《2017-2018学年高中生物第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程1.1.1基因工程的原理课件中图版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中生物第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程1.1.1基因工程的原理课件中图版选修3（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 基因工程和蛋白质工程,第一节 基因工程的原理,课程标准 1简述基因工程的诞生。 2简述基因工程的原理及技术。 3DNA的粗提取和鉴定。 课标解读 1了解基因工程的诞生过程。 2举例说出基因工程所需三种工具的作用与特点。 3理解基因工程的概念。 4简述基因工程的基本原理及一般操作程序。 5尝试DNA的粗提取与鉴定。,限制性内切酶被称为“_”，它能识别_ _，并在_上准确地切割双链 _。DNA被切割后产生的交错的切口，也就是在每条链的一端留下的_，叫做_。,基因工程的诞生,1限制性内切酶,基因手术刀,特定的,脱氧核苷酸序列,特定位点,DNA,单链末端,黏性末端,DNA连接酶被称为“_”，它
2、是连接_ 的专用工具。当两个DNA片段的_彼此相临，而且它们的碱基能够_时，DNA连接酶就能把它们之间的缝隙“_”起来。(1)1972年，美国的伯格等人构建了世界上首例_ _。 (2)1973年，美国的科恩等人培育出了既抗卡那霉素又抗四环素的大肠杆菌。_的培育成功，宣告了基因工程的诞生。,2DNA连接酶,基因缝纫针,双链DNA,黏性末端,互补配对,缝合,3基因工程的诞生,体外重组,的杂合DNA分子,双重抗性大肠杆菌,DNA连接酶与DNA聚合酶的作用相同吗？为什么？ 提示 不完全相同。因为DNA连接酶是将两个双链DNA片段连接起来，而DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到一条单链DNA片段上；但二
3、者都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。,思维激活1,(1)来源 主要从原核生物中分离纯化。 (2)功能 识别双链DNA分子某种特定的脱氧核苷酸序列(识别序列)。 催化DNA每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(酶切位点)断开。 (3)酶切结果 当限制性内切酶将DNA的两条链分别切开时，产生含有游离的单链部分的末端，叫黏性末端。同一种限制性内,1限制性内切酶基因手术刀,切酶切割形成的黏性末端相同。 (4)作用实质 识别并催化特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(酶切位点)断开。 (5)实例 限制性核酸内切酶EcoRI只能识别GAATTC 6个核苷酸组成的序列，且仅能切割G与A之间
4、的磷酸二酯键。,黏性末端 黏性末端 特别提醒 (1)黏性末端与平末端 黏性末端：当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧切开时(错切)，产生的是黏性末端。黏性末端是指双链DNA被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干核苷酸组成的单链。例如：,平末端 当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时(平切)产生的则是平末端。例如：,(2)限制酶识别序列的特点,限制酶的识别序列往往存在反向对称的现象，即以中轴线为对称轴，两条链上的碱基序列反向对称。如右图：,(1)种类：Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶，前者连接效率高。 (2)功能：将两个DNA分子“缝合”起来，恢复被限制性内切酶切开了的两个核苷酸之
5、间的磷酸二酯键。如图：,2DNA连接酶基因缝纫针,限制酶与DNA连接酶比较 (1)区别,3,(2)两者的关系可表示为：特别提醒 由于氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制酶、DNA连接酶无关。,下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是 ( )。 A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B限制性内切酶的活性受温度的影响 C限制性内切酶能识别和切割RNA D限制性内切酶可从原核生物中提取,【巩固1】,解析 生物体内有能识别并切割特异的双链DNA序列的一种核酸内切酶，它是可以将外来的DNA切断的酶，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可
6、以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故叫限制性内切酶。限制性内切酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。 答案 C,基因工程是指按照人们的意愿，将一种生物的基因在体外_，并与特殊的_进行重新组合，然后转入 _的体内进行_，并使之表达产生所需 _的技术。也就是把一种生物的_复制出 来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的_里， _改造生物的_。,基因工程的一般程序,1基因工程的概念,剪切,运载工具,另一种生物,扩增,蛋白质,个别基因,细胞,定向地,遗传性状,(1)目的基因 目的基因是指在基因操作中使用的_，主要通过_和_来获得。 (2)直接分离法 最常用的方法
7、是“_”，将完整的DNA分子用_ _切成适当长度的片段，随后用某种检测方法挑选出所需要的基因。核酸探针是用_或其它标记物标记的DNA单链，具有非常特异的_，能与_结合，可用于_的检测。目的基因获得后可用_扩增。,2目的基因的获得,外源基因,直接分离法,人工合成法,鸟枪法,限制性,内切酶,放射性同位素,脱氧核苷酸序列,DNA互补链,特定基因,PCR仪,(3)人工合成法 一种是_，主要用于分子质量较大而又不知其序列的基因。它是以目的基因的_为模板，借助 _合成碱基互补的_，然后在_ _的作用下合成_。另一种是_，即依照某一蛋白质的_序列，通过_推导出其 _序列，然后_合成目的基因。(1)载体一般具
8、备的特点 a外源DNA的插入_载体在宿主细胞内的自我复制；,反转录法,信使RNA,反转录酶,单链DNA,DNA聚合,酶,双链DNA,化学合成法,氨基酸,密码子,碱基,直接,3重组载体的构建,不影响,b有适宜的限制性内切酶_，最好是对_限制性内切酶有_； c具有某些_； d对受体细胞_。 (2)载体的种类 目前所用的载体有细菌的质粒、_或其他一些_ _，其中，最常用的是_，它是细菌中独立于细菌DNA(拟核)之外的_，它可以友好地“_”在细菌细胞内，通过_稳定地遗传下去。,酶切位点,多种,单一切点,标记基因,无害,噬菌体,病,毒,质粒,小型环状DNA分子,借居,复制,(3)构建重组载体(以质粒为例
9、) 用_对质粒进行切割，形成_切口，用 _限制性内切酶切割的_就可以插到切口上，再通过_的连接，就形成了重组载体。(1)转化 转化是指带有_的重组载体进入_的过程。常用方法有_、_和_ _。,限制性内切酶,一个,同一种,目的基因,DNA连接酶,4重组载体的导入和筛选,受体细胞,目的基因,基因枪法,花粉管通道法,显微注射,法,(2)筛选 经过转化以后，有的细胞可能导入了_，利用 _可以把它们筛选出来。例如：当利用含有 _的质粒作为载体时，将转化后的细胞放在含有_的培养基上培养，不含有重组质粒的细胞就会_，含有重组质粒的细胞就_。培养含有_的受体细胞，并诱导目的基因_。为检测目的基因在受体细胞中是
10、否表达，要检测转化的生物有没有显示出目的基因_。,重组载体,选择培养基,青霉素抗性基因,青霉素,死亡,活了下来,5目的基因的表达和鉴定,重组载体,表达,控制的性状,(1)基因工程能够打破生物_的界限，在分子水平上 _生物的遗传特性。 (2)基因工程的诞生是分子生物学直接转化为_的重要标志。,6基因工程的意义,种属,定向改变,社会生产力,为什么一般要用同一种限制性内切酶切割载体和目的基因？ 提示 同一种限制性内切酶切割形成的黏性末端相同，经DNA连接酶催化后形成重组载体。,思维激活2,基因工程及其操作程序 (1)基因工程的概念,1,(2)基因工程的操作程序“四步曲” 目的基因的获得重组载体的构建
11、重组载体的导入和筛选目的基因的表达和鉴定。 特别提醒 将一种生物的DNA导入另一种生物并能成功表达的主要原因是：所有的细胞生物的遗传物质都是DNA，它们都有一样的双螺旋结构；所有的生物共用一套密码子且都遵循中心法则，也就是说一个生物的DNA进入另一生物后，依然可以合成原来的蛋白质。,(1)目的基因 是指在基因操作中使用的外源基因，通常是一些编码蛋白质的结构基因，如胰岛素基因、干扰素基因、生长激素基因等。 (2)获得目的基因的方法 直接分离法鸟枪法 a分离程序：用限制性内切酶将完整的DNA分子切成适当长度的片段，随后通过某种检测方法挑选出所需要的基因。,2目的基因的获得,b检测方法：应用核酸探针
12、。 核酸探针：是用放射性同位素或其它标记物标记的DNA单链，具有非常特异的脱氧核苷酸序列，能与DNA互补链结合，可用于特定基因的检测。 人工合成法 人工合成目的基因的方法主要有两种：,(3)目的基因的扩增 (1)作为利用PCR技术扩增目的基因。载体必须具备的条件 外源DNA的插入不影响载体在宿主细胞内自我复制。,3重组载体的构建,对多种限制性内切酶有单一切点，以便于和多种外源基因连接。 有一定的标记基因，便于鉴定和筛选。 载体应该对受体细胞无害。 (2)常用载体 质粒、噬菌体或其他一些病毒。最常用的是质粒。 质粒：是细菌中独立于细菌DNA之外的小型环状DNA分子，能友好地借居在细菌细胞内，通过
13、复制稳定遗传下去。 (3)构建过程 目的基因与载体结合的过程，实质上是不同来源的DNA,重新组合的过程。其过程如下：,(1)转化的概念与实质 将带有目的基因的重组载体与相应的受体细胞放在一起培养，通过一定的方式进行诱导，让其进入受体细胞，这一过程称为转化。转化的实质是将目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (2)生物种类与转化方法,4重组载体的导入和筛选,(3)筛选 通过转化，有的细胞可能导入了重组载体，利用选择培养基就可以把它们筛选出来。(1)目的基因的表达 培养含有重组载体的受体细胞，并诱导目的基因进行表达转录和翻译，使目的基因在受体细胞中产生相应的产物，发挥相应的作用。,5目的基因的表
14、达和鉴定,(2)目的基因的鉴定 为检测目的基因在受体细胞中是否表达，需要进行生物学功能鉴定，具体方法如下：,特别提醒 核酸探针是在含有目的基因的DNA片段上用放射性元素或荧光分子标记的DNA单链。分子杂交技术中利用的原理是碱基互补配对原理。,正确表示基因操作“四步曲”的是 ( )。 A提取目的基因目的基因导入受体细胞目的基因与载体结合目的基因的检测与鉴定 B目的基因的检测与鉴定提取目的基因目的基因与载体结合目的基因导入受体细胞 C提取目的基因目的基因与载体结合目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 D目的基因与载体结合提取目的基因目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定,【巩固2】,解析 基因操作“四步曲”包括：提取目的基因；目的基因与载体结合；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。提取目的基因和目的基因与载体结合，要用同一种限制性核酸内切酶切割DNA片段和质粒。目的基因导入受体细胞，要用CaCl2或Ca2改变(细菌)细胞壁通透性，或用到显微注射等技术。目的基因的检测与鉴定，是检测载体标记基因的表达和目的基因的表达。 答案 C,
