選修3基因工程

1、回憶：回憶：（1 1）生物的主要遺傳物質(zhì)是什么？）生物的主要遺傳物質(zhì)是什么？（2 2）DNADNA的空間結(jié)構(gòu)和基本組成單位是什么？的空間結(jié)構(gòu)和基本組成單位是什么？（3 3）你還能畫出四種脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)簡）你還能畫出四種脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)簡式嗎？式嗎？（4 4）一條鏈上的脫氧核苷酸相互連接是通）一條鏈上的脫氧核苷酸相互連接是通過什么來完成的？過什么來完成的？（5 5）基因控制蛋白質(zhì)的合成過程。）基因控制蛋白質(zhì)的合成過程。（6 6）中心法則的圖解。）中心法則的圖解。定向基因改造設(shè)想定向基因改造設(shè)想 選修選修3 3 現(xiàn)代生物科技專題現(xiàn)代生物科技專題 基因工程基因工程欽州二中高中生物備課組段敏欽州二中

2、高中生物備課組段敏 一、基因工程的基本內(nèi)容：一、基因工程的基本內(nèi)容： 基因工程的概念：基因工程的概念：基因重組基因重組 操作環(huán)境操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作對象基因（基因（DNADNA）操作水平操作水平DNADNA分子水平分子水平基本過程基本過程剪切剪切拼接拼接導(dǎo)入導(dǎo)入表達(dá)表達(dá)結(jié)結(jié) 果果優(yōu)點優(yōu)點打破生殖隔離定向改造生物打破生殖隔離定向改造生物時間短時間短人類需要的基因產(chǎn)物人類需要的基因產(chǎn)物基因工程的理論基礎(chǔ)：基因工程的理論基礎(chǔ)：水母水母培育轉(zhuǎn)基因熒光斑馬魚的過程是怎樣的呢？培育轉(zhuǎn)基因熒光斑馬魚的過程是怎樣的呢？普通斑馬魚普通斑馬魚熒光斑馬魚熒光斑馬魚“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”“分子縫合針

3、分子縫合針”“分子運輸車分子運輸車”限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶DNADNA連接酶連接酶基因進(jìn)入受體細(xì)基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體胞的載體二、基因工程的基本操作工具：二、基因工程的基本操作工具：（1 1）分布：）分布：主要在微生物中。主要在微生物中。 （2 2）限制性內(nèi)切酶的特性：）限制性內(nèi)切酶的特性：一種限制性內(nèi)切一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列，并且酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列，并且能在特定的切點切割能在特定的切點切割DNADNA分子。分子。（3 3）舉例：）舉例：大腸桿菌的一種限制酶（大腸桿菌的一種限制酶（EcoREcoR)能識別能識別GAATTCGAATTC序列，并

4、在序列，并在G G和和A A之間切開；之間切開；SmaSma能識別能識別CCCGGGCCCGGG序列，并在序列，并在C C和和G G之間切割。之間切割。、基因的手術(shù)刀、基因的手術(shù)刀限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶( (限制酶限制酶）CGAATTATAGTC磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵EcoREcoR作用的部位：作用的部位：磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 思考：結(jié)果產(chǎn)生幾個切口？產(chǎn)生幾個末端？思考：結(jié)果產(chǎn)生幾個切口？產(chǎn)生幾個末端？會產(chǎn)生黏性末端或平末端會產(chǎn)生黏性末端或平末端作用的結(jié)果：作用的結(jié)果：錯位切錯位切平切平切拓展補(bǔ)充：拓展補(bǔ)充：獲取一個目的基因需限制酶剪切獲取一個目的基因需限制酶剪切

5、次，共次，共產(chǎn)生產(chǎn)生 個黏性末端或平末端。個黏性末端或平末端。 兩兩4 4練習(xí)使用練習(xí)使用EcoRI EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端主要來源主要來源種類種類 特點特點結(jié)果結(jié)果主要從原核生物中分離主要從原核生物中分離（約（約40004000種）種）專一性專一性 切割切割磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵，一個切口，一個切口產(chǎn)生兩個黏性末端或

6、產(chǎn)生兩個黏性末端或兩個兩個平末端。平末端。 EcoEcoR R 黏性末端黏性末端（識別（識別GAATTCGAATTC序列序列）SmaSma 平末端平末端（識別（識別CCCGGGCCCGGG序列序列）錯位切錯位切平切平切（舉例）（舉例）小結(jié)：小結(jié)：、基因的縫合針、基因的縫合針DNADNA連接酶連接酶類型類型作用作用結(jié)果結(jié)果作用作用部位部位形成單鏈形成單鏈DNADNA分子分子堿基對間堿基對間的氫鍵的氫鍵 DNADNA分子分子 形成新的形成新的DNADNA分子分子（形成）（形成）磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵游離脫氧游離脫氧核苷酸核苷酸形成重組形成重組DNADNA分子分子（形成）（形成）磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵D

7、NADNA分子片段分子片段形成黏性末形成黏性末端或平末端端或平末端（斷開）（斷開）磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵DNADNA分子分子作用作用底物底物解旋酶解旋酶 DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA連接酶連接酶限制酶限制酶比較比較項目項目幾種酶的比較：幾種酶的比較：3 3、基因的運輸車、基因的運輸車載體載體將外源基因送入受體細(xì)胞將外源基因送入受體細(xì)胞作用：作用：具備的條件：具備的條件： u 能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存地保存u 具有多個限制酶切點具有多個限制酶切點u 具有某些具有某些標(biāo)記基因標(biāo)記基因，便于進(jìn)，便于進(jìn)行篩選行篩選種類：種類： 質(zhì)粒質(zhì)粒、動植物病毒、動植物病毒、噬菌

8、體衍生物噬菌體衍生物質(zhì)粒：質(zhì)粒：細(xì)菌細(xì)菌或或酵母菌酵母菌等生等生物細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞物細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小核外能夠自主復(fù)制的很小的的環(huán)狀環(huán)狀DNADNA分子分子質(zhì)粒質(zhì)粒 -最常用的載體最常用的載體最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒判斷：判斷：質(zhì)粒只存在于原核細(xì)胞中？質(zhì)粒只存在于原核細(xì)胞中？小結(jié)小結(jié)限制酶限制酶DNADNA連接酶連接酶載體載體來源來源特點特點結(jié)果結(jié)果作用作用種類種類特點特點種類種類特點特點條件條件DNADNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具1 1、目的基因的獲取、目的基因的獲取2 2、基因表達(dá)載體的、基因表達(dá)載體的構(gòu)建構(gòu)建3 3、

9、將目的基因?qū)?、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞受體細(xì)胞4 4、目的基因的檢測、目的基因的檢測與鑒定與鑒定三、基因操作的基三、基因操作的基本操作程序本操作程序 舉例：舉例：與生物抗逆性相關(guān)的基因、與優(yōu)良品質(zhì)相與生物抗逆性相關(guān)的基因、與優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因、與生物藥物和保健品相關(guān)的基因、與關(guān)的基因、與生物藥物和保健品相關(guān)的基因、與毒物降解相關(guān)的基因，以及與工業(yè)所需用酶相關(guān)毒物降解相關(guān)的基因，以及與工業(yè)所需用酶相關(guān)的基因等，也可以是具有一些調(diào)控作用的因子。的基因等，也可以是具有一些調(diào)控作用的因子。目的基因：目的基因：主要是指編碼特定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。主要是指編碼特定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。補(bǔ)充：基因的結(jié)構(gòu)補(bǔ)充：基因

10、的結(jié)構(gòu)1.1.原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)：原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)：2.2.真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)：真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)：1.1. 直接從自然界中已有的物種中分離出來直接從自然界中已有的物種中分離出來供體生物細(xì)胞供體生物細(xì)胞取出取出DNADNA用限制酶剪去用限制酶剪去多余部分多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶目前被較廣泛目前被較廣泛提取使用的目的基提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病白基因、植物抗病基因等。基因等。2 2、從基因文庫中獲取目的基因、從基因文庫中獲取目的基因用適當(dāng)用適當(dāng)限制酶

11、切割限制酶切割與載體連接與載體連接導(dǎo)入受體菌群導(dǎo)入受體菌群提取某生物提取某生物全部全部DNADNA許許 多多DNADNA片段片段該生物基該生物基因組文庫因組文庫例如：例如：cDNAcDNA文庫的構(gòu)建文庫的構(gòu)建mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄形成反轉(zhuǎn)錄形成與載體連與載體連接導(dǎo)入受接導(dǎo)入受體菌群體菌群該生物該生物cDNAcDNA文庫文庫DNADNA雙鏈復(fù)制雙鏈復(fù)制一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列原理：原理：前提：前提：PCRPCR：多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3 3、利用、利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCRPCR擴(kuò)增儀擴(kuò)增儀1.1.四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸2

12、.DNA2.DNA的兩條模板鏈的兩條模板鏈3.3.熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定DNADNA聚合酶聚合酶( (TaqTaq酶）酶）4.4.一對引物一對引物條件：條件：過程：過程： 1.1.目的基因目的基因DNADNA受熱受熱(90-95)(90-95)變性后解鏈變性后解鏈成單鏈；成單鏈；2.2.引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合；引物與單鏈互補(bǔ)結(jié)合；3.3.合成鏈在合成鏈在DNADNA聚合酶作用下進(jìn)行延伸。聚合酶作用下進(jìn)行延伸。4.4.人工合成法人工合成法化學(xué)合成法：化學(xué)合成法：適用范圍：適用范圍：已知核苷酸序列，基因的核苷酸數(shù)量較少。已知核苷酸序列，基因的核苷酸數(shù)量較少。DNADNA合成儀合成：合成儀合成：利用合成儀按照人們

13、預(yù)先設(shè)利用合成儀按照人們預(yù)先設(shè)定的定的DNADNA序列序列, ,從無到有從無到有, ,從頭合成從頭合成 反轉(zhuǎn)錄法：（反轉(zhuǎn)錄法：（cDNAcDNA文庫）文庫）小結(jié)：目的基因的獲取小結(jié)：目的基因的獲取1.1.獲取目的基因的常用方法獲取目的基因的常用方法從基因文庫中獲取從基因文庫中獲取利用利用PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增技術(shù)擴(kuò)增人工合成人工合成PCRPCR技術(shù)擴(kuò)增與技術(shù)擴(kuò)增與DNADNA復(fù)制的比較復(fù)制的比較PCRPCR技術(shù)技術(shù)DNADNA復(fù)制復(fù)制相相同同點點原理原理原料原料條件條件不不同同點點解旋解旋方式方式場所場所酶酶結(jié)果結(jié)果堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸模板、能量、酶模板、能量、酶

14、高溫下變性解旋高溫下變性解旋解旋酶催化解旋酶催化體外復(fù)制體外復(fù)制(PCR(PCR擴(kuò)擴(kuò)增儀內(nèi)增儀內(nèi)) )主要在細(xì)胞核內(nèi)主要在細(xì)胞核內(nèi)熱穩(wěn)定的熱穩(wěn)定的DNADNA聚合酶聚合酶（TaqTaq酶）酶）大量的大量的DNADNA片段片段形成整個形成整個DNADNA分子分子解旋酶、解旋酶、普通的普通的DNADNA聚合酶等聚合酶等人工合成法：人工合成法：化學(xué)合成法化學(xué)合成法 ：適用范圍：適用范圍：已知核苷酸序列，基因的核苷酸數(shù)量較少。已知核苷酸序列，基因的核苷酸數(shù)量較少。DNADNA合成儀合成：合成儀合成：利用合成儀按照人們預(yù)先設(shè)利用合成儀按照人們預(yù)先設(shè)定的定的DNADNA序列序列, ,從無到有從無到有, ,

15、從頭合成從頭合成 反轉(zhuǎn)錄法：（反轉(zhuǎn)錄法：（cDNAcDNA文庫）文庫）使目的基因在受體細(xì)胞中使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在穩(wěn)定存在，并，并且可以且可以遺傳遺傳給下一代給下一代使目的基因能夠使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用表達(dá)和發(fā)揮作用1 1、基因、基因表達(dá)載體表達(dá)載體構(gòu)建的目的構(gòu)建的目的？（？（P11P11）思考：一定數(shù)量的目的基因與載體混合后，加入思考：一定數(shù)量的目的基因與載體混合后，加入DNADNA連接酶，兩兩連接的重組連接酶，兩兩連接的重組DNADNA有幾種？有幾種？（含有目的基因）（含有目的基因）（載體）（載體）環(huán)狀環(huán)狀啟動子：啟動子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNADNA片段，位于

16、基因片段，位于基因的首端，是的首端，是RNARNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。聚合酶識別和結(jié)合的部位。終止子：終止子：位于基因的尾端，也是一段有特殊結(jié)位于基因的尾端，也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的構(gòu)的DNADNA片段，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。片段，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。標(biāo)記基因：標(biāo)記基因：為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來?；?，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。基因表達(dá)載體的組成：基因表達(dá)載體的組成：目的基因目的基因+ +啟動子啟動子+ +終止子終止子+ +標(biāo)記基因標(biāo)記基因目的基因目的基因啟動子啟動子終終止子止子標(biāo)記基因標(biāo)記基因

17、啟動子啟動子(DNA(DNA片段片段)起始密碼子起始密碼子(RNA);(RNA);終止子終止子(DNA(DNA片段片段)終止密碼子終止密碼子(RNA)(RNA)。思考思考1 1：常用的受體細(xì)胞有哪些？：常用的受體細(xì)胞有哪些？動物、植物、微生物。動物、植物、微生物。思考思考2 2：什么叫轉(zhuǎn)化？：什么叫轉(zhuǎn)化？目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)穩(wěn)定和表達(dá)的過程。的過程。（1 1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：常用于常用于雙子葉植物和裸子植物雙子葉植物和裸子植物1 1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞兩次拼接？兩次導(dǎo)入？兩次

18、拼接？兩次導(dǎo)入？組織培養(yǎng)技術(shù)組織培養(yǎng)技術(shù)優(yōu)點：優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)有效經(jīng)濟(jì)有效（3 3）花粉管通道法）花粉管通道法（2 2）基因槍法）基因槍法缺點：缺點：成本較高成本較高 受體細(xì)胞受體細(xì)胞 ( (單子葉植物單子葉植物) )我國科學(xué)家獨創(chuàng)，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉我國科學(xué)家獨創(chuàng)，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉方法：方法：顯微注射技術(shù)（最常用，最有效）顯微注射技術(shù)（最常用，最有效）受體細(xì)胞：受體細(xì)胞：常用受精卵常用受精卵過程：過程：目的基因的表達(dá)載體提純目的基因的表達(dá)載體提純?nèi)÷眩ㄊ芫眩┤÷眩ㄊ芫眩╋@微注射顯微注射受精卵發(fā)育受精卵發(fā)育新性狀動物新性狀動物2 2、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：、將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：3、將目的基因?qū)胛⑸?/p>

19、物細(xì)胞、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞2.2.微生物作受體細(xì)胞原因：微生物作受體細(xì)胞原因：3.3.轉(zhuǎn)化方法：轉(zhuǎn)化方法：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對少1.1.常用菌：常用菌： 大腸桿菌等。大腸桿菌等。CaCa2+2+處理受體細(xì)胞處理受體細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收感受態(tài)細(xì)胞吸收DNADNA分子分子用用CaCa2 2處理，處理，增加細(xì)菌細(xì)增加細(xì)菌細(xì)胞壁的通透胞壁的通透性性思考：為什么思考：為什么要用要用CaCa2+2+處理處理受體細(xì)胞？受體細(xì)胞？受體生物受體生物 植物植物 動物動物 微生物微生物受體細(xì)

20、胞受體細(xì)胞導(dǎo)入方法導(dǎo)入方法受精卵受精卵體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵受精卵細(xì)胞細(xì)胞/ /個體個體農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法顯微注顯微注射技術(shù)射技術(shù)用用CaCa2+2+處理成處理成感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞小結(jié)：小結(jié)：1 1、導(dǎo)入檢測、導(dǎo)入檢測（1 1）目的：）目的：檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNADNA上是上是否插入了目的基因否插入了目的基因（2 2）方法：）方法：DNADNA分子雜交技術(shù)分子雜交技術(shù)(4)(4)基因探針基因探針: : 含含目的基因的目的基因的DNADNA片段片段用放射性同位素、熒用放射性同位素、熒光等作標(biāo)記光等作標(biāo)記, ,以此做探針。以此

21、做探針。GTACAGCGTA基因探針基因探針GACATAGCTACA轉(zhuǎn)基因生物的轉(zhuǎn)基因生物的DNA DNA CTGTATCGATGTGTACAGCGTA基因探針基因探針雜交判斷過程：使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交雜交判斷過程：使探針和轉(zhuǎn)基因生物的基因組雜交, ,若顯若顯示出示出雜交帶雜交帶, ,表明目的基因已插入染色體表明目的基因已插入染色體DNADNA中中CGTCATGTCGCATGCT轉(zhuǎn)基因生物的轉(zhuǎn)基因生物的DNA DNA GCAGTACAGCGTACGAGTACAGCGTA基因探針基因探針2 2、轉(zhuǎn)錄檢測、轉(zhuǎn)錄檢測（1 1）目的：）目的：檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了m

22、RNAmRNA（2 2）方法：）方法：分子雜交技術(shù)分子雜交技術(shù)（3 3）雜交的對象：）雜交的對象： 從轉(zhuǎn)基因生物中提取的從轉(zhuǎn)基因生物中提取的mRNA.mRNA.3 3、翻譯檢測、翻譯檢測（1 1）目的：）目的：檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（2 2）方法：）方法：抗原抗體雜交技術(shù)抗原抗體雜交技術(shù)從轉(zhuǎn)基因生物中提取的蛋白質(zhì)從轉(zhuǎn)基因生物中提取的蛋白質(zhì)抗原：抗原：抗體：抗體：將目的基因編碼的蛋白質(zhì)注射進(jìn)動物體內(nèi)進(jìn)將目的基因編碼的蛋白質(zhì)注射進(jìn)動物體內(nèi)進(jìn)行免疫產(chǎn)生的相應(yīng)抗體行免疫產(chǎn)生的相應(yīng)抗體4.4. 個體生物學(xué)水平鑒定個體生物學(xué)水平鑒定抗蟲、抗病接種實驗，活性比較等抗蟲、抗病接種實驗，活性比較等分子水平分子水平檢測檢測個體水平鑒定：個體水平鑒定：檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNADNA上是否上是否插入插入了目的基因了目的基因檢測目的基因是否檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄出出了了mRNAmRNA檢測目的基因是否檢測目的基因是否翻譯翻譯成成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNADNA分子雜交分子雜交分子雜交分子雜交抗原抗原- -抗體雜交抗體雜交如：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等如：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等檢測鑒定重組性狀的表達(dá)檢測鑒定重組性狀的表達(dá)小結(jié)：小結(jié)：人體細(xì)胞人體細(xì)胞質(zhì)粒質(zhì)粒大腸桿菌大腸桿菌目的基因目的基因(人胰島素基因人胰島素基因)用