专题1基因工程1节

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1、,基因工程简介,基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。,一、基因工程 定向改造生物的新技术,人类所需要的产品,剪切拼接导入表达,DNA分子水平,基因,生物体外,基因拼接技术 、DNA重组技术,原 理：,基因重组,1、基因操作的工具,基因的剪刀（“分子手术刀”） 限制性核酸内切酶,（质粒）,（限制酶）,基因的运输工具（“分子运输车”） 运载体,基因的针线（“分子缝合针”） DNA连接酶,1、基因操作的工具,基因剪刀限制性核酸内切酶（限制酶） 分 布： 作

2、用特点：,主要在微生物体内。,专一性 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子（切开磷酸二酯键） 多样性 限制酶有200多种,举例：大肠杆菌的EcoR限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,结 果：,产生黏性末端（碱基能互补配对）,被限制酶错位切断DNA双链而形成具有彼此互补碱基的单链延伸末端，称为黏性末端。,被限制酶在同一位点平齐切断DNA两条链而形成的双链末端，称为平末端。,基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口（磷酸二酯键）连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,作用（连接的部位）

3、： 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 结 果：,黏性未端连接起来。,E.coliDNA连接酶-只连接黏性末端,T4DNA连接酶-连接黏性末端和平末端,类 型：,基因的运输工具运载体,质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒,作为运载工具将目的基因送入受体细胞,作 用：,具备的条件：,能在宿主细胞内大量复制并稳定地保存 具有1个或多个限制酶切点，便于与外源基因连接 具有某些标记基因，便于进行筛选 对受体细胞无害、容易分离,种类：,用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制,基因的运输工具运载体,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。,质粒

4、的特点：,质粒是基因工程中最常用的运载体,分 布：,存在于许多细菌及酵母菌等生物中,化学本质：,细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒,注意问题：,现在所使用的质粒载体几乎都是经过人工改造的,2. 基因操作的基本步骤,目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和鉴定,2. 基因操作的基本步骤：,（1）目的基因的获取,反转录法,据已知的氨基酸序列合成,从基因文库中获取,人工合成基因,利用PCR技术扩增,从基因文库中获取目的基因,将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为

5、基因文库。,1.基因文库,基因文库中包含了一种生物所有的基因，这种基因文库叫做基因组文库。,基因文库只包含了一种生物一部分基因，叫部分基因文库。,2.基因文库的构建方法,供体细胞中的全部DNA,许多DNA片段,运载体,限制酶,与载体连接,受体菌,导入,每个受体菌都含有一段不同的DNA片段，这个群体包含了这种生物的所有基因，叫做这种生物的基因组文库。,DNA聚合酶,1）根据基因的转录产物mRNA获取目的基因（反转录法）：,目的基因的mRNA,单链DNA,双链DNA (即目的基因),反转录,以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的

6、基因。,人工合成目的基因,化学合成,2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：,根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因, 概念：PCR全称为_，是一项 在生物_ 复制_ 的核酸合成技术,条件：前提条件： _ 、 _、_ (做启动子)、 _.,原理：_,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA复制,已知目的基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,一对引物,DNA聚合酶,3、利用PCR技术扩增目的

7、基因,过程：,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板 在热作用下，_断裂，形成_,b、退火（复性55-60）：系统温度降低，引 物与DNA模板结合，形成局部_。,c、延伸（70-75）：在Taq 酶的作用下，从 引物的5端3端延伸，合成与模板互补 的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,d、多次循环,方式：以_方式扩增，即_（n为扩增循 环的次数）,结果：,指数,2n,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,1.用一定的_切割 质粒，使其出现一个切 口，露出_。 2.用_切断目 的基因，使其产生_ _。,(2)基因表达载体的构建, 核心,3.将切下的目的基因片段插入质粒的_处， 再加

8、入适量_，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,的黏性末端,切口,DNA连接酶,相同,运载体（质粒）,DNA分子,限制酶处理,一个切口 两个黏性末端,两个切口 获得目的基因,DNA连接酶,重组DNA分子（重组质粒）, 核心,同一种,(2)基因表达载体的构建,4.过程:,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,表达载体,目的基因,启动子,终止子,标记基因,使转录开始,使转录终止,鉴别是否含目的基因,5.基因表达载体的组成：,复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因,(3)将目的基因导入受体细胞,转化 ,方法,将目的基因导入 植物细胞,

9、将目的基因导入 动物细胞,将目的基因导入 微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,氯化钙法,目的基因进入_内，并且在 受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,(3)将目的基因导入受体细胞,(4)目的基因的检测与鉴定,检查是否成功,检测,鉴定,检测转基因生物染色体的DNA 上是否插入了目的基因,检测目的基因是否转录出了mRNA,检测目的基因是否翻译成蛋白质,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,方法,方法,方法,DNA分子杂交,分子杂

10、交（注意与上不同之处）,抗原抗体杂交,(1)一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，需要对某些天然的载体进行人工改造。 (2)插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位之前需有启动子，之后需有终止子。,1(2009年潍坊模拟)质粒作为“分子运输车”的条件是 ( ) 能够自我复制 双链环状DNA分子 有多个限制酶切点 有标记基因 真核细胞中没有 A B C D,C,2(2009年南通调研)下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是 ( ) A需要限制酶和DNA连接酶 B必须在细胞内进行 C抗生素抗性基因可作为标记基因 D启动子位于目的基

11、因的首端,B,基因工程的应用,1.植物基因工程的成果,抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、转基因改良植物的品质等,2.动物基因工程的成果,提高动物生长速度、转基因动物生产药物、 转基因动物作器官移植的供体、基因工程药品 、基因检测和基因治疗等,总结,（1）四种商业化应用的转基因作物： 大豆、棉花、油菜、玉米 （2）转基因作物种植最大的四个国家： 美国、阿根廷、加拿大、中国 （3）基因芯片有多种用途，基本原理是DNA分子杂交，检测对象为DNA，但必须是单链的，即将双链DNA打开后才能检测。,1基因工程的应用成果 (1)乳腺生物反应器,优点：产量高、质量好、成本低、易提取,(2)基因治

12、疗,基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。,二蛋白质工程 1、概念：是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 2、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脱氧核苷酸序列。,3、蛋白质工程和基因工程的比较,（1）相同点： 都属于分子水平的操作，蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成自然界不存在的蛋白质，所以被形象地称为第二代基因工程。 （2）区别：,3、采用基因工程的方法培育

13、抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（ ） 将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入 细 菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组， 注射到棉的子房并进入受精卵 A B C D ,C,4、昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。经过这样更换细菌仍能分裂繁殖。请根据上述资料回答：,（1）人工诱变在生产实践中己得到广泛应用，

14、因为它能提高_，通过人工选择获得_。,基因突变频率,人们所需的突变性状,（2）酯酶的化学本质是_，基因控制酯酶合成要经过_和_两个过程。 （3）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于 。 （4）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用 。,蛋白质,转录,翻译,控制酯酶合成的基因随细菌DNA分子复制而复制，并在后代中表达,用于降解污水中的有机磷农药、洗衣粉等，以保护环境。,三、转基因生物的安全性及生物技术的伦理问题 1转基因生物的安全性 (1)转基因生物存在安全性的原因 目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限； 目的基因往往是异种生物的基因； 外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。,(2)理性看待转基因生物 转基因生物的优缺点分析,对待转基因生物的正确态度是趋利避害，不能因噎废食。,2生物技术中的伦理问题 (1)克隆人 过程,分类,态度 中国政府的态度是禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。 (2)试管婴儿与设计试管婴儿 试管婴儿是利用体外受精和胚胎移植等技术繁殖个体，其主要目的是解决不孕夫妇的生育问题。 设计试管婴儿与试管婴儿相比需在胚胎移植前对胚胎进行遗传学诊断，以筛选符合特殊要求的胚