專題一 1.1~1.2基因工程的工具及過程課件

1、專題一基因工程1.1為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上并成功表達？1、大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)都是DNA，且主要為雙螺旋結(jié)構(gòu)，即不同生物的DNA分子基本結(jié)構(gòu)是相同的，都遵循堿基互補配對原則 。所以不同的生物DNA可以嫁接 2、地球上的所有生物共用一套遺傳密碼，所以，一種生物的基因可以在另外一種生物體內(nèi)得以表達問題探討手術(shù)刀縫合針運輸工具培育抗蟲棉需要哪些基本工具?12345脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu) G1234512345 A3,5-磷酸二酯鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵12仔細觀察各限制酶 識別的特定序列有何 特點？限制酶的識別序列限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是6個堿基還是

2、4個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的 ，稱為回文序列黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割 被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。SmaI只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。中軸線SmaI限制酶的作用在G與C之間切割你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以

3、，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。尋根問底為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。 18類型來源功能相同點差別EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)閱讀課本第5頁“分子縫合針”DNA連接酶的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表自主學(xué)習(xí)把切下來的DN

4、A片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來催化形成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用兩DNA片段要具有互補的黏性末端才能拼起來DNA連接酶的縫合作用可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的DNA單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低DNA連接酶的縫合作用A A T T GCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶的作用返回載體的作用載體的必要條件載體的種類閱讀課本第6頁“分子運輸車”運載體的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表自主學(xué)習(xí)

5、1）能夠在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行鑒定和選擇。4）必須是安全的 ，對受體細胞無害。5）載體DNA 分子應(yīng)大小適中，以便于提取和操作1）作為運載工具，將目的基因?qū)胧荏w細胞中2）在受體細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制細菌的質(zhì)粒病毒：噬菌體衍生物、動植物病毒等。 有標記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制質(zhì)粒裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌染色體（即擬核DNA）之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。最常用運載體質(zhì)粒 實際上在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天

6、然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進行過人工改造的。 基因工程的基本操作程序主要包括四個基本步驟：1）目的基因的獲取2）基因表達載體的構(gòu)建3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測與鑒定步驟一：目的基因的獲取 目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因,獲取目的基因是實施基因工程的第一步 。 如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。一、目的基因的獲取1、目的基因主要是指_編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因請舉出三個以上的例子2、獲取目的基因的常用方法有哪些?（1）從基因文庫中獲取（2）利用PCR技術(shù)擴增（3）人工合成請閱讀P9第一和二兩段（一） 從基因

7、文庫中獲取目的基因 將含有某種生物不同基因的許多DNA片斷，導(dǎo)入到受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫基因文庫 基因組文庫部分基因文庫（如:cDNA文庫）1.基因文庫基因組文庫與部分基因文庫的關(guān)系怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢?目的基因的提取方法直接分離基因人工合成基因反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA：鳥槍法鳥槍法：供體細胞中的DNA許多DNA片段運載體限制酶與載體連接載入受體細胞產(chǎn)生特定性狀導(dǎo)入外源DNA擴增目的基因分離(直接分離法)1、直接分離基因1）反轉(zhuǎn)錄法： 以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成

8、雙鏈DNA，從而獲得所需的基因。目的基因的mRNA單鏈DNA(cDNA)雙鏈DNA(即目的基因)反轉(zhuǎn)錄合成2.人工合成基因法2）根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法 ： 根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列推測推測目的基因化學(xué)合成上述三種目的基因提取的方法有何優(yōu)缺點？操作簡便廣泛使用工作量大，盲目，分離出來的有時并非一個基因?qū)Ｒ恍詮姴僮鬟^程麻煩，mRNA很不穩(wěn)定，要求的技術(shù)條件較高專一性最強僅限于合成核苷酸對較少的簡單

9、基因思考:為什么要構(gòu)建基因文庫?直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎?哪些新技術(shù)能大大簡化基因工程的操作技術(shù)？1）DNA序列自動測序儀：2）PCR技術(shù)： 對提取出來的基因進行核苷酸序列分析。 使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增。(二)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(fù)制_的核酸合成技術(shù) 條件：_、 _、_ (做啟動子)、 _.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：選修1 P60聚合酶鏈式反應(yīng)體外特定DNA片段DNA復(fù)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使目的基因的片段在短時間內(nèi)成百萬倍地擴增

10、(二)利用PCR技術(shù)擴增目的基因1.用一定的_切割 質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切 口，露出_。2.用_切斷目 的基因，使其產(chǎn)生_ _。步驟二 基因表達載體的構(gòu)建 核心3.將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的_處， 再加入適量_，形成了一個重組 DNA分子（重組質(zhì)粒）限制酶黏性末端同一種限制酶的黏性末端切口DNA連接酶相同質(zhì)粒DNA分子限制酶處理一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種4.過程:5.基因表達載體的組成：復(fù)制原點+目的基因+啟動子+終止子+標記基因它們有什么作用？常用的受體細胞：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

11、胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。步驟三：目的基因?qū)胧荏w細胞轉(zhuǎn)化 方法將目的基因?qū)胫参锛毎麑⒛康幕驅(qū)雱游锛毎麑⒛康幕驅(qū)胛⑸锛毎r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法顯微注射法感受態(tài)細胞目的基因進入_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1、將目的基因?qū)胫参锛毎姆椒ǎ恨r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（1）農(nóng)桿菌介紹（2）原理及適用范圍2、將目的基因?qū)雱游锛毎?）方法：顯微注射法（2）程序：3、將目的基因?qū)胛⑸锛毎?）思考：為什么選用微生物作為受體細胞？（2）方法：步驟四、目的基因的檢測和鑒定大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它

12、從中檢測出來。 將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物檢查是否成功檢測鑒定檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA 上是否插入了目的基因檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法方法方法DNA分子雜交分子雜交（DNA-RNA雜交）抗原抗體雜交DNA分子雜交示意圖 采用一定的技術(shù)手段，將兩種生物的DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個單鏈具有互補的堿基序列，那么，互補的堿基序列就會結(jié)合在一起，形成雜合雙鏈區(qū)；在沒有互補堿基序列的部位，

13、仍然是兩條游離的單鏈。 1.3、基因工程的應(yīng)用一、植物基因工程碩果累累一、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄 轉(zhuǎn)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.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì) 1、繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。二、基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用將人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。 生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因鯉魚(中國)超級羊乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷) 2、利用某些特定的外源基因在哺乳動物體內(nèi)表達，從這些動物的乳腺細胞中生產(chǎn)

14、藥物，如激素、抗體及酶類等?；蚬こ淘谛竽琉B(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用3.用轉(zhuǎn)基因的動物作器官移植的供體導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬背上長人耳的老鼠 三、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)基因工程藥品胰島素治療糖尿病的特效藥。干擾素抗病毒的特效藥。人造血液及其生產(chǎn)我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品疫苗：乙肝、狂犬

15、病、百日咳、霍亂、傷寒、瘧疾基因工程藥品基因診斷： 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。 基因治療曙光初照 是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。 基因治療：基因工程與環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測： 檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。1t水中有10個病毒也能被檢測出來快速靈敏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。環(huán)境污染治理 1）用基因工程產(chǎn)物“超級細菌”分解石油，可以大大提高細菌分解石油的效率。3）通過基因重組構(gòu)建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。 2）用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物?；蚬こ膛c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?；蚬こ虨槭称饭I(yè)中提供了什么前景？ 當人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時，我們是否感到很坦然呢？ 轉(zhuǎn)基