《4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性（第2课时） 高二生物下学期同步教学优质课件（2019浙科版选择性必修3）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性（第2课时） 高二生物下学期同步教学优质课件（2019浙科版选择性必修3）（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙科版浙科版2019版版选择性选择性必修三必修三第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第四章第四章 基因工程基因工程第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第一节基因工程赋予生物新的遗传特性第一节基因工程赋予生物新的遗传特性第第2课时课时基因工程基因工程的的基本操作步骤基本操作步骤1基因工程的基本工具：基因工程的基本工具：限制性内切核酸酶、限制性内切核酸酶、DNA连接酶、
2、连接酶、载体载体基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤获取获取目的基因目的基因、构建构建重组重组DNA分子分子、将重组将重组DNA 分子导入分子导入受体细胞受体细胞、检测目的基因及其检测目的基因及其表达产物表达产物等。等。原核细胞基因与真核细胞基因的结构异同原核细胞基因与真核细胞基因的结构异同项目目编码蛋蛋白白质的的核苷酸核苷酸序列序列启启动子子终止子止子外外显子子内含子内含子原原核核细胞胞连续的的 有。位于有。位于基因的基因的“上上游游”，有有RNA聚合聚合酶结合合的的位点位点，控控制制转录的的开始开始有。位于有。位于基因基因末端末端。当当RNA聚合聚合酶到达到达时，释放放出出RNA产
3、物物，转录结束束无无无无真真核核细胞胞不不连续的的有有，编码蛋蛋白白质的的序列序列有有，不能不能编码蛋白蛋白质的序列的序列 外显子、内含子外显子、内含子均会被转录成均会被转录成RNA，再经过切去内含子对应部位、连接，再经过切去内含子对应部位、连接外显子对应部位等外显子对应部位等RNA加工过程，形成可加工过程，形成可以直接用于翻译的以直接用于翻译的mRNA(图图4-9)。（一）（一）获取目的基因获取目的基因（2 2）目的基因的序列已知：）目的基因的序列已知：从基因文库获得从基因文库获得（1 1）目的基因的序列未知：）目的基因的序列未知：1、目的基因：、目的基因：人们所需要的基因。如：人的胰岛素基
4、因、植物的抗病基因人们所需要的基因。如：人的胰岛素基因、植物的抗病基因等等2 2、获取方法：、获取方法：根据蛋白质中氨基酸序列根据蛋白质中氨基酸序列根据根据mRNAmRNA中的碱基序列（中的碱基序列（逆转录法）逆转录法）化学方法合成化学方法合成 已经给了目的基因：已经给了目的基因：聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCR技术技术）扩增用适当用适当限制酶切割限制酶切割与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群提取某生物提取某生物全部全部DNADNA许许 多多DNADNA片段片段该生物基该生物基因组文库因组文库（每个受体菌含有一段不同的DNA片段）借助载体建立借助载体建立基因文库基因文库基因组文库
5、：把某种生物的基因组基因组文库：把某种生物的基因组DNA切成适当大小，分别与切成适当大小，分别与载载体体组合，导入微生物细胞，形成克隆。基因组中所有组合，导入微生物细胞，形成克隆。基因组中所有DNA序列克隆的序列克隆的总汇被称为基因组文库。总汇被称为基因组文库。（1）目的基因序列）目的基因序列未知未知核酸酶核酸酶H H与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群DNADNA聚合酶聚合酶mRNAmRNA逆转录酶逆转录酶杂交双链杂交双链单链单链DNADNA双链双链DNADNA该生物该生物cDNAcDNA文库文库构建构建cDNA文库文库：从特定的组织或细胞中提取并纯化全部：从特定的组织或细胞中提取并
6、纯化全部mRNA，然后在然后在逆转录酶逆转录酶等酶的催化下，以等酶的催化下，以mRNA为模板合成互补的为模板合成互补的DNA，即，即cDNA。最后，借助。最后，借助载体载体，利用与构建基因组文库相同的方法构建，利用与构建基因组文库相同的方法构建cDNA文库文库.由于基因的选择性表达，不同组织细胞的由于基因的选择性表达，不同组织细胞的cDNA文库是不同的，同一文库是不同的，同一组织细胞在不同的发育阶段，组织细胞在不同的发育阶段，cDNA文库也会有差异。例如，胰岛素基因文库也会有差异。例如，胰岛素基因的的cDNA只能在由胰岛只能在由胰岛B细胞建立的细胞建立的cDNA文库中找到。文库中找到。该法最大
7、的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因基因(含有不表达的内含子，这样获得的基因在原核生物体内不能表达含有不表达的内含子，这样获得的基因在原核生物体内不能表达)转移转移到原核生物中去到原核生物中去。所以此方法不适合获得真核生物目的基因的编码序列。所以此方法不适合获得真核生物目的基因的编码序列。基因文库的构建基因文库的构建直接分离法（或鸟枪法）直接分离法（或鸟枪法）目的基因目的基因的的mRNAmRNA逆转录逆转录单链单链DNADNA合成合成双链双链DNADNA（目的基因）（目的基因）蛋白质氨蛋白质
8、氨基酸序列基酸序列推测推测mRNAmRNA的核的核苷酸序列苷酸序列推测推测结构基因的核结构基因的核苷酸序列苷酸序列化学化学合成合成目的目的基因基因化学化学合成法合成法逆转录法逆转录法根据根据已知氨基酸序列直接合成已知氨基酸序列直接合成DNADNA（2 2）目的）目的基因基因序列已知序列已知：将核苷酸按照特定顺序一个将核苷酸按照特定顺序一个一个一个地连接起来。此地连接起来。此方法成本较高，适于合成序列方法成本较高，适于合成序列较短较短的的基因基因.利用PCR技术扩增目的基因原理原理:DNA双链复制双链复制前提前提:要有一段已知目的基要有一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列，因的脱氧核苷酸序列，以便合
9、成引物。以便合成引物。聚合酶链式反应技术聚合酶链式反应技术(PCR技术技术)（已知已知序列序列)原理：原理：DNA半保留复制半保留复制特点特点：简便简便、快速快速、灵敏。灵敏。应用应用：医学诊断、法医鉴定、古生物学研究等方面。医学诊断、法医鉴定、古生物学研究等方面。模板：模板：待扩增的待扩增的DNA分子分子。原料原料：4种种脱氧核苷三脱氧核苷三磷酸磷酸，即即dNTP，N代表代表A、T、G、C四种碱基。四种碱基。酶：酶：耐高温耐高温TaqDNA聚合酶聚合酶。引物引物（前提）（前提）：在体外根据目的基因的核苷酸序列人工合成的两段短在体外根据目的基因的核苷酸序列人工合成的两段短的单链的单链DNA，分
10、别可以与两分别可以与两条条DNA模板模板链链复制复制起始端互补配对成小段双起始端互补配对成小段双链链。过程：过程：包括多次包括多次循环循环，每个循环分为，每个循环分为3个步骤。个步骤。变性变性：模板模板DNA双链在高温下双链在高温下(9095)氢键氢键断裂，解旋成断裂，解旋成2条条DNA单链。单链。退火退火：温度降低温度降低(5060)后，后，2个引物分别与各自互补的个引物分别与各自互补的DNA单链单链结合。结合。延伸延伸：分别分别以两以两条条DNA单链为模板，单链为模板，4种脱氧核苷三种脱氧核苷三磷酸为磷酸为原原料，耐高温料，耐高温的的TaqDNA聚合酶聚合酶在适宜的温度在适宜的温度(约约7
11、2)下，下，以引物以引物与与模板形成的小段模板形成的小段DNA双链区为起点，催化合成一条新的双链区为起点，催化合成一条新的DNA互补链。互补链。扩增扩增特点特点：重复重复循环多次，循环多次，DNA呈指数形式呈指数形式扩增扩增。扩增扩增DNA片段的起点和终点由片段的起点和终点由2个个引物决定引物决定产物产物鉴定鉴定利用电泳技术利用电泳技术鉴定鉴定PCR技术具有简便、快速、技术具有简便、快速、灵敏的特点灵敏的特点,已广泛应用于已广泛应用于医学诊断、法医鉴定、古医学诊断、法医鉴定、古生物学研究等方面。下图生物学研究等方面。下图表示表示PCR的前三个循环的前三个循环,目目的基因位于模板的基因位于模板D
12、NA分子分子中与两种引物所对应的位中与两种引物所对应的位置之间置之间,请据图回答下列问请据图回答下列问题。题。a.PCR技术扩增过程技术扩增过程1.细胞内细胞内DNA复制时是否需要引物复制时是否需要引物?为什么为什么?提示提示 需要。因为需要。因为DNA聚合酶不能从头开始合成聚合酶不能从头开始合成DNA单链单链,只能将游离的只能将游离的脱氧核苷酸连接在一条脱氧核苷酸连接在一条DNA单链的单链的3端端,所以细胞内所以细胞内DNA复制时需要引物。复制时需要引物。2.PCR过程中过程中,如果两种引物之间互补序列较长如果两种引物之间互补序列较长,会有什么样的结果会有什么样的结果?提示提示 可能会导致在
13、退火过程中可能会导致在退火过程中,引物之间相互结合引物之间相互结合,从而使引物不能很好从而使引物不能很好地与模板地与模板DNA链结合。链结合。3.PCR过程中过程中,退火的目的是什么退火的目的是什么?提示提示 使使2个引物分别与各自互补的个引物分别与各自互补的DNA单链结合。单链结合。4.PCR扩增的是完整的模板扩增的是完整的模板DNA分子吗分子吗?提示提示 不是不是,PCR扩增的仅仅是两种引物之间所对应的特定扩增的仅仅是两种引物之间所对应的特定DNA片段片段。5.经过第几轮扩增后经过第几轮扩增后,扩增出的含有目的基因的扩增出的含有目的基因的DNA片段才不含黏性末端片段才不含黏性末端?比例是多
14、少比例是多少?提示提示 第三轮。第三轮。1/4。6.如果已知某目的基因的序列和结构如果已知某目的基因的序列和结构,利用利用PCR筛选和扩增出该目的基因筛选和扩增出该目的基因的关键是什么的关键是什么?提示提示 根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。归纳提升归纳提升PCR技术与细胞内DNA复制的比较【微思考】【微思考】本实验能不能达到对本实验能不能达到对DNA片段进行提纯的目的片段进行提纯的目的?如何实现如何实现?提示提示 能。观察到电泳结果后能。观察到电泳结果后,可将含有目的可将含有目的DNA条带的凝胶用刀片切割条带的凝胶用刀片切割下来下来,回收凝胶中的回收
15、凝胶中的DNA,从而达到提纯的目的。从而达到提纯的目的。例题例题1.实验室常用PCR技术对DNA进行体外扩增,下列相关叙述正确的是()A.温度在9095 时DNA的磷酸二酯键断开B.引物与模板结合后向5方向延伸C.反应过程包括变性退火延伸D.需要解旋酶和耐高温的Taq DNA聚合酶C例题例题2.下图表示形成下图表示形成cDNA并进行并进行PCR扩增的过程。据图分析扩增的过程。据图分析,下列叙述下列叙述错误的是错误的是()A.过程所需的原料是脱氧核苷酸过程所需的原料是脱氧核苷酸B.过程所需的酶不需耐高温过程所需的酶不需耐高温C.过程需要解旋酶破坏氢键过程需要解旋酶破坏氢键D.过程的引物对之间不能
16、互补配对过程的引物对之间不能互补配对C 该该技术是技术是分离、鉴定、纯化分离、鉴定、纯化核酸和蛋白质的核酸和蛋白质的常用方法常用方法。电泳是电泳是指指带电粒子在带电粒子在电场作用下电场作用下，向与其携，向与其携带带电荷相反的电极迁移的过程。电荷相反的电极迁移的过程。不同带电粒子不同带电粒子因因分子大分子大小小、形状、所带电荷等因素不同、形状、所带电荷等因素不同，迁移迁移速率速率也会有所差也会有所差异异。核酸是带核酸是带负电荷负电荷的生物大分子的生物大分子，其迁移速率主要受其迁移速率主要受核酸片段长度影响核酸片段长度影响。在电场强度。在电场强度一定时，核酸一定时，核酸分子越大，分子越大，向正极迁移速率越慢。向正极迁移速率越慢。电泳时常使用凝胶电泳时常使用凝胶作为作为介质，凝介质，凝胶的胶的孔隙可起到分子筛的孔隙可起到分子筛的作用；凝胶浸没于电泳缓冲液作用；凝胶浸没于电泳缓冲液中。中。电泳缓冲液的作用是在电泳缓冲液的作用是在电泳过程电泳过程中维持合适的中维持合适的PH，并使溶液具有并使溶液具有一定的一定的导电性，利于导电性，利于核酸迁移核酸迁移。DNA片段根据片段根据长度大小在凝胶上长度大
