《基因工程》全部人教版

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1、.,回忆： （1）生物的主要遗传物质是什么？ （2）DNA的空间结构和基本组成单位是什么？ （3）你还能画出四种脱氧核苷酸的结构简式吗？ （4）一条链上的脱氧核苷酸相互连接是通过什么来完成的？ （5）基因控制蛋白质的合成过程。 （6）中心法则的图解。,.,.,The camelecow,.,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,.,专题1 基因工程简介,金湖二中生物教研组,.,请大家阅读P1

2、内容，你认为基因工程的理论基础和技术基础有哪些？ 基因工程基础： （1）DNA的规则双螺旋结构是基因工程的物质基础； （2）不同生物共用一套密码子是理论基础； （3）转移载体和工具酶的发现为基因工程的提供了技术基础。,.,几点说明： （1）最早的基因工程 艾弗里的肺炎双球菌的转化实验，证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一个生物个体； （2）不同生物的DNA分子完成重组的理论基础：不同生物的DNA分子的结构和组成成分一样； （3）最早的转基因动物1980年的转基因老鼠。,.,一 DNA重组技术的基本工具,.,1、基因工程的概念 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。 概念一：在生物体外，

3、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基因产物。 概念二：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰，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。,.,从基因工程概念上看，你认为基因工程可分为几步？ 基因工程是在分子水平对DNA分子进行的“剪切”和“拼接”，这需要专门的工具。,.,二、基因操作的工具 1、限制性核酸内切酶“分子手术刀” 思考： 限制性内切酶剪切的是DNA中的什么化学键？ 限制性内切酶的特性？ DNA分子经限制性内切酶处理后形成的结构叫什么名称

4、？,.,（1）限制性内切酶剪切的结构,.,注意： 限制性内切酶破坏的是DNA骨架上的磷酸与脱氧核糖形成的化学键（磷酸二酯键），而不是碱基对之间的氢键。 （2）限制性内切酶的特性 一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的切点是切割DNA分子。 （3）分布： 主要在微生物中。,.,你认为微生物中的限制性内切酶有什么作用？ （4）结果： 产生黏性末端（碱基互补配对）、平末端。 （5）举例： 大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端；Sma能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端。,.,练习： 请大家看第4页下面的DNA

5、片段，如果此DNA片段被EcoR限制酶处理，请你标出切点，并写出切割后的末端。 要从一个DNA分子中获得一个所需要的基因，要有几个切口？产生几个末端？,.,2、 DNA连接酶“分子缝合针” 看图思考：,DNA连接酶连接的是什么结构？ 请你说出DNA连接酶和DNA聚合酶的差异。,.,根据酶的来源不同，可以将DNA连接酶分为两类： 从大肠杆菌中分离得到：E.coliDNA连接酶，只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接。 从T4噬菌体中分离到： T4连接酶，既可以“缝合”双链DNA片段互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。,.,3、基因进入受体细胞的

6、载体“分子运输车” 阅读课本相关内容，回答问题： （1）运载体的化学本质是什么？ （2）运载体要具备哪些条件？ （3）常使用的运载体有哪些？ （4）最常用的运载体是什么？它存在于哪些细胞中？,.,（1）运载体具备的条件 能够在宿主细胞中复制并保持稳定； 具有多个限制酶的切点，以便与外源基因连接； 具有某些标记基因，便于筛选： 对受体细胞无害、易分离。,.,（2）常使用的运载体 质粒、噬菌体、动植物病毒等； 其中，质粒是最常用的运载体。 （3）质粒 本质：细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子； 质粒的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。,.,.,判断

7、： 质粒只存在于原核细胞中。 思考： 基因工程用到的工具酶有哪些？,.,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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,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DNA,D,.,3.有关基因工程的叙述中，错误的是（多选） （ ） A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种 B、重组DNA的形成在细胞内完成 C、目的基因

8、须由运载体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体,B D,.,4、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用 （ ） A. 同种限制酶 B. 两种限制酶 C. 同种连接酶 D. 两种连接酶,A,.,二 基因工程的基本操作程序,.,你认为基因工程可分为哪几步？ 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,.,一、提取目的基因 目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因。 例如，与生物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基因，以及与工业所需用酶相关的基因等，也可以是具有一些具有调控作用的

9、因子。,.,（一）将需要的基因直接从供体生物的细胞内提取出来。,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。,.,（二）从基因文库中获取目的基因,什么是基因文库？ 什么是部分基因文库？ 基因文库是怎样建立的？ 怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？ 目的基因的有关信息与什么相联系？,.,（三）人工合成基因法PCR扩增技术,PCR (polymerase chain reaction) 聚合酶链式反应 是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。,.,PCR技术,原理： 前提： 过程

10、：,PCR扩增仪,DNA双链复制的基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,目的基因DNA受热变性，解链； 引物与单链互补结合； 合成链在DNA聚合酶作用下进行延伸。,.,（四）化学合成法 适用范围： 已知核苷酸序列，基因的核苷酸数量较少。 过程： 根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的核苷酸序列，然后按碱基互补配对的原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，在通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。,.,二、基因表达载体的构建,基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。,（一）目的 使目的基因在受体细胞内稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。

11、,.,1、基因表达载体的组成： 目的基因、启动子、终止子、标记基因。,.,编码区,非编码区,非编码区,与RNA聚合酶结合位点,2、启动子： 一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位。,.,3、终止子： 位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA片段，使转录在所需要的地方停止下来。,4、标记基因： 为了鉴别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。,.,思考：你认为目的基因与运载体的结合操作过程的怎样进行的？ 用同一种限制性内切酶处理运载体和质粒，得到相同的黏性末端；再将目的基因和运载体，在DNA连接酶在作用下进行连接，形成了一个重组的DNA

12、分子。 思考：不同生物的DNA分子连接成功的基础是什么？,.,思考： 如果用同一种限制性内切酶，处理质粒和目的基因，并将产物放在一起用连接酶连接它们，最后可以产生多少种环状的DNA分子？ 你认为它们是怎么组成的？,.,三、将目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞有哪些？ 什么叫转化？ 怎样才能将目的基因导到受体细胞中呢？ （一）常用的受体细胞有： 动物、植物、微生物。,.,（二）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。,.,（三）目的基因导入植物细胞,1、常用方法：-农杆菌转化法 适用范围： 双子叶植物和裸子植物； 具体做法： 将目的基因插入到农杆菌的Ti质粒上的T

13、-DNA中，利用农杆菌的转化作用（当植物体受损时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞），就可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入植物细胞中的染色体DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。,.,2、其他方法： 基因枪法； 花粉管通道法； 说出三种方法的优缺点。,.,（二）将目的基因导入动物细胞,显微注射技术： 具体做法：,.,（三）将目的基因导入微生物细胞,早期的基因工程，常用大肠杆菌做受体细胞的原因： 繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。 为什么原核生物的繁殖比较快呢？,.,大肠杆菌的转化方法： 首先用Ca

14、2+ （常用氯化钙）处理细胞，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。,.,四、目的基因的检测和鉴定,目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传性状，只有通过检测与鉴定才能知道。这是检查基因工程是否成功的一步。 请大家看书，看看需要检测哪几方面的内容？怎么做？,.,首先，要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。 检测方法是采用DNA分子杂交技术。,其次，还需要检测目的基因是

15、否转录出了mRNA，这是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。 检测方法是采用DNA分子杂交技术。,最后，检测目的基因是否翻译成蛋白质。 检测方法是进行抗原-抗体杂交。,.,第四，个体生物学水平的鉴定： 一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。,有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同。,.,思考： 请你写出目的基因在受体细胞中，遗传信息的传递过程。 基因在不同生物的体内控制合成的蛋白质是一样的，这说明了什么？,.,1、 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,.,2、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（ ） A.促使目的基因导入宿主细胞中 B.促使目的基因在宿主细胞中复制 C.使目的基因容易被检测出来 D.使目的基因容易成功