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1、选修 3,现代生物科技专题,专题1、4 基因工程、生物技术 的安全性和伦理问题,一、基因工程 1DNA 重组技术的基本工具 (1)限制性核酸内切酶“分子手术刀” 1)功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列并 使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_,断开。,磷酸二酯键,黏性,平,2)结果：形成 末端或 末端。,(2)DNA 连接酶“分子缝合针” 1)功能：将切下来的 DNA 片段拼接成新的 DNA 分子。 (3)基因进入受体细胞的载体“分子运输车” 能在宿主细胞中保存下来并大量_,1)条件 有一个至多个_,复制,有特殊的遗传_，便于筛选 2)种类：_(常用)、噬菌体的衍生物、动植
2、物病毒等。,T4 DNA,Ecoli DNA,限制酶切割位点,标记基因,质粒,考点,DNA 重组技术的基本工具,1限制性核酸内切酶 (1)来源：多数来自原核生物。 (2)作用特点 主要切割外源 DNA，而对自身的 DNA 不起作用，达到 保护自身的目的。 专一性：只能识别 DNA 分子中特定的核苷酸序列，且 只能在每一条链中特定的部位进行切割。,限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 DNA连接酶起作用时不需要模板。,(3)作用结果形成 DNA 片段末端,黏性末端 平末端,(4)作用实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,断开。,2DNA 连
3、接酶,(1)作用实质：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸,二酯键，使两个 DNA 分子连接成一个 DNA。,(2)常用种类及作用,Ecoli DNA 连接酶,来源：大肠杆菌 作用：连接黏性末端,来源：T4 噬菌体 T4DNA 连接酶 作用：既能连接黏性末端，也能连接 平末端，但后者连接效率低 3基因的运输工具载体 (1)作用 作为运载工具，将目的基因送入宿主细胞中。 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。,(2)载体必须具备三个条件,能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。,有多个限制酶切位点，以便与目的基因连接。 具有某些标记基因，以便进行筛选。 (3)种类,细菌质粒：细菌拟核 DNA 以
4、外的小型环状 DNA。 噬菌体的衍生物和某些病毒的 DNA。,几种酶的作用部位,(1)作用于部位的酶：限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合,酶、Taq 酶(热稳定DNA 聚合酶）。,(2)作用于部位的酶：DNA 解旋酶。,考点对应练 1(2011 年宁波统考)下列关于 DNA 连接酶和 DNA 聚合,酶的叙述中，正确的是(,),A,A两者催化同一种化学键形成 B两者催化同一种化学键断裂 C两者都参与目的基因与载体的结合 D两者都参与遗传信息的表达 解析：DNA 连接酶和DNA 聚合酶都作用于磷酸二酯键， 前者是使DNA 片段连接，后者是使单个核苷酸连接成DNA 子 链。,2基因工程的基本操作程
5、序,(1)_的获取：从基因文库中获取、利用 PCR 技,术扩增、人工合成(反转录法、化学合成法等)。,目的基因,人工合成法：若基因较小、核苷酸序列已知，可以人工合成。 (2)基因表达载体的构建 A.表达载体的组成：目的基因_终止子标记基因。 B.表达载体的功能 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代。 使目的基因_和发挥作用。 C.启动子：位于基因的_，它是_识别和结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。 D.终止子：位于基因的尾端，终止mRNA的转录。 E.标记基因：鉴别受体细胞是否含有目的基因。,启动子,表达,首端,RNA聚合酶,(3)将目的基因导入受体细胞,农杆菌转化法,1)导入
6、植物细胞：采用_、基因枪法、花,粉管通道法等。,显微注射技术,2)导入动物细胞：主要采用_。 3)导入微生物：先用 Ca2处理再融合。,原核生物特点：繁殖快、多为_、遗传物质少。 转化：用Ca2处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合促感受态细胞吸收DNA分子。,单细胞,3)抗原抗体杂交：检测目的基因是否翻译成_。,4)对生物进行个体生物学水平的鉴定。,蛋白质,1.获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的,是_。,产生相同的黏性末端,2获取一个目的基因需限制酶剪切_次，共产生_个黏,性末端或平末端。,两,4,(4)目的基因的检测和鉴定,目的基因,1)分子杂交技术(DNA 探针转基因生物
7、 DNA)：检测是否 有_。 2)分子杂交技术(DNA 探针转基因生物 mRNA)：检测目,的基因是否_。,转录,考点,基因工程的基本操作程序,(2)获取方法,1目的基因的获取 (1)目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因(人类所需的)。 从自然界已有的物种中分离：从基,因文库或 cDNA 文库中获取 人工合成：反转录法、化学合成法,利用 PCR 技术扩增 【说明】基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着 大量该物种的基因。,DNA 复制、PCR 技术与基因克隆的比较,2基因表达载体的构建重组质粒的构建 (1)基因表达载体的组成,目的基因标记基因启动子终止子 (2)构建步骤,至少能形成多少种产
8、物？,(3)构建载体主要考虑的因素,具有选择性标记基因：如抗生素基因，以便选择出真正,的转基因生物。,用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止,子。,使用与获取目的基因相同的限制酶，这样形成的黏性末,端碱基之间互补，便于连接。,3目的基因导入受体细胞的方法,4.目的基因的检测方法,(1)导入检测：DNA 分子杂交法(使用 DNA 探针)检测目的,基因。,(2)表达检测,转录检测：分子杂交法，用标记的目的基因作为探针与,mRNA 杂交，检测 mRNA。,翻译检测：免疫法，提取蛋白质，用相应的抗体进行抗,原抗体杂交。,(3)个体生物学水平鉴定：如作物抗性的鉴定等。,【拓展深化】 只有第三步
9、将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基互补配对。 工具酶只有两种：限制酶在操作程序1、2中用到且要求用同一种，目的是产生相同的黏性末端；DNA连接酶只在操作程序2中用到。 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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。,如果来自动物的目的基因含有内含子，就不能直接用于 转基因植物，只能用该基因的 cDNA(mRNA 反转录产生的互补 DNA 片段)。,基因的产物如果是糖蛋白分子，那么该基因在原核生物 细菌中表达出来的蛋白质就可能不具备天然状态下的活性，因 为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体中加
10、上的，而细菌细 胞内无这些细胞器。,考点对应练 1(多选)下列图解表示基因表达载体(重组 DNA)的构建过,程，有关说法正确的是(,),Ab、c 分别表示用限制酶和 DNA 连接酶处理 B切割目的基因与切割载体时必须用同种限制酶 Cd 只能通过人工合成法获取 D构建的基因表达载体只要求含有目的基因,AB,三、基因工程的应用 1植物基因工程的成果 提高农作物的_能力、改良农作物的品质、利用植物生产_等。 (1)抗虫转基因植物； (2)抗病转基因植物； (3)抗逆转基因植物； (4)利用_改良植物的品质。,抗逆,药物,转基因,2动物基因工程的成果 (1)提高动物的_速度； (2)改善畜产品的品质；
11、 (3)转基因动物生产_； (4)转基因动物作_的供体； 器官供体：抑制或除去_。 成果：利用_培育没有免疫排斥反应的猪器官。 3基因工程药物 (1)来源：转基因_。 (2)成果：_、抗体、疫苗、激素等。,生长,药物,器官移植,抗原决定基因,克隆技术,工程菌,淋巴因子,(3)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。 4基因治疗 (1)特点：把_导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。 (2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的_，治疗复合型免疫缺陷症。 (3)方法：分为体外基因治疗法和_基因治疗法。,正常基因,淋巴细胞,体内,考点
12、,基因工程的应用,1乳腺生物反应器 (1)优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。 (2)操作过程 获取目的基因构建基因表达载体显微注射导入哺乳动 物受精卵中形成早期胚胎将胚胎移植到母体动物子宫内 发育成转基因动物在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳 汁中提取所需蛋白质,2基因工程药品,(1)生产方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。 “工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效 率表达的菌类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。,用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋,白质类。,(2)成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。,3基
13、因诊断,(1)方法：DNA 分子杂交法(即 DNA 探针法),(2)主要过程：根据碱基互补配对原则，把互补的双链 DNA 解开，得到的单链 DNA 小片段用同位素、荧光分子或化学发 光催化剂等进行标记，之后同被检测的 DNA 中的同源互补序 列杂交，从而检测出所要查明的 DNA 或基因。,4基因治疗,(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物,发挥功能，从而治疗疾病。,(2)方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。 (3)途径,体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养， 然后在体外完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后 重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的转移
14、。,体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细,胞中转移基因的方法。,考点对应练,1下列关于转基因生物的叙述正确的是( ),A将人胰岛素基因转入到大肠杆菌中来生产人胰岛素，,则大肠杆菌是“工程菌”,B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因增加 C动物的生长激素基因转入植物后不能表达,D将雄性动物细胞作为乳腺生物反应器的受体细胞 解析：由于植物与昆虫间是相互选择的，转抗虫基因植物 可使昆虫群体抗性基因频率增加；动物生长激素基因转入植物 后也能表达；雄性动物不能分泌乳汁，不能作为乳腺生物反应 器的受体细胞。,A,四、蛋白质工程 1蛋白质工程崛起的缘由 (1)基因工程的实质：将一种生物的_
15、转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的蛋白质，从而产生新性状。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 (2)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_。 (3)蛋白质工程的实例：天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响，当赖氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性，改变两种酶的特性后，玉米游离赖氨酸含量提高。,基因,蛋白质,2蛋白质工程原理 (1)目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。 (2)原理：基因改造。 (3)过程：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到对应的_序列(基因)。 3蛋白质工程进展 前景广阔，但目前成功的例子不多。,脱氧核苷酸,考点,蛋白质工程与基因工程的比较,【典例】蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是(,
