因鸟枪法鸟枪法缺点：带有很大的盲目性，工作量大，成功率低缺点：带有很大的盲目性，工作量大，成功率低优点：操作简便优点：操作简便限制酶限制酶供体细胞供体细胞的的DNADNA许多许多DNADNA片段片段载入载入运载体运载体导入导入受体细胞受体细胞外源外

12、源DNADNA扩增扩增找出含有目的找出含有目的基因的细胞基因的细胞分离分离目的基因目的基因方法方法2 2：人工合成法人工合成法反转录法反转录法: :直接合成法直接合成法: :双链双链DNADNA( (基因基因) )目的基因目的基因的信使的信使RNARNA反转录反转录单链单链DNADNA蛋白质蛋白质的氨基的氨基酸序列酸序列推测推测信使信使RNARNA核苷酸序列核苷酸序列基因基因DNADNA的脱氧核的脱氧核苷酸序列苷酸序列推测推测合成合成DNADNA( (基因基因) )优点优点缺点缺点鸟枪法鸟枪法反转录法反转录法根据已知氨基酸根据已知氨基酸序列合成序列合成DNADNA法法DNADNA合成仪合成仪P

13、CRPCR扩增仪扩增仪方法方法2 2：人工基因合成法人工基因合成法目的基因目的基因质粒质粒 重组质粒重组质粒（运载体）（运载体）细菌细菌质粒质粒DNA分子分子同一种限制酶处理同一种限制酶处理 一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端 两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNA连接酶连接酶重组重组DNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？三种情况：目的基因与目的基因结合三种情况：目的基因与目的基因结合 质粒与质粒结合质粒与质粒结合 目的基因与质粒结合目的基因与质粒结合一种一种;DNA连接酶连接酶 重组质粒重组质粒

14、 受体细胞受体细胞无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物细菌的检测细菌的检测: :将每个受体细胞单独培将每个受体细胞单独培 养形成菌落，检测菌落中是否有养形成菌落，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，保留有表达产物达产物的菌落，保留有表达产物 的进一步培养、研究。的进一步培养、研究。多细胞生物的检测：多细胞生物的检测：将每个受体细胞单独培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。淘汰无表达的个体是否摄入目的基因。淘汰无表达的个 体

15、，保留有相应变化的个体进一步培体，保留有相应变化的个体进一步培 养、研究。养、研究。例：抗虫棉基因例：抗虫棉基因 表达的检测表达的检测基基因因操操作作步步骤骤小小结结细菌细菌质粒质粒提取提取露出黏性末露出黏性末端的质粒端的质粒细胞细胞DNA提取提取目的基因目的基因重组质粒重组质粒DNA连接酶连接酶受体细胞受体细胞导入导入目的基因产物目的基因产物剪剪切切拼接拼接导导入入表表达达限制性限制性内切酶内切酶课堂练习课堂练习 1 1 在基因工程中用来修饰和改造生物基因在基因工程中用来修饰和改造生物基因的工具是的工具是A.A.限制酶和连接酶限制酶和连接酶 B. B. 限制酶和水解酶限制酶和水解酶C. C.

16、 限制酶和运载酶限制酶和运载酶 D. D. 连接酶和运载酶连接酶和运载酶课堂练习课堂练习 2 2 （0707广东）现有一长度为广东）现有一长度为10001000碱基对碱基对(bp(bp) )的的DNADNA分子，分子，用限制性核酸内切酶用限制性核酸内切酶EcoR1EcoR1酶切后得到的酶切后得到的DNADNA分子仍是分子仍是1000 bp1000 bp，用，用KpnlKpnl单独酶切得到单独酶切得到400 bp400 bp和和600 bp600 bp两种长两种长度的度的DNADNA分子，用分子，用EcoRlEcoRl、KpnlKpnl同时酶切后得到同时酶切后得到200bp200bp和和600b

17、p600bp两种长度的两种长度的DNADNA分子。该分子。该DNADNA分子的酶切图谱正确分子的酶切图谱正确的是（的是（ ）.(2010.(2010浙江高三检测浙江高三检测) )基因工程中，需使用特定的限制基因工程中，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的识别序列和切点是GGATCCGGATCC ，限制酶，限制酶的识别的识别序列和切点是序列和切点是GATCGATC。根据图示判断下列操作正确。根据图示判断下列操作正确的是的是( )( )A.A.质粒用限制酶质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割，目的基因

18、用限制酶切割切割B.B.质粒用限制酶质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割，目的基因用限制酶切割切割C.C.目的基因和质粒均用限制酶目的基因和质粒均用限制酶切割切割D.D.目的基因和质粒均用限制酶目的基因和质粒均用限制酶切割切割课堂练习课堂练习 3 3 下列不属于目的基因与运载体结合下列不属于目的基因与运载体结合过程的是过程的是A.A.用一定的限制性内切酶切割质粒露出用一定的限制性内切酶切割质粒露出 黏性末端黏性末端 B. B. 用同种限制性内切酶切断目的基因露用同种限制性内切酶切断目的基因露 出黏性末端出黏性末端C. C. 将切下的目的基因的片段插入到质粒将切下的目的基因的片段插入到质粒 切

19、口处切口处D. D. 将重组将重组DNADNA引入受体细胞中进行增殖引入受体细胞中进行增殖课堂练习课堂练习 4 4 目的基因与运载体结合所须的条件有：目的基因与运载体结合所须的条件有：同一种限制酶同一种限制酶 具有抗性基因的质粒具有抗性基因的质粒RNARNA聚合酶聚合酶 目的基因目的基因 DNADNA连接酶连接酶四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 ATPATPA.A. B. B. C. C. D. D. 课堂练习课堂练习 5 5 课堂练习课堂练习 6 6 细菌通常是具有双链环状细菌通常是具有双链环状DNADNA的单细胞生物。现有甲、乙的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是两种细菌，基因型分别

20、是abdabd和和ABDABD，通过基因工程使甲细，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌菌后代产生出乙细菌B B基因所控制的产物，具体过程如图基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。所示，试据图回答。（1 1）从细胞的结构看，细菌属于）从细胞的结构看，细菌属于 生物。生物。（2 2）图中剪切）图中剪切DNADNA的的“剪刀剪刀”和粘接和粘接DNADNA的的“胶水胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在其实是两种不同的酶，它们都只能在DNADNA的一定位置进的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有行剪切和粘接，说明它们具有 的特点。的特点。（3 3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种看，这是人工条件下的一种 。（4 4）假如）假如B B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共一套一套 。（5 5）在）在DNADNA分子中分子中“拼接拼接”上某个基因或上某个基因或“切割切割”掉某掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有 原核原核专一性专一性基因重组基因重组遗传密码遗传密码相对的独立性相对的独立性