《基因工程复习课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因工程复习课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 选修修3现代生物科技代生物科技专题 专题专题1 1 基因工程基因工程一、基因工程的工具及其操作程序一、基因工程的工具及其操作程序1基因工程的基本工具基因工程的基本工具作用作用作用作用部位部位限制酶限制酶DNA连接酶连接酶载体载体切割目的基切割目的基因和载体因和载体连接连接DNA片片段，形成重段，形成重组组DNA携带目的携带目的基因进入基因进入受体细胞受体细胞核苷酸的脱氧核糖与磷酸间核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键形成的磷酸二酯键限制限制酶酶DNA连接接酶酶载体体作用作用特点特点(条件条件)常用常用类型型学学.科科.网网 zxxk.(1)识别特定识别特定的核苷酸序的核苷酸序列列(2)在
2、特定位在特定位点上切割点上切割(1)Ecoli DNA连接酶连接酶只连接黏性末只连接黏性末端端(2)T4DNA连接连接酶连接黏性末酶连接黏性末端和平末端端和平末端(1)能在宿主细能在宿主细胞内稳定存在胞内稳定存在并大量复制并大量复制(2)有多个限制有多个限制酶切割位点酶切割位点(3)具有特殊的具有特殊的标记基因标记基因EcoR限制酶限制酶Sma限制酶限制酶Ecoli DNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶质粒、噬菌体、质粒、噬菌体、动植物病毒动植物病毒1. 1. 限制酶不切割自身限制酶不切割自身DNADNA的原因是：原核生物不存在的原因是：原核生物不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。该
3、酶的识别序列或识别序列已经被修饰。2. DNA2. DNA连接酶起作用时不需要模板。连接酶起作用时不需要模板。2. 载体载体(1)作用作用将目的基因转移到宿主细胞内。将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点。有多个限制酶切割位点。具有特殊的标记基因，以便进行筛选。具有特殊的标记基因，以便进行筛选。【例【例1】(2010江苏高考江苏高考T27)下表中列出了几种限制下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图酶识
4、别序列及其切割位点，图1、图、图2中箭头表示相关限制中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：酶的酶切位点。请回答下列问题：限制限制酶酶BamH Hind EcoR Sma 识别序列及序列及切割位点切割位点GGATC CC CTAGGAAGCT TT TCGAAGAATT CC TTAAGCCC GGGGGGCCC(1)一个图一个图1所示的质粒分子经所示的质粒分子经Sma 切割前后，分别含有切割前后，分别含有_个游离的磷酸基团。个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的若对图中质粒进行改造，插入的Sma 酶切位点越多，质酶切位点越多，质粒的热稳定性越粒的热稳定性越_。(3)用图
5、中的质粒和外源用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用构建重组质粒，不能使用Sma 切割，原因是切割，原因是_。(4)与只使用与只使用Eco R相比较，使用相比较，使用Bam H和和Hind 两种限两种限制酶同时处理质粒、外源制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止的优点在于可以防止_。限制限制酶酶BamH Hind EcoR Sma 识别序列及序列及切割位点切割位点GGATC CC CTAGGAAGCT TT TCGAAGAATT CC TTAAGCCC GGGGGGCCC0,2高高SmaSma 会破坏质粒的抗性基因、外源会破坏质粒的抗性基因、外源DNADNA中的目的基因中的目的
6、基因质粒和含目的基因的外源质粒和含目的基因的外源DNADNA片段自身环化片段自身环化(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入段混合，并加入_酶。酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。(7)为了从为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在然后在_的培养基因培养，以的培养基因培养，以完成目的基因表达的初步检测。完成目的基因表达的初步检测。限制限制酶
7、酶BamH Hind EcoR Sma 识别序列及序列及切割位点切割位点GGATC CC CTAGGAAGCT TT TCGAAGAATT CC TTAAGCCC GGGGGGCCCDNADNA连接连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞鉴别和筛选含有目的基因的细胞蔗糖为唯一含碳营养物质蔗糖为唯一含碳营养物质1. 1. 获取目的基因和切割载体时使用同一种限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。制酶，目的是产生相同的黏性末端。2. 2. 获取一个目的基因需限制酶切割两次，共获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生产生4 4个黏性末端或平末端。个黏性末端或平末端。3. 3.
8、限制酶切割位点的选择必须保证标记基因限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测和筛选。的完整性，以便于检测和筛选。学学.科科.网网 zxxk.2.基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序(1)目的基因的目的基因的获取取从基因文从基因文库中中获取目的基因取目的基因优点：有了基因文点：有了基因文库，就可以随，就可以随时从中提取从中提取所需要的目的基因，引入受体所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。胞使之表达。目的基因的获取、目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定人工合成目的
9、基因人工合成目的基因利用利用PCR技技术扩增目的基因增目的基因aPCR：是一：是一项在生物体外复制特定在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技片段的核酸合成技术。PCR扩增是增是获取目取目的基因的一种非常有用的方法，也是的基因的一种非常有用的方法，也是进行分行分子子鉴定和定和检测的一种很灵敏的方法。的一种很灵敏的方法。b目的：通目的：通过指数式指数式扩增增获取大量的目的取大量的目的基因。基因。(2)基因表达基因表达载体的构建体的构建学学.科科.网网 zxxk.目的：目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用
10、。给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达基因表达载体的构建方法体的构建方法(1)一般来说，天然载体往往一般来说，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。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。位之前需有启动子，之后需有终止子。1(2009年年潍坊模坊模拟)质粒作粒作为“分子分子运运输车”的条件是的条件是()能能够
11、自我复制自我复制双双链环状状DNA分分子子有多个限制有多个限制酶酶切点切点有有标记基因基因真核真核细胞中没有胞中没有A BC D【答案】【答案】C2(2009年南通年南通调研研)下列关于基因下列关于基因表达表达载体构建的相关叙述，不正确的体构建的相关叙述，不正确的是是()A需要限制需要限制酶酶和和DNA连接接酶酶B必必须在在细胞内胞内进行行C抗生素抗性基因可作抗生素抗性基因可作为标记基因基因D启启动子位于目的基因的首端子位于目的基因的首端【答案】【答案】B(3)将目的基因将目的基因导入受体入受体细胞胞目的：目的基因目的：目的基因进入受体入受体细胞内并在受体胞内并在受体细胞内胞内维持持稳定和表达
12、的定和表达的过程。程。受体受体细胞种胞种类不同，不同，导入方法不同。入方法不同。受体受体细胞种胞种类方法方法植物植物细胞胞农杆菌杆菌转化法：目的基因插入化法：目的基因插入Ti质粒的粒的TDNA转入入农杆菌杆菌导入植入植物物细胞胞稳定定维持和表达持和表达基因基因枪法法花粉管通道法花粉管通道法受体受体细胞种胞种类方法方法动物物细胞胞显微注射法：目的基因的表达微注射法：目的基因的表达载体提体提纯取卵取卵(受精卵受精卵)显微注射微注射受精卵受精卵发育育新性状新性状动物物微生物微生物细胞胞Ca2处理受体理受体细胞胞感受感受态细胞胞表表达达载体与感受体与感受态细胞混合胞混合感受感受态细胞吸收胞吸收DNA分
13、子分子受体生物不同，所用的受体受体生物不同，所用的受体细胞种胞种类也不也不相同。相同。a植物：可以是卵植物：可以是卵细胞胞(受精卵受精卵)、体、体细胞胞(可可经组织培养成培养成为完整植株完整植株)。b动物：受精卵物：受精卵(因因为体体细胞的全能性受到胞的全能性受到严格限制格限制)。转化化实质：目的基因整合到受体：目的基因整合到受体细胞染色胞染色体基因体基因组中。中。基因工程中受体细胞的选择基因工程中受体细胞的选择基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。(1)(1)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。(2)(
14、2)培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养，体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养，即可获得转基因植株。即可获得转基因植株。(3)(3)若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获得大量产品。得大量产品。(4)目的基因的目的基因的检测与与鉴定定类型型步步骤检测内容内容方法方法结果果显示示分分子子检检测测导入入检测目的基因是否插入目的基因是否插入受体受体细胞染色体的胞染色体的DNA上上表达表达检测目的基
15、因是否目的基因是否转录出出mRNA目的基因是否翻目的基因是否翻译出蛋白出蛋白质DNA分子杂交分子杂交技术技术(DNA和和DNA之间之间)核酸分子杂交核酸分子杂交技术技术( DNA( DNA和和mRNAmRNA之间之间) )蛋白质分子杂蛋白质分子杂交交( (抗原和抗体抗原和抗体之间之间) )是否成是否成功显示功显示出杂交出杂交带带同上同上同上同上个体生物学水平的个体生物学水平的鉴定定抗虫或抗病的接种抗虫或抗病的接种实验基因工程基因工程产品与天然品与天然产品活品活性的比性的比较【例【例2】(2009福建高考福建高考T32)转基因抗病香蕉的转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有培育过程如图所示。
16、质粒上有Pst 、Sma 、EcoR 、Apa 等四种限制酶切割位点。请回答：等四种限制酶切割位点。请回答：(1)构建含抗病基因的表达构建含抗病基因的表达载体体A时，应选用限制用限制酶酶_，对_进行切割。行切割。(2)培培养养基基中中的的卡卡那那霉霉素素会会抑抑制制香香蕉蕉愈愈伤组织细胞胞的的生生长，欲欲利利用用该培培养养基基筛选已已导入入抗抗病病基基因因的的香香蕉蕉细胞胞，应使使基基因因表表达达载体体A中中含含有有_，作作为标记基因。基因。Pst 、EcoR 含抗病基因的含抗病基因的DNA、质粒质粒抗卡那霉素基因抗卡那霉素基因1. 1. 使用限制酶切割目的基因和质粒时，既使用限制酶切割目的基
17、因和质粒时，既要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目的基因和质粒中的标记基因的完整性。的基因和质粒中的标记基因的完整性。2. 2. 标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的基因的依据。利用质粒作载体时往往利用其基因的依据。利用质粒作载体时往往利用其上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗性在适当的选择培养基上选择培养。性在适当的选择培养基上选择培养。 2. 如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简简称称Bt基因基因)及形成转基因抗虫植物的
18、图解。请分析回答：及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：(1)写出写出b过程的表达式过程的表达式_。(2)人工合成目的基因的方法有人工合成目的基因的方法有_；_。(3)将目的基因和载体将目的基因和载体(质粒质粒)结合的工具酶有结合的工具酶有_酶和酶和_酶。酶。(4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的将控制抗体合成的基因导入该种动物的_中，中，导入基因成功表达的标志是导入基因成功表达的标志是_。【答案】【答案】(1)Bt基因基因mRNA原毒素原毒素(晶体蛋白晶体蛋白)(2)反反转录法转录法化学合成法化学合成
19、法(3)限制性核酸内切限制性核酸内切DNA连连接接(4)受精卵动物乳汁中含此种抗体受精卵动物乳汁中含此种抗体二、基因工程的二、基因工程的应用成果及蛋白用成果及蛋白质工程工程1基因工程的应用成果基因工程的应用成果(1)乳腺生物反乳腺生物反应器与微生物生器与微生物生产的比的比较类型型项目目乳腺生物反乳腺生物反应器器微生物生微生物生产基因基因结构构动物基因物基因结构与人构与人类基因基因结构相同构相同与人与人类基因基因结构不构不同同基因表达基因表达与天然蛋白与天然蛋白质活性活性没有区没有区别由于缺少内由于缺少内质网、网、高高尔尔基体等基体等细胞器，胞器，产物可能不具有生物可能不具有生物活性物活性产物提
20、取物提取从乳汁中从乳汁中较易分离易分离提取提取从从细胞中提取，胞中提取，较为复复杂生生产设备畜牧畜牧业生生产，加工，加工提取提取设备工工业生生产，设备精精良良乳腺生物反应器受生物性别乳腺生物反应器受生物性别的限制，若从动物尿液中提取目的的限制，若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。基因产物则不受性别限制。(2)基因治基因治疗项目目类型型外源基外源基因因类型型及举例及举例过程程特点特点成果成果举例例体外体外基因基因治疗治疗腺苷腺苷酸脱酸脱氨酶氨酶基因基因从病人体内获得某从病人体内获得某种细胞种细胞细胞培养细胞培养体外完成基因转移体外完成基因转移筛选并扩增培养筛选并扩增培养重新输入患者体内
21、重新输入患者体内操作操作复杂，复杂，但成但成功率功率高高治疗复治疗复合型免合型免疫缺陷疫缺陷症症体内体内基因基因治疗治疗治疗遗治疗遗传性囊传性囊性纤维性纤维化病的化病的基因基因外源基因外源基因载体携载体携带带 体内相应组体内相应组织细胞织细胞操作操作简单，简单，成功成功率低率低治疗遗治疗遗传性囊传性囊性纤维性纤维化病化病基因治基因治疗是治是治疗人人类遗传病的根本病的根本方法，但由于尚未全面了解基因方法，但由于尚未全面了解基因调控机制控机制和疾病的分子机理，基因治和疾病的分子机理，基因治疗只只处于初期于初期的的临床床试验阶段。段。2蛋白质工程蛋白质工程(1)概念：是指以蛋白概念：是指以蛋白质分子
22、的分子的结构构规律及律及其与生物功能的关系作其与生物功能的关系作为基基础，通，通过基因基因修修饰或基因合成，或基因合成，对现有蛋白有蛋白质进行改造，行改造，或制造一种新的蛋白或制造一种新的蛋白质，以，以满足人足人类的生的生产和生活的需求。和生活的需求。(2)过程：程：预期蛋白期蛋白质功能功能设计预期的蛋期的蛋白白质结构构推推测应有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到找到对应的脱氧核苷酸序列。的脱氧核苷酸序列。(3)蛋白蛋白质工程与基因工程比工程与基因工程比较项目目蛋白蛋白质工程工程基因工程基因工程区区别过程程预期蛋白期蛋白质功能功能设计预期的蛋白期的蛋白质结构构推推测应有的氨基酸序列有的氨基酸序列找
23、到找到对应的脱氧核苷酸序列的脱氧核苷酸序列获取目的基因取目的基因构建基构建基因表达因表达载体体将目的基将目的基因因导入受体入受体细胞胞目的目的基因的基因的检测与与鉴定定实质定向改造定向改造或生或生产人人类所需所需蛋白蛋白质定向改造定向改造生物的生物的遗传特特性性，以，以获得人得人类所需的所需的生物生物类型或生物型或生物产品品结果果生生产自然界没有的蛋白自然界没有的蛋白质一般是生一般是生产自然界自然界已有已有的蛋白的蛋白质联系系蛋白蛋白质工程是在基因工程的基工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二上延伸出来的第二代基因工程。代基因工程。对现有蛋白有蛋白质的改造或制造新的蛋白的改造或制造新的蛋白质，
24、必，必须通通过基因修基因修饰或基因合成或基因合成实现蛋白质工程的实施步骤蛋白质工程的实施步骤(蛋白质工蛋白质工程的实质即程的实质即“中心法则中心法则”的逆推：的逆推：3继哺乳哺乳动物乳腺生物反物乳腺生物反应器研器研发成功成功后，膀胱生物反后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种展。最近，科学家培育出一种转基因小基因小鼠，其膀胱上皮鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生胞可以合成人的生长激激素并分泌到尿液中。素并分泌到尿液中。请回答：回答：(1)将人的生将人的生长激素基因激素基因导入小鼠受体入小鼠受体细胞，胞，常用方法是常用方法是_。(2)进行基因行基因转移
25、移时，通常要将外源基因，通常要将外源基因转入入_中，原因是中，原因是_。显微注射技术显微注射技术受精卵受精卵(或早期胚胎或早期胚胎)受精卵受精卵(或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞)具有全能性，可具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达使外源基因在相应组织细胞表达(3)通常采用通常采用_技技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反在研制膀胱生物反应器器时，应使外源基使外源基因在小鼠的因在小鼠的_细胞中特异表达。胞中特异表达。(5)为使外源基因在后代使外源基因在后代长期保持，可将期保持，可将转基因小鼠体基因小鼠体细胞的胞的_转入入_细胞中构成重胞中构成
26、重组细胞，使其胞，使其发育成与供体育成与供体具有相同性状的个体。具有相同性状的个体。该技技术称称为_。DNA分子杂交分子杂交(核酸探针核酸探针)膀胱上皮膀胱上皮细胞核细胞核去核的卵去核的卵核移植核移植(或克隆或克隆)4(2010年南京年南京调研研)下列关于蛋白下列关于蛋白质工工程的程的说法，正确的是法，正确的是()A蛋白蛋白质工程是在分子水平上工程是在分子水平上对蛋白蛋白质分子直接分子直接进行操作行操作B蛋白蛋白质工程能生工程能生产出自然界中不曾存出自然界中不曾存在在过的新型蛋白的新型蛋白质分子分子C对蛋白蛋白质的改造是通的改造是通过直接改造相直接改造相应的的mRNA来来实现的的D蛋白蛋白质工
27、程的流程和天然蛋白工程的流程和天然蛋白质合成合成的的过程是相同的程是相同的【答案】B(2009年高考浙江理年高考浙江理综卷卷)下列关于基因工下列关于基因工程的叙述，程的叙述，错误的是的是()A目的基因和受体目的基因和受体细胞均可来自胞均可来自动、植、植物或微生物物或微生物B限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶和和DNA连接接酶酶是是两两类常用的工具常用的工具酶酶C人胰人胰岛素原基因在大素原基因在大肠杆菌中表达的杆菌中表达的胰胰岛素原无生物活性素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于体上的抗性基因有利于筛选含重含重组DNA的的细胞和促胞和促进目的基因的表达目的基因的表达【答案】【答案】D(2008年全
28、国卷年全国卷)已知某种限制性内切已知某种限制性内切酶酶在一在一线性性DNA分子上有分子上有3个个酶酶切位点，如下切位点，如下图中箭中箭头所指。如果所指。如果该线性性DNA分子在分子在3个个酶酶切位点切位点上都被上都被该酶酶切断，切断，则会会产生生a、b、c、d四种不四种不同同长度的度的DNA片段。片段。现有多个上述有多个上述线性性DNA分分子，若在每个子，若在每个DNA分子上至少有分子上至少有1个个酶酶切位点切位点被被该酶酶切断，切断，则从理从理论上上讲，经该酶酶酶酶切后，切后，这些些线性性DNA分子最多能分子最多能产生生长度不同的度不同的DNA片段种片段种类数是数是()A3 B4C9 D12【答案】【答案】C
