基因工程一輪復習(上課用)課件

1、基因工程專題復習高考考試說明要求基因工程基因工程的基本原理與技術(shù)： 工具酶的主要類型、特性及作用 操作步驟 應用與前景 知識結(jié)構(gòu)重組DNA技術(shù)的發(fā)展史（課本）思考：1、什么是基因？其載體是什么？2、遺傳信息指的是？“遺傳效應”指的是？3、不同生物的基因為什么能拼接？真、原核細胞的基因結(jié)構(gòu)是怎樣的？4、真、原核細胞的基因在進行表達時有何異同？你能用簡短的語言表述一下以下名詞之間的關(guān)系嗎?基因 DNA 染色體基因a基因b基因f基因c基因d基因e 基因的遺傳效應是指復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、調(diào)控、突變、重組等功能。 原核細胞的基因結(jié)構(gòu)能轉(zhuǎn)錄編碼區(qū)不能轉(zhuǎn)錄非編碼區(qū)不能轉(zhuǎn)錄非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點轉(zhuǎn)錄調(diào)控

2、調(diào)控上游下游mRNA翻譯蛋白質(zhì)性狀RNA聚合酶識別轉(zhuǎn)錄位點催化DNA轉(zhuǎn)錄為RNA實例：雞卵清蛋白mRNA與DNA 雜交實驗 與RNA聚合酶結(jié)合位點外顯子內(nèi)含子12345編碼區(qū)下游非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄前體mRNA加工成熟mRNA翻譯肽鏈真核細胞的基因結(jié)構(gòu)典型的原核細胞基因結(jié)構(gòu)示意圖典型的真核細胞基因結(jié)構(gòu)示意圖不間斷、連續(xù)的間隔、不連續(xù)的你能說出基因控制蛋白質(zhì)的合成，包括幾個步驟嗎？如何形象的記住它？遺傳信息的表達（基因控制蛋白質(zhì)的合成），包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。1、轉(zhuǎn)錄：在細胞核內(nèi)以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則合成mRNA的過程。2、翻譯：在核糖體上以mRNA為模板以tRNA為運載工

3、具合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。思考：5、基因工程是什么？其基本原理是？6、基因工程的基本工具有？這些工具分別具有什么作用和特點（特性）？7、以“抗蟲棉的培育”或“胰島素的生產(chǎn)”為例，能否簡述出基因工程的基本操作步驟？8、基因工程的應用及成功實例有？基因工程的概念（課本）基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程實質(zhì)結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平獲得人類需要的基因產(chǎn)物獲 構(gòu) 導 檢基因重組一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀”作用與甲基化酶共同構(gòu)成細菌的限制修飾系統(tǒng)，限制外源DNA， 保護自身DNA。識別雙鏈DNA 分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條

4、鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。微生物數(shù)千種 1、來源： 2、種類：3、作用：4、結(jié)果：形成黏性末端（有的也可形成平末端）P270特異性限制性內(nèi)切酶及其緩沖液要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？ 會產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就可以合成重組的DNA分子了。思考DNA片段怎么連接起來？二、DNA連接酶“分子縫合針” DNA雙鏈分子上相鄰3羥基和5磷酸基團共價結(jié)合，形成3-5磷酸二酯鍵，使原來斷開的缺口重新連接起來。注：連接磷酸二酯鍵，不

5、是氫鍵DNA連接酶的作用示意圖DNA聚合酶的作用示意圖DNA連接酶和DNA聚合酶的比較根據(jù)酶的來源不同，分為兩類P269外源基因(如胰島素基因)怎樣才能導入受體細胞(如大腸桿菌)？導入過程需要運輸工具載體。三、載體“分子運輸車”作為載體具備條件？P271常見的載體有哪些？P269基因表達載體需要哪些構(gòu)成？練習：P271命題突破基因工程流程圖1、獲取目的基因基因工程的基本操作步驟從基因文庫中獲取目的基因（限制酶切?。┠康幕蛐蛄形粗?化學方法合成 目的基因人工合成 聚合酶鏈式反應擴增（PCR） 目的基因目的基因序列已知利用DNA合成儀反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA基因文庫：將含有某種生物

6、不同基因的許多DNA導入到適當?shù)乃拗骷毎?，通過細胞增殖構(gòu)成各個DNA片段的克隆，這一組克隆的總體就被稱為某種生物的基因文庫。基因組文庫：包含該生物的所有基因。cDNA文庫：包含該生物的部分基因。一般針對原核生物而建立一般針對真核生物部分基因的編碼區(qū)而建立許多DNA片段重組DNA分子限制酶 切割 用DNA 連接酶 將DNA 片段 與載體 連接受體細胞導 入供體細胞中的DNA通過對受體菌的培養(yǎng)而儲存基因增 殖多個克隆基因組文庫的構(gòu)建（1）基因文庫的構(gòu)建方法mRNA單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶雙鏈DNA（cDNA）用DNA連接酶與載體連接重組體導入受體細胞篩選含重組體的 受體細胞 （轉(zhuǎn)基因細胞）

7、多個克隆增殖（1）基因文庫的構(gòu)建方法 cDNA文庫的構(gòu)建方法DNA合成儀* 人工合成法獲取目的基因由已知氨基酸序列推測可能的DNA序列利用PCR技術(shù)擴增目的基因：P7課外讀 聚合酶鏈式反應（PCR），在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)?？梢垣@得大量的目的基因。循環(huán)變性退火延伸目的基因的擴增呈指數(shù)形式擴增（2n）利用PCR技術(shù)擴增目的基因 概念：PCR全稱為_，是一項 在生物_復制_的核酸合成技術(shù) 前提條件：_、_、_、_。原理：_方式：以_方式擴增，即_（n為擴增循 環(huán)的次數(shù)）結(jié)果：聚合酶鏈式反應體外特定DNA片段DNA復制已知基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸一對引物DNA聚合酶指數(shù)2n

8、使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增關(guān)于PCR技術(shù)過程：a、DNA變性（90-95）：雙鏈DNA模板 在熱作用下，_斷裂，形成_b、退火（復性55-65）：系統(tǒng)溫度降低，引 物與DNA模板結(jié)合，形成局部_。 c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，從 引物的5端3端延伸，合成與模板互補 的_。 氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈a、高溫變性b、低溫退火c、中溫延伸2、基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心質(zhì)粒目的基因所在的DNA分子限制性核酸內(nèi)切酶處理兩個切口獲得具相同黏性末端的目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種一個切口兩個黏性末端基因工程的基本操作步驟DNA分子的體外重組：指外源

9、DNA分子在體外的共價連接。催化這一反應是DNA連接酶。載體限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶T4 DNA連接酶15C重組運載體運載體自連目的基因自連AATTC G目的基因AATTC GGCTTAAGCTTAAGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG思考：形成的重組DNA分子中，由2個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有哪些種類？ 體外重組形成DNA分子是否就一定可以表達目的基因？基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心受體細胞不同；目的基因?qū)胧荏w細胞方法不同目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并遺傳給下一代，使目的基因表達和發(fā)揮作用。表達載體的組成：目的基因、啟動子終止子、標記基因表達載體不同3、將目的

10、基因?qū)胧荏w細胞常用的受體細胞： 有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。將目的基因?qū)胧荏w細胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑?；蚬こ痰幕静僮鞑襟E1）將目的基因?qū)胫参锛毎?）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法主要侵染雙子葉植物轉(zhuǎn)化：目的基因進入_內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持_和_的過程受體細胞穩(wěn)定表達（2）基 因 槍 法花粉管通道法金粉或鉛粉高壓氦氣300600米/秒穿過細胞整合核葉綠體線粒體常用于單子葉植物（3）花粉管通道法2）將目的基因?qū)雱游锛毎@微注射技術(shù)提純基因表達載體（重組DNA）沖卵（受精卵），并于體外顯微注射入受精卵早期胚胎培養(yǎng)新性狀動物例：從轉(zhuǎn)基因羊的羊

11、奶中提取出治療心臟病的藥物tPA。同樣方法可獲得疫苗、生長激素等。3）將目的基因?qū)胛⑸锛毎纾阂源竽c桿菌作為受體細胞（1）原核生物特點：繁殖快、單細胞、遺傳物質(zhì)少（2）方法：用Ca2+處理受體細胞（增加細菌細胞壁的通透性） 感受態(tài)細胞（處于一種能夠吸收周圍環(huán)境中DNA分子的理想狀態(tài)） 表達載體與感受態(tài)細胞混合 感受態(tài)細胞吸收DNA分子Ca2處理細胞感受態(tài)細胞重組表達載體與感受態(tài)細胞混合感受態(tài)細胞吸收DNA分子將含有目的基因的表達載體提純?nèi)÷?受精卵)顯微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的TDNA上農(nóng)桿菌導入植物細胞整合到受體細胞的染色體DNA上表達轉(zhuǎn)化過程原核細胞

12、受精卵體細胞受體細胞感受態(tài)細胞法顯微注射技術(shù)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法常用方法微生物細胞動物細胞植物細胞生物種類基因工程的基本操作步驟基因工程的應用一、植物基因工程碩果累累 轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。如“轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米”植株。 2）抗逆性品種 將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。 1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物2.轉(zhuǎn)基因抗病毒植物3.其他轉(zhuǎn)基因抗逆植物 閱讀課本P91

13、0并回答，到目前為止，基因工程技術(shù)解決了哪些不同種生物之間的性狀重組問題?轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)提高觀賞價值二、動物基因工程前景廣闊1.用于提高動物生長速度2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物如轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，營養(yǎng)成分不變?nèi)橹泻腥松L激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？ 是指把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游?如鼠、兔、羊和豬)的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增

14、，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體，稱為轉(zhuǎn)基因動物。 什么叫轉(zhuǎn)基因動物？ 1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應。 2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠超級動物運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動物。4.用轉(zhuǎn)基因

15、的動物作器官移植的供體5.基因工程藥品異軍突起導入人基因具特殊用途的豬和小鼠在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點由于受原料來源的限制，價格十分昂貴?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q上述問題？ 利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品?；蚬こ桃葝u素胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。胰島素分子結(jié)構(gòu)將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工

16、業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!胰島素生產(chǎn)車間基因工程胰島素基因工程干擾素干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產(chǎn)車間干擾素分子結(jié)構(gòu)基因工程干擾素基因工程人干擾素-2b（安達芬） 是我國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。其它基因工程藥物人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病

17、苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn) 治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。 基因工程藥品 生長激素基因工程藥物基因診斷： 也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。 探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子； 原 理：利用DNA分子雜交原理；三、基

18、因治療曙光初照基因診斷基因診斷是用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達到檢測疾病的目的。熒光標記的MGB探針能夠分辨1個堿基的差別。完全配對，檢測儀會顯示信號。一個堿基不配對，檢測儀就沒有信號原理：DNA分子雜交基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？ 在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷。 1）珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細胞貧血癥 2）苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥 3）白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病舉例基因治療基因治療是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達

19、到治療疾病的目的。 取患者骨髓分離干細胞運載體正常基因并入正?；虻母杉毎⑷牖颊唧w內(nèi)原理：基因替換方法：體內(nèi)基因治療，體外基因治療抽提DNA采集腫瘤病人血樣分離培養(yǎng)腫瘤淋巴細胞基因1基因2腫瘤壞死因子基因重組腫瘤淋巴細胞導入腫瘤病人體內(nèi)重組腫瘤淋巴細胞進入腫瘤表達腫瘤壞死因子以消滅腫瘤細胞病人痊愈重組基因治療 把正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病最有效的手段。SCID的基因工程治療重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）

20、的基因（ada）發(fā)生了突變。可以通過基因工程的方法治療。SCID患者生存在無菌環(huán)境中基因治療SCID的過程1990年第一例基因治療試驗開始。3年后患者體內(nèi)50%的T細胞合成了ADA，免疫功能在一定程度上得到恢復。體外基因治療用于基因治療的基因種類1、用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表達產(chǎn)物來彌補病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。2、反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進行互補，阻斷蛋白質(zhì)的合成。3、自殺基因。編碼可殺死癌變細胞的蛋白酶基因。四、基因工程與食品業(yè)基因工程為人類開辟新的食物來源。 1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大

21、腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產(chǎn)品。基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？五、基因工程與環(huán)境監(jiān)測基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。五、基因工程與環(huán)境監(jiān)測六、基因工程與環(huán)境污染治理基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴

22、類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。蛋白質(zhì)工程例：胰島素的蛋白質(zhì)工程提出問題：在正常人體內(nèi)，胰島素是以低水平連續(xù)分泌的，因而正常人的血糖可以被嚴格調(diào)控。AI型糖尿病(胰島素缺乏型糖尿病)患者在注射胰島素后，在注射處胰島素的溶解和吸收不理想；B血液中的胰島素會不斷被分解，無法維持相對穩(wěn)定的胰島素濃度。 目前I型糖尿病患者需天天注射胰島素23次，這給患者帶來了很大的痛苦和不便。因此糖尿病患者迫切希望能有口服的胰島素。分析原因：注射的胰島素分子可以聚合為二聚體或六聚體，這些龐大的聚合體難以被吸收進入血液。討論：1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？ 請把相應的堿基序列寫出來。 某多肽鏈的一段氨基酸序列是：-丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？可以通過基因的定點誘變技術(shù)來改變的。丙氨酸：（GCU、GCC、GCA、GCG） 色氨酸：（UGG） 賴氨酸（AAA、AAG） 甲硫氨酸：（AUG） 苯丙氨酸：（UUU、UUC） 解決方法：設計點突變，能有效地使二聚體解聚為單體，它進入血液的速度比天然胰島素提高了3倍?；蚨c誘變技術(shù)的常用方法是PCR法。突變點：人工合成的引物上手段：PCR技術(shù)獲得定點突變的基因蛋白質(zhì)工