高中生物 1.1 基因工程概述同步課件 蘇教版選修3.ppt

第一章基因工程 第一章基因工程 第一節(jié)基因工程概述 第一章基因工程 學習導航1 簡述基因工程的概念 重點 2 舉例說出基因工程的工具 重難點 3 簡述基因工程的一般過程與技術 重難點 一 理論與技術1 理論基礎 艾弗里證明了 是遺傳物質(zhì) 沃森和克里克闡明了dna分子的 結(jié)構(gòu) 尼倫貝格等破譯了 dna 雙螺旋 遺傳密碼 2 技術 1 工具酶 和 2 載體 等 二 基因工程1 概念 在 通過人工 剪切 和 拼接 等方法 對生物的基因進行 然后導入 并使 在受體細胞中表達 產(chǎn)生人類需要的 的技術 dna連接酶 質(zhì)粒 體外 改造和 重新組合 受體細胞 重組基因 基因產(chǎn)物 2 操作水平 水平 3 過程 基因 體外 轉(zhuǎn)移以及在受體細胞內(nèi)的 等 基因 分離 重組 復制和表達 想一想人工 剪切 和 拼接 的結(jié)構(gòu)基礎是什么 提示 dna的雙螺旋結(jié)構(gòu) 三 酶與載體1 限制性核酸內(nèi)切酶 1 只能識別 序列 2 在合適的反應條件下使 條鏈 的2個核苷酸之間的 鍵斷裂 3 切割出 末端 特定的核苷酸 每 特定 部位 磷酸二酯 黏性或平口 2 dna連接酶連接 個dna片段形成兩個 鍵成為一個重組dna 3 載體 1 常見的載體有 以及一些動 植物 2 最簡單的質(zhì)粒載體必須包含三個部分 和 兩 磷酸二酯 質(zhì)粒 噬菌體 病毒 復制區(qū) 遺傳標記基因 目的基因插入位點 判一判 1 限制性核酸內(nèi)切酶能夠破壞所有磷酸二酯鍵 2 dna連接酶通過形成磷酸二酯鍵連接黏性末端或平口末端 3 質(zhì)粒的目的基因插入位點含有dna連接酶識別的序列 基因文庫 pcr 同一種 重組 目的基因 受體 標記基因 克隆 目的基因 1 限制性核酸內(nèi)切酶的識別與切割 1 限制性核酸內(nèi)切酶能夠識別特定的核苷酸序列 并有特定的切割位點 2 限制性核酸內(nèi)切酶切開的末端是黏性末端或平口末端 限制性核酸內(nèi)切酶所識別的dna序列 無論是6個堿基還是4 5 8個堿基 都可以找到一條中心軸線 中心軸線兩側(cè)的雙鏈dna上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列的 若限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線的兩側(cè)分別切割 則得到黏性末端 若限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線處進行切割 則得到平口末端 3 在切割位點處破壞了磷酸二酯鍵 4 不同的限制性核酸內(nèi)切酶可以切割相同的黏性末端 5 限制性核酸內(nèi)切酶一般存在于原核生物的細胞內(nèi) 能夠切斷外源dna 2 dna連接酶 1 連接兩個dna片段 2 形成磷酸二酯鍵 3 黏性末端能夠形成堿基互補配對 4 dna連接酶和dna聚合酶的比較 特別提醒 1 不同的限制性核酸內(nèi)切酶識別的核苷酸序列不同 切割位點不同 體現(xiàn)了酶的特異性 2 線性dna沒有切割前有兩個游離的磷酸基團 切割后有四個游離的磷酸基團 2012 揚州中學高二調(diào)考 下表為幾種限制性核酸內(nèi)切酶識別的序列和切割的位點 如圖 已知某dna在目的基因的兩端1 2 3 4四處有bamh 或ecor 或pst 的酶切位點 現(xiàn)用bamh 和ecor 兩種酶同時切割該dna片段 假設所用的酶均可將識別位點完全切開 下列各種酶切位點情況中 可以防止酶切后單個含目的基因的dna片段自身連接成環(huán)狀的是 a 1為ecor 2為bamh 3為bamh 4為pst b 1為bamh 2為ecor 3為bamh 4為pst c 1為pst 2為ecor 3為ecor 4為bamh d 1為bamh 2為ecor 3為pst 4為ecor 思路點撥 切割目的基因的兩種限制性核酸內(nèi)切酶切出的黏性末端不相同就不會發(fā)生自身環(huán)化 解析 現(xiàn)用bamh 和ecor 兩種酶同時切割該dna片段獲得目的基因 則2或3一定一個是bamh 切割 另一個是ecor 切割 兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割出的黏性末端不相同 目的基因不會發(fā)生自身環(huán)化 變式訓練1 限制性核酸內(nèi)切酶a和b的識別序列和切割位點如圖所示 下列有關說法錯誤的是 a 在相同的dna分子中a酶的識別位點一般明顯要比b酶多b 能被a酶識別并切割的序列也能被b切割 c a酶與b酶切斷的化學鍵相同d 將大量a酶和b酶切割后的片段混合 重新連接后的dna片段不一定全都能被b切割 解析 選b 比較a酶和b酶的識別序列發(fā)現(xiàn) b酶識別和切割的序列 a酶一定能夠識別和切割 但是a酶識別和切割的序列 b酶不一定能夠識別和切割 1 質(zhì)粒 1 結(jié)構(gòu) 環(huán)狀dna 2 分布 原核細胞的細胞質(zhì) 3 能夠作為載體的質(zhì)粒組成 復制區(qū) 含有復制原點 是dna復制特定的起始位點 含有a t堿基對較多 遺傳標記基因 主要是抗性基因 最常見的是抗生素抗性基因 如氨芐青霉素抗性基因 四環(huán)素抗性基因 氯霉素抗性基因和新霉素抗性基因等 用于鑒定和篩選重組dna分子 目的基因插入位點 是某種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點 便于目的基因的插入 通常一個質(zhì)粒上會含有多種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點 2 重組質(zhì)粒 1 由質(zhì)粒和目的基因組成 又叫重組dna分子 2 在體外操作 3 需要利用限制性核酸內(nèi)切酶和dna連接酶 4 結(jié)構(gòu)分析 和質(zhì)粒相比較多出一個目的基因結(jié)構(gòu) 啟動子和終止子控制目的基因的轉(zhuǎn)錄 a 啟動子上有rna聚合酶識別和結(jié)合的位點 啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄 b 終止子 rna聚合酶不能與之結(jié)合 終止轉(zhuǎn)錄 特別提醒 1 質(zhì)粒能夠在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定存在 2 小分子質(zhì)粒易于操作和分離純化 2012 江都高二期末 科學家將人的生長激素基因與大腸桿菌的dna分子進行重組 并成功地在大腸桿菌中得以表達 但在進行基因工程的操作過程中 需使用特定的限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒 便于重組和篩選 已知限制性核酸內(nèi)切酶 的識別序列和切點是 g gatcc 限制性核酸內(nèi)切酶 的識別序列和切點是 gatc 據(jù)圖回答 1 由上述質(zhì)粒結(jié)構(gòu)圖可知基因工程中的載體至少應具備的條件是 2 根據(jù)圖示分析 在構(gòu)建基因表達載體過程中 應選用限制性核酸內(nèi)切酶 填 或 切割質(zhì)粒 再用 縫合目的基因和質(zhì)粒之間的缺口 可獲得 種重組質(zhì)粒 3 將得到的大腸桿菌b涂布在一個含有 的培養(yǎng)基上 待平板冷凝后為避免污染 需將培養(yǎng)皿呈 狀態(tài)放置 經(jīng)過一定時間培養(yǎng)后 能夠在培養(yǎng)基上生長的 說明已導入了 反之則沒有導入 解析 1 從圖中可以看出質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)特點是有兩個標記基因分別是氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因 并且有兩種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點 其中酶 切割位點有一個 酶 的切割位點有兩個 2 如果使用酶 切割質(zhì)粒 在兩個抗性基因上都有切割位點 質(zhì)粒的抗性基因被破壞 所以不能用酶 切割質(zhì)粒 只能用酶 切割 保留一個氨芐青霉素抗性基因 對于目的基因的獲取則不能使用酶 切割 只有使用酶 切割含有目的基因的dna 由于兩種酶的黏性末端相同 所以在dna連接酶的作用下目的基因和切割的質(zhì)粒的黏性末端能夠形成堿基互補配對 由于質(zhì)粒只有一個切口 所以目的基因和質(zhì)粒只能形成一種重組質(zhì)粒 3 將目的基因?qū)氪竽c桿菌的結(jié)果有三種 沒有導入任何結(jié)構(gòu)的大腸桿菌 導入插入目的基因的質(zhì)粒的大腸桿菌和導入沒有插入目標基因的質(zhì)粒的大腸桿菌 由于都含有氨芐青霉素抗性基因 所以能夠在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長 接種微生物后的培養(yǎng)采用倒置培養(yǎng)皿的方式能夠防止凝結(jié)在皿蓋上的水蒸氣流到培養(yǎng)基表面污染菌種 有利于菌種利用培養(yǎng)基營養(yǎng) 加快生長速度 答案 1 含標記基因 有一個或多個限制性核酸內(nèi)切酶切割位點 2 dna連接酶1 3 氨芐青霉素倒置普通質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒 寫一個不給分 探規(guī)尋律 1 當質(zhì)粒有多個限制性核酸內(nèi)切酶切割位點時 要分清切割后是否還存在抗性基因等標記基因 2 限制性核酸內(nèi)切酶要切割完整的目的基因 不能破壞目的基因的結(jié)構(gòu) 3 不同的限制性核酸內(nèi)切酶切割要注意黏性末端能否堿基互補配對 變式訓練2 2012 南京師大附中高二月考 下圖為重組質(zhì)粒形成示意圖 將此重組質(zhì)粒導入大腸桿菌 然后將大腸桿菌放在四種培養(yǎng)基中培養(yǎng) a 無抗生素的培養(yǎng)基 b 含四環(huán)素的培養(yǎng)基 c 含氨芐青霉素的培養(yǎng)基 d 含四環(huán)素和氨芐青霉素的培養(yǎng)基 含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長的是 a ab a和cc a和bd b和c 解析 選b 從圖中可以看出人的生長激素基因插入到抗四環(huán)素基因中 導致抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)被破壞 無法表達 重組質(zhì)粒只有抗氨芐青霉素基因能夠表達 導入此重組質(zhì)粒的大腸桿菌只能夠在無抗生素或含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長 不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長 1 目的基因獲取 1 從基因文庫中獲取 基因文庫的構(gòu)建 切割某一種生物細胞的整個基因組dna成為大小合適的片段 構(gòu)建重組質(zhì)粒 分別導入宿主細胞 宿主細胞繁殖成群成為基因文庫 擴增dna片段 特點 包含了某種生物細胞的全部基因 獲取目的基因的方法 根據(jù)基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色體上的位置 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和翻譯產(chǎn)物等信息 可直接從基因文庫中獲得目的基因 2 pcr技術擴增目的基因 原理 dna復制 過程 變性 退火 延伸 與細胞內(nèi)dna復制不同點 解旋不需要解旋酶 需要引物 熱穩(wěn)定dna聚合酶 taq酶 快速大量復制 目的基因循環(huán)擴增的結(jié)果 后代分為三種情況 一個只含有引物a的目的片段 一個只含有引物b的目的片段 2n 2個同時含有引物a和b的目的片段 特別提醒pcr技術過程所需能量來自熱能 細胞內(nèi)dna復制所需能量來atp水解 2 制備重組dna分子 基因工程的核心 1 目的 使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在 能夠遺傳給下一代 使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用 2 基因表達載體的結(jié)構(gòu) 由啟動子 目的基因 終止子 標記基因和復制原點組成 啟動子 在目的基因的上游 是rna聚合酶識別和結(jié)合的部位 啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄 終止子 在目的基因的下游 終止目的基因的轉(zhuǎn)錄 3 轉(zhuǎn)化受體細胞 將攜帶目的基因的載體導入受體細胞 當受體細胞為微生物細胞時 常用cacl2處理微生物細胞 以增大細胞壁的通透性 有利于載體的導入 4 篩選重組細胞 1 篩選 根據(jù)標記基因進行篩選 插入滅活法 將目的基因插入特定的某種抗生素抗性基因中 該抗性基因結(jié)構(gòu)被破壞 該種抗生素抗性消失 含有重組質(zhì)粒的細菌不能在含有該抗生素的培養(yǎng)基上生長繁殖 根據(jù)目的基因及其產(chǎn)物進行篩選 2 克隆5 實現(xiàn)功能表達 2011 高考海南卷 回答有關基因工程的問題 1 構(gòu)建基因工程表達載體時 用不同類型的限制性核酸內(nèi)切酶切割dna后 可能產(chǎn)生黏性末端 也可能產(chǎn)生 末端 若要在限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進行連接 則應選擇能使二者產(chǎn)生 相同 不同 黏性末端的限制性核酸內(nèi)切酶 2 利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時 構(gòu)建的表達載體含有人胰島素基因及其啟動子等 其中啟動子的作用是 在用表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時 常用 處理大腸桿菌 以利于表達載體進入 為了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mrna 可用標記的胰島素基因片段作探針與mrna雜交 該雜交技術稱為 為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mrna是否翻譯成 常用抗原 抗體雜交技術 3 如果要將某目的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導入植物細胞 先要將目的基因插入農(nóng)桿菌ti質(zhì)粒的 中 然后用該農(nóng)桿菌感染植物細胞 通過dna重組將目的基因插入植物細胞的 上 解析 1 限制性核酸內(nèi)切酶能識別特定的dna序列 并在特定位點上切割dna 形成黏性末端或平口末端 要使目的基因和質(zhì)粒直接進行連接 應使用同一種限制性核酸內(nèi)切酶進行切割 使二者產(chǎn)生相同的黏性末端 2 啟動子為dna序列 其具有rna聚合酶結(jié)合位點 能啟動轉(zhuǎn)錄 合成rna 將基因表達載體導入大腸桿菌時 常用ca2 處理大腸桿菌 檢測目的基因時 常用分子雜交技術檢測目的基因或相應的mrna 或采用抗原 抗體雜交技術鑒定相應的蛋白質(zhì) 3 用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛毎麜r 首先將目的基因?qū)朕r(nóng)桿菌ti質(zhì)粒的dna中 再利用農(nóng)桿菌侵染植物細胞 通過dna重組將目的基因插入植物細胞的染色體的dna上 答案 1 平口相同 2 rna聚合酶識別和結(jié)合的位點 有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mrna 最終獲得所需要的蛋白質(zhì)ca2 dna分子雜交技術人胰島素 3 dna染色體的dna 探規(guī)尋律 1 選擇限制性核酸內(nèi)切酶的標準首先保證目的基因結(jié)構(gòu)的完整性 其次相同的限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒時 質(zhì)粒至少有一個完整的標記基因 2 重組質(zhì)粒就是基因表達載體 目的基因的上游就是啟動子 是一段含有rna聚合酶識別并結(jié)合的位點的脫氧核苷酸序列 負責啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄 下游是終止子 終止目的基因的轉(zhuǎn)錄 3 標記基因是篩選轉(zhuǎn)化細胞的依據(jù) 變式訓練3 采用基因工程技術將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?培育出了轉(zhuǎn)基因羊 但是 人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中 以下有關敘述正確的是 a 人體細胞中凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目等于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍b 可用顯微注射技術將含有人凝血因子的重組dna分子導入羊的受精卵 c 在該轉(zhuǎn)基因羊體內(nèi) 人凝血因子基因存在于乳腺細胞中 不存在于其他體細胞中d 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 dna連接酶以dna分子的一條鏈為模板合成mrna解析 選b 在人體細胞中 凝血因子基因編碼區(qū)既有內(nèi)含子 也有外顯子 內(nèi)含子不能編碼氨基酸 所以凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目要大于凝血因子氨基酸數(shù)目的3 倍 多細胞生物體的個體發(fā)育起點為受精卵 受精卵經(jīng)有絲分裂形成一個完整的個體 所以轉(zhuǎn)基因羊中人凝血因子基因不僅存在于乳腺細胞中 其他體細胞中也有 只是沒有表達 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 以dna分子的一條鏈為模板合成mrna 在這一過程中用的是rna聚合酶而不是dna連接酶 制備重組dna分子 例題 蘇云金桿菌 bt 能產(chǎn)生具有殺蟲能力的毒素蛋白 如圖是轉(zhuǎn)bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖 ampr為抗氨芐青霉素基因 據(jù)圖回答下列問題 1 將圖中 的dna用hind bamh 完全酶切后 反應管中有 種dna片段 2 圖中 表示hind 與bamh 酶切 dna連接酶連接的過程 此過程可獲得 種重組質(zhì)粒 如果換用bst 與bamh 酶切 目的基因與質(zhì)粒連接后可獲得 種重組質(zhì)粒 3 目的基因插入質(zhì)粒后 不能影響質(zhì)粒的 4 圖中 的ti質(zhì)粒調(diào)控合成的vir蛋白 可以協(xié)助帶有目的基因的t dna導入植物細胞 并防止植物細胞中 對t dna的降解 5 已知轉(zhuǎn)基因植物中毒素蛋白只結(jié)合某些昆蟲腸上皮細胞表面的特異受體 使細胞膜穿孔 腸細胞裂解 昆蟲死亡 而該毒素蛋白對人類的風險相對較小 原因是人類腸上皮細胞 6 生產(chǎn)上常將上述轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物混合播種 其目的是降低害蟲種群中的 基因頻率的增長速率 解析 1 圖中 的dna是鏈狀dna 有hind 的切割位點1個 bamh 的切割位點有2個 且切割位點不重復 兩種限制性核酸內(nèi)切酶有三個切割位點 則完全酶切后形成4個dna片段 圖中可以看出4個片段長短不同 2 hind 與bamh 酶切質(zhì)粒 有兩個dna片段且兩端的黏性末端能夠和目的基因的黏性末端形成堿基互補配對