教育专题：基因工程教材.ppt

《教育专题：基因工程教材.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教育专题：基因工程教材.ppt（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、选修3第 一 二章教材辅导细胞水平1 基因工程1.1 基因工程基因工程 2011年高考要求年高考要求基因工程基因工程基因工程的基本原理与技基因工程的基本原理与技术工具工具酶的主要的主要类型、特性及作用型、特性及作用操作步操作步骤应用与前景用与前景具体内容具体内容标准准学学习要求要求简述述基因工程的基因工程的诞生生基因工程的工具基因工程的工具基因工程的概念基因工程的概念基因工程基因工程发展的展的过程程简述述基因工程的原理及基因工程的原理及技技术基因工程的原理基因工程的原理基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序举例例说出出基因工程的基因工程的应用用转基因生物的概念基因生物的概念举例例说出基因

2、工程在出基因工程在农业、医、医药与与医学、医学、环境保境保护等等领域的域的应用用基因工程课标要求基因工程课标要求1.2 基因工程教材内容及课时安排第一第一节 工具工具酶的的发现和基因工程的和基因工程的诞生生 1课时第二第二节基因工程的原理和技基因工程的原理和技术 2课时第三第三节 基因工程的基因工程的应用用 第四第四节基因工程的基因工程的发展前景展前景1课时课时浙浙科科版版人人教教版版第一第一节 DNA重重组技技术的基本工具的基本工具 1课时第二第二节基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 2课时第三第三节 基因工程的基因工程的应用用第四第四节蛋白蛋白质工程的崛起工程的崛起1课时课时1.

3、3 两套教材的内容差别基因工程的操作步骤描述不同1 获取目的基因（基因文库和获取目的基因（基因文库和PCR）2 基因表达载体构建基因表达载体构建3 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定1 获得目的基因（基因文库和获得目的基因（基因文库和PCR）2 形成重组形成重组DNA分子分子3 将重组将重组DNA 分子导入受体细胞分子导入受体细胞4 筛选含有目的基因的受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞5 目的基因的表达目的基因的表达浙科版浙科版人教版人教版基因探针基因探针1 基因的含义基因的含义染色体染色体基因、基因、DNA基因基因 脱氧核苷酸脱氧核苷酸

4、有遗传效应的有遗传效应的DNADNA片段片段=基因基因 基因基因=控制生物性状的基本单位控制生物性状的基本单位(DNA 和蛋白质）和蛋白质）遗传信息遗传信息的载体的载体基因是基因是DNA的片段的片段基因由多个脱氧核苷酸构成基因由多个脱氧核苷酸构成第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具进一步理解基因的概念进一步理解基因的概念所谓基因，就是遗传的一个基本功能单位所谓基因，就是遗传的一个基本功能单位从本质上讲，基因是一段包含完整的遗传信从本质上讲，基因是一段包含完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片断息单位的有功能的核酸分子片断-在大多数在大多数生物中是一段生物中是一段DNA，而在

5、，而在某些病毒中某些病毒中则是一则是一段段RNA。第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具原核细胞的基因原核细胞的基因 基因的结构基因的结构 基因的遗传效应基因的遗传效应是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功能。是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功能。能转录编码区不能转录非编码区不能转录非编码区与RNA聚合酶结合位点转录调控调控上游下游mRNA翻译蛋白质性状RNA聚合酶识别转录位点催化DNA转录为RNAvv家蚕能家蚕能家蚕能家蚕能够够吐出蚕吐出蚕吐出蚕吐出蚕丝为丝为人人人人类类利用利用利用利用定定向向基基因因改改造造设设想想 基因工程，又叫基因工程，又叫DNA重组技术

6、重组技术。是指。是指按照人们的愿望按照人们的愿望，在，在DNA分子水平分子水平上进行上进行严格的严格的设计设计，并通过，并通过体外体外DNA重组和转基重组和转基因技术因技术，赋予生物以，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而，从而创造出更符合人们需要的新的创造出更符合人们需要的新的生物类型生物类型和和生物产品生物产品。2 基因工程的概念基因工程的概念基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技基因拼接技术或或DNA重重组技技术。第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具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实质实质结果结果基因拼接技术

7、或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具(2010全国卷全国卷)下列叙述符合基因工程概念的是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，杂交瘤细胞中含有淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞淋巴细胞中的抗体基因中的抗体基因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生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉

8、菌，使其用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到整合到细菌细菌DNA上上B第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具v限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶限制性内切酶基因的剪刀基因的剪刀基因的剪刀基因的剪刀作用：切割作用：切割作用：切割作用：切割DNADNA，产生黏性末端，产生黏性末端，产生黏性末端，产生黏性末端特点：切点特定（专一性）特点：切点特定（专一性）特点：切点特定（专一性）特点：切点特定（专一性）识别特定的碱基序列识

9、别特定的碱基序列识别特定的碱基序列识别特定的碱基序列种类：已发现种类：已发现种类：已发现种类：已发现200200多种多种多种多种存在或来源：主要在微生物中存在或来源：主要在微生物中存在或来源：主要在微生物中存在或来源：主要在微生物中例例例例：大大大大肠肠杆菌的一种限制杆菌的一种限制杆菌的一种限制杆菌的一种限制酶酶能能能能识别识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在序列，并在序列，并在GG和和和和A A之之之之间间切开。切开。切开。切开。常常常常见见见见的的的的限限限限制制制制酶酶酶酶回文序列回文序列 是指该部位的核苷酸序列呈是指该部位的核苷酸序列呈180度旋转对称度旋转对称;重播重播

10、大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。T磷磷酸酸二二酯酯键键1234512345 A 当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切从识别序列的中心轴线两侧切开时，开时，被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切两条单链的切口，带有几个口，带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正，他们之间正好好互补配对互补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切从识别序列的中心轴线处切开时，开时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平两条单链的切口，是平整的，这

11、样的切口叫整的，这样的切口叫平末端平末端。2 .下下图表示限制表示限制酶切割某切割某DNA的的过程，从程，从图中可知，中可知，该限制限制酶能能识别的碱基序列及切点是的碱基序列及切点是ACTTAAG，切点在，切点在C和和T之之间 BCTTAAG，切点在，切点在G和和A之之间CGAATTC，切点在，切点在G和和A之之间 DCTTAAC，切点在，切点在C和和T之之间v基因的针线基因的针线基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶作用原理：作用原理：作用原理：作用原理：在核苷酸之间在核苷酸之间在核苷酸之间在核苷酸之间 形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1.依下图有关

12、工具酶功能的叙述，依下图有关工具酶功能的叙述，不正确不正确的是的是A、切断、切断a处的酶为限制性内切处的酶为限制性内切酶酶B、连接、连接a处的酶为处的酶为DNA连接酶连接酶C、切断、切断b处的酶为解旋酶处的酶为解旋酶D、连接、连接b处的酶为处的酶为RNA聚合酶聚合酶v载体运输工具作用：作用：作用：作用：将目的基因送入受体细胞将目的基因送入受体细胞将目的基因送入受体细胞将目的基因送入受体细胞必备条件：必备条件：必备条件：必备条件：中可以复制、并稳定地保存中可以复制、并稳定地保存中可以复制、并稳定地保存中可以复制、并稳定地保存 具有多个酶切位点，便于与目的基因重组具有多个酶切位点，便于与目的基因重

13、组具有多个酶切位点，便于与目的基因重组具有多个酶切位点，便于与目的基因重组 具有标记基因，易于鉴定和筛选具有标记基因，易于鉴定和筛选具有标记基因，易于鉴定和筛选具有标记基因，易于鉴定和筛选种类：种类：种类：种类：质粒质粒质粒质粒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒载体的种体的种类*（一）（一）克隆克隆载体体用来克隆和用来克隆和扩增增DNA片段的片段的载体，具有体，具有3点点共性共性：能能够在受体在受体细胞复制；胞复制；带有有药物抗性基因物抗性基因（标记基因基因），便于），便于筛选；可可导入受体入受体细胞。胞。（二）表达（二）表达载体体除具有克隆除具有

14、克隆载体所具有的性体所具有的性质外，外，还带有表达构件有表达构件转录和翻和翻译所必所必须的的DNA顺序。序。特点特点特点特点 形形形形态态：细细胞染色体外能自主复制的小型胞染色体外能自主复制的小型胞染色体外能自主复制的小型胞染色体外能自主复制的小型环环状状状状DNADNADNADNA分子分子分子分子 存在：存在：存在：存在：许许多多多多细细菌（如大菌（如大菌（如大菌（如大肠肠杆菌）及酵母菌等生物中杆菌）及酵母菌等生物中杆菌）及酵母菌等生物中杆菌）及酵母菌等生物中 复制：只能在宿主复制：只能在宿主复制：只能在宿主复制：只能在宿主细细胞内完成胞内完成胞内完成胞内完成 与宿主的关系：与宿主的关系：与

15、宿主的关系：与宿主的关系：质质粒的存在粒的存在粒的存在粒的存在对对宿主宿主宿主宿主细细胞无影响胞无影响胞无影响胞无影响最常用最常用最常用最常用 的运载体的运载体的运载体的运载体 质粒质粒质粒质粒2 2、重组、重组DNADNA分子的组成特点：？分子的组成特点：？（基因表达载体的组成）（基因表达载体的组成）复制原点复制原点+启动子启动子+目的基因目的基因+终止子终止子+标记基因标记基因启动子：启动子：它是它是RNA聚合酶识别和结合聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质，最终获得蛋白质终止子：终止子：位于基因的尾端的一段特殊位于基因的

16、尾端的一段特殊的的DNADNA片断，能终止片断，能终止mRNAmRNA的转录的转录标记基因标记基因的作用是为了鉴别受体细胞的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而中是否含有目的基因，从而将有目的将有目的基因的细胞筛选出来基因的细胞筛选出来 抗生素平板抗生素平板筛选（插入失活插入失活）含一个抗氨卞青霉素含一个抗氨卞青霉素标 记(ampR)一个抗四一个抗四环素素标记 (tetR)质粒上有粒上有标记基因，外源基因插入的位置不同，基因，外源基因插入的位置不同，细菌菌在培养基上的生在培养基上的生长情况也不同。下情况也不同。下图表示外源基因插表示外源基因插入位置（插入点有入位置（插入点有a、b、c

17、），），请根据表中提供的根据表中提供的细菌的生菌的生长情况，推情况，推测三种重三种重组后后细菌的外源基菌的外源基因插入点正确的一因插入点正确的一组是是细细菌在含菌在含氨氨苄苄青霉素青霉素培养基上培养基上细细菌在含菌在含四四环环素素的培养基上的培养基上 能生能生长长能生能生长长 能生能生长长不能生不能生长长 不能生不能生长长能生能生长长a c b2.2.形成重组形成重组DNA分子分子质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同一种同一种一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端

18、Bam H切割反应切割反应 GGATCC CCTAGGT4 DNA连接酶连接酶15CGATCC GGCCTAG+目的基因用目的基因用 Bam H切割切割载体载体DNA用用Bam H切割切割重组体重组体载体自连载体自连目的基因自连目的基因自连同同一一限限制制酶酶切切位位点点连连接接第二节、基因工程的基本操作步骤第二节、基因工程的基本操作步骤二、基因工程的基本操作步骤二、基因工程的基本操作步骤目的基因的目的基因的获取获取重组重组DNADNA的形成（基因表达载体的的形成（基因表达载体的构建）构建）将重组将重组DNADNA导入导入受体细胞受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达基因工程操作步骤

19、：1.第一步：第一步：获取目的基因取目的基因（1）方法：）方法：从基因文从基因文库中中获取目的基因取目的基因 利用聚合利用聚合酶链式反式反应(PCR)技技术扩增目的基增目的基因因（目的基因的序列已知）（目的基因的序列已知）人工合成目的基因人工合成目的基因（目的基因的序列已知）（目的基因的序列已知）从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因 将将总总DNADNA经经过过酶酶解解，分分离离不不同同长长短短的的DNADNA片片段段。包包含含的的基基因因片片段段分分别别克克隆隆在在质质粒粒或或噬噬菌菌体体载载体体上上，转转染染细细菌菌或或体体外外包包装装到到噬噬菌菌体体颗颗粒粒上上便便构构成成了

20、了该该生生物物的的基基因文库。因文库。利用利用PCR技技术扩增目的基因增目的基因聚合聚合酶链式反式反应，在生物体外复制特定，在生物体外复制特定DNADNA片段的核酸合成技片段的核酸合成技术。可以。可以获得得大量的目的基因大量的目的基因。利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因人工合成人工合成基因的方法基因的方法直接合成直接合成DNA（已知核苷酸序列）（已知核苷酸序列）反转录法反转录法（已知氨基酸序列）（已知氨基酸序列）蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列目的基因目的基因逆转录逆转录载体载体限制性内切酶限制性内切酶同种同种限制性内切酶限制性内切酶T4

21、DNA连接酶连接酶15C重组体重组体目的基因目的基因2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建扩展扩展 用两种限制性内切酶的好处是？用两种限制性内切酶的好处是？如果用一如果用一种限制酶种限制酶3.3.将重组将重组DNADNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞转化转化 3.1常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵杆菌、酵母菌和母菌和动植物植物细胞等。胞等。a a将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法b b将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞显微注射技术显微注射技术（最多、最有效）（最多、最

22、有效）c c将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞Ca2+处理，处理，以增加细菌细胞壁的通透性。以增加细菌细胞壁的通透性。花粉管通法花粉管通法3.23.2目的基因导入细胞途径目的基因导入细胞途径农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术提纯基因表达载体提纯基因表达载体体外显微注射入受精卵体外显微注射入受精卵受精卵移植受精卵移植将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞处理细胞处理细胞细胞细胞表达载体与感受态细胞混合表达载体与感受态细胞混合 _细细胞吸收胞吸收DNADNA分子。分子。Ca2+感受态感受态感受态感受态举例举例：载体含有：载体含有抗四环素基因抗四环素基因受体细胞

23、受体细胞接接种种没有菌落没有菌落 细胞生长细胞生长（不含重组不含重组DNA分子分子)有存活的受体细胞或菌落有存活的受体细胞或菌落（含重组含重组DNA分子分子)含四环素培养含四环素培养基的平板基的平板四环素抗性四环素抗性基因基因4.目的基因的目的基因的筛选和表达（和表达（筛选含有目的基因的含有目的基因的受体受体细胞胞，目的基因的表达），目的基因的表达）浙科版浙科版DNADNA分子杂交示意图分子杂交示意图 4.目的基因的目的基因的筛选和表达（和表达（筛选含有目的基因的含有目的基因的受体受体细胞，目的基因的表达）胞，目的基因的表达）第三节第三节基因工程的应用基因工程的应用1.转基因植物转基因植物一、

24、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种获得高产、稳产和具有优良品质的农作物获得高产、稳产和具有优良品质的农作物培育具有各种抗逆性的作物新品种培育具有各种抗逆性的作物新品种第三节第三节 基因工程的应用基因工程的应用2.转基因动物转基因动物培育品质优良的动物培育品质优良的动物培育有特定外源基因的哺乳动物培育有特定外源基因的哺乳动物1.基因工程药物基因工程药物二、基因工程与二、基因工程与医药卫生医药卫生“工程菌工程菌”方法方法胰岛素：大肠杆菌胰岛素：大肠杆菌干扰素：大肠杆菌及酵母菌干扰素：大肠杆菌及酵母菌白细胞介素白细胞介素-2：大肠杆菌：大肠杆菌2.2.基因治疗基因治疗 向目标细胞中引入正常向目

25、标细胞中引入正常功能的基因，以纠正和补功能的基因，以纠正和补偿基因的缺陷，达到治疗偿基因的缺陷，达到治疗的目的的目的例：重度免疫缺陷症的基因治疗例：重度免疫缺陷症的基因治疗目的基因：腺苷酸脱氨酶基因目的基因：腺苷酸脱氨酶基因 浙科版 P12基因治疗基因治疗基因治疗基因治疗SCID(SCID(SCID(SCID(复合免疫缺失征复合免疫缺失征)的过程的过程的过程的过程2.环境监测环境监测三、基因工程与生态环境保护三、基因工程与生态环境保护1.净化被污染的环境：净化被污染的环境：分解、降解有毒、有害物质分解、降解有毒、有害物质“超级菌超级菌”基因工程与环境污染治理基因工程与环境污染治理基因工程与环境

26、污染治理基因工程与环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的基因工程做成的基因工程做成的“超超超超级细级细菌菌菌菌”能吞食和分解多种能吞食和分解多种能吞食和分解多种能吞食和分解多种污污染染染染环环境的物境的物境的物境的物质质。通常一种通常一种通常一种通常一种假假假假单单胞胞胞胞细细菌菌菌菌只能分解石油中的一种只能分解石油中的一种只能分解石油中的一种只能分解石油中的一种烃类烃类，用基因工程培育成功的用基因工程培育成功的用基因工程培育成功的用基因工程培育成功的“超超超超级细级细菌菌菌菌”却能分解石油中的却能分解石油中的却能分解石油中的却能分解石油中的多种多种多种多种烃类烃类化合物。有的化合物。有的化

27、合物。有的化合物。有的还还能吞食能吞食能吞食能吞食转转化汞、化汞、化汞、化汞、镉镉等重金属，等重金属，等重金属，等重金属，分解分解分解分解DDTDDT等毒害物等毒害物等毒害物等毒害物质质。基因工程与基因工程与基因工程与基因工程与环境监测环境监测环境监测环境监测利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映映映映环环境境境境污污染的情况，却不易因染的情况，却不易因染的情况，却不易因染的情况，却不易因环环境境境境污污染而大量染而大量染而大量染而大量死亡，甚至死亡，甚至死亡，甚至死亡，

28、甚至还还可以吸收和可以吸收和可以吸收和可以吸收和转转化化化化污污染物。染物。染物。染物。补充：蛋白质工程补充：蛋白质工程蛋白质工程是在基因工程蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，的基础上发展起来的，是现今科学研究的新热点。是现今科学研究的新热点。蛋白质工程的定义蛋白质工程的定义蛋白蛋白质工程主要是工程主要是改造改造现有的蛋白有的蛋白质，通，通过修改修改蛋白蛋白质中氨基酸序列中氨基酸序列来改来改进蛋白蛋白质的的结构和构象，提高蛋白构和构象，提高蛋白质的的活性、活性、稳定性和定性和产率率。基因基因DNADNAmRNAmRNA氨基酸氨基酸序列序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结三维结构构生物生物

29、功能功能预期预期功能功能中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程DNA DNA 合合 成成分子设计分子设计转转录录翻翻译译折折叠叠 蛋白质工程蛋白质工程 对蛋白质的改造，最终通过基因来完成。对蛋白质的改造，最终通过基因来完成。蛋白质工程与基因工程的联系蛋白质工程与基因工程的联系基因工程基因工程只能产生自然界只能产生自然界已存在已存在的蛋白质的蛋白质蛋白质工程蛋白质工程可以制造可以制造新的新的蛋白质蛋白质10石景山一模石景山一模31）（1818分）分）下下图图表示构建重表示构建重组质组质粒和粒和筛选筛选含目的基因的大含目的基因的大肠肠杆菌的杆菌的过过程。程。请请据据图图回答回答问题问题：（1）步骤和

30、中常用的工具酶是 和 。（2）图中质粒上有抗氨苄青霉素和抗四环素两个标记基因，经过和步骤后，有些质粒上的 基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒，由于目的基因的分隔使得该抗性基因失活。（3）步骤是 的过程，为了促进该过程，应该用 处理大肠杆菌。（4）步骤：将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养，目的是筛选 ，能在C中生长的大肠杆菌有 种。（5）步骤：用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D（含氨苄青霉素和四环素）和E（含四环素）两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于 （D、E）上，请在图中相应的位置上圈出来。（4）含四）含四环环素抗性基因的大素抗性基因的大肠肠杆菌（含抗性基因的大杆菌（含抗性基因的大肠肠杆菌杆菌给给分，但回答含目的基因的大分，但回答含目的基因的大肠肠杆菌不杆菌不给给分）分）2