-人教版高中生物選修三-基因工程的基本操作程序課件

1.2基因工程的基本操作程序目標(biāo)導(dǎo)航1.了解基因工程原理及基本操作程序。2.理解獲取目的基因的途徑及基因表達(dá)載體的構(gòu)建。3.理解目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法、目的基因檢測與鑒定的方法。第一課時1、目的基因的獲取2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4、目的基因的檢測與鑒定基因工程基本操作的四個步驟有了目的基因，我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可進(jìn)行遺傳、表達(dá)和發(fā)揮作用載體進(jìn)入受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)，才能實現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。

才能確定目的基因是否真正在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達(dá)?；蚬こ痰幕静僮鞒绦蛑饕ㄋ膫€步驟：（1分鐘必背會）1、目的基因的獲取、2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、4、目的基因的檢測與鑒定。一、目的基因的獲?。?分鐘背會）(一)目的基因主要是______________________編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因（二）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1．從基因文庫中獲取目的基因（理解）：（1）基因文庫的概念：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。（2）基因文庫的分類：基因文庫可大可小，如果它含了一種生物所有的基因，就叫基因組文庫；如果它只包含一種生物的一部分基因，就叫部分基因文庫，如cDNA文庫。(3)基因文庫的目的為了在不知目的基因序列的情況下，便于獲得所需的目的基因。(4)獲取目的基因的根據(jù)：

根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，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mRNA，以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。提取某種生物的全部DNA用適當(dāng)?shù)南拗泼盖幸欢ù笮〉腄NA片段將DNA片段與載體連接導(dǎo)入受體菌中儲存基因組文庫(5).基因文庫的構(gòu)建方法①直接分離法(鳥槍法)某種生物的單鏈mRNA單鏈互補DNA雙鏈cDNA片段導(dǎo)入受體菌中儲存與載體連接cDNA文庫反（逆）轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶②反轉(zhuǎn)錄法：cDNA的合成流程圖解2．利用PCR技術(shù)擴增目的基因：（1）PCR技術(shù)概念：是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。(2)原理：利用DNA復(fù)制原理，將基因的核苷酸序列不斷加以復(fù)制，使其呈指數(shù)方式增加。指數(shù)擴增約為2n(n為擴增循環(huán)的次數(shù))。(3)條件：已知目的基因的核苷酸序列、引物、模板DNA、Taq_DNA聚合酶。(4)過程：目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，與引物結(jié)合，然后在Taq

DNA聚合酶的作用下進(jìn)行延伸形成DNA。利用PCR技術(shù)擴增目的基因加熱變性退火復(fù)性延伸PCR循環(huán)PCR技術(shù)PCR技術(shù)過程（3分鐘背會）：a、DNA變性（90℃-95℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下，_____斷裂，形成___________b、退火（復(fù)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，合成與模板互補的________。氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈（5）條件：_______________________、

_______________、___________、___________.等（6）方式：以_____方式擴增，即____（n為擴增循環(huán)的次數(shù)）7、結(jié)果：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)成百萬倍地擴增要有一段已知目的基因的核苷酸序列PCR技術(shù)擴增與DNA復(fù)制的比較PCR技術(shù)DNA復(fù)制相同點原理原料條件不同點解旋方式場所酶結(jié)果堿基互補配對四種脫氧核苷酸模板、能量、酶DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化體外復(fù)制細(xì)胞核內(nèi)熱穩(wěn)定的DNA聚合酶DNA聚合酶大量的DNA片段形成整個DNA分子目的基因的mRNA單鏈DNA(cDNA）雙鏈DNA(即目的基因)反轉(zhuǎn)錄合成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雙鏈DNA，從而獲得所需的基因。3、人工合成的目的基因蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列目的基因推測推測化學(xué)合成2）根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法：3）化學(xué)合成目的基因：如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以利用DNA合成儀化學(xué)合成。

及時訓(xùn)練：1、PCR是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù)。PCR過程一般經(jīng)歷下述三十多次循環(huán)：95℃下使模板DNA變性、解鏈→55℃下復(fù)性（引物與DNA模板鏈結(jié)合）→72℃下引物鏈延伸（形成新的脫氧核苷酸鏈）。下列有關(guān)PCR過程的敘述中不正確的是（）A．變性過程中破壞的是DNA分子內(nèi)堿基對之間的氫鍵，也可利用解旋酶實現(xiàn)B．復(fù)性過程中引物與DNA模板鏈的結(jié)合是依靠堿基互補配對原則完成C．延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP、四種核糖核苷酸D．PCR與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制相比所需要酶的最適溫度較高C2、有關(guān)基因工程的敘述正確的是()A．限制酶只在獲取目的基因時才用B．重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的C．質(zhì)粒都可以作為運載體D．蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序可以為合成目的基因提供線索D3、在基因工程技術(shù)中，下列方法與目的基因獲得無關(guān)的是（）A.輻射誘變法B.從基因文庫中獲取C.反轉(zhuǎn)錄法D.人工合成法A4.聚合酶鏈反應(yīng)可表示為（

）PEC

B.PER

C.PDR

D.PCRD二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心（背會）1、構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的：

使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。2、基因表達(dá)載體的組成：復(fù)制原點+目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因2．表達(dá)載體的功能：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。3．啟動子：位于基因的首端，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。1.原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游與RNA聚合酶結(jié)合位點啟動子終止子啟動子：位于基因首端一段能與RNA聚合酶結(jié)合并能起始mRNA合成的序列。沒有啟動子，基因就不能轉(zhuǎn)錄。終止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片斷，它能阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，使轉(zhuǎn)錄終止。RNA聚合酶:能夠識別啟動子上的結(jié)合位點并與其結(jié)合的一種蛋白質(zhì).(以模板轉(zhuǎn)錄然后脫落)原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)與RNA聚合酶結(jié)合位點RNA聚合酶AGGTCACGTCGTCCAGTGCAGCAGGUCACGUCGRNA聚合酶啟動子終止子①不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì)。：能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使RNA，能編碼蛋白質(zhì)

編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)②有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列，在該序列中，最重要的是位于編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結(jié)合位點。非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子終止子編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子

不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子啟動子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游內(nèi)含子：

外顯子：

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)編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列：有調(diào)控作用的核苷酸序列，包括位于編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結(jié)合位點等。非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子微點撥：1、真核細(xì)胞的基因編碼區(qū)含有不能表達(dá)的內(nèi)含子，因此，不能直接用于基因的擴增和表達(dá)。獲得真核細(xì)胞中目的基因時，一般用人工合成的方法。2、目的基因在導(dǎo)入受體細(xì)胞之前，都必須進(jìn)行目的基因表達(dá)載體的構(gòu)建，也就是說導(dǎo)入受體細(xì)胞的必須是重組DNA分子，而不能直接導(dǎo)入目的基因。原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點編碼區(qū)是_____的編碼區(qū)是間隔的、_____的相同點都由能夠編碼蛋白質(zhì)的______和具有調(diào)控作用的______區(qū)組成的原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較思考編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)一樣長嗎？連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將有目的基因的細(xì)胞篩選出來它們各自的作用是什么?復(fù)制原點+目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因啟動子：位于基因的首端的一段特殊的DNA片斷，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)終止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片斷，能終止mRNA的轉(zhuǎn)錄①載體與表達(dá)載體的區(qū)別：二者都有標(biāo)記基因和復(fù)制原點兩部分DNA片段。表達(dá)載體在載體基礎(chǔ)上增加了

、

、

三部分結(jié)構(gòu)②用到的工具酶：既用到

切割載體，又用到

將目的基因和載體拼接，兩種酶作用的化學(xué)鍵都是。③啟動子、終止子對于目的基因表達(dá)必不可少④目的基因不能單獨進(jìn)入受體細(xì)胞，必需以表達(dá)載體的方式攜帶進(jìn)去。溫馨提示目的基因啟動子終止子限制酶DNA連接酶磷酸二酯鍵思維判斷1．限制酶只能用于切割目的基因（）2．DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來。()3．E·coliDNA連接酶既可以連接平末端，又可以連接黏性末端。()4．質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體。()√×××思維判斷5．載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。()6．所有的目的基因都可從基因文庫中直接獲得。()7．基因工程操作程序的核心步驟是目的基因的獲取。()√××提示：核心步驟為基因表達(dá)載體的構(gòu)建。及時檢測1：(2017山東)為擴大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。（1）獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性內(nèi)切酶作用于圖中的

處，DNA連接酶作用于

處。（填“a”或“b”）aa2.（多選）一個基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括（

）A.目的基因B.啟動子C.終止子D.標(biāo)記基因ABCD3．在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得該基因的最佳方法是(

)A．用mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄合成DNAB．以4種脫氧核苷酸為原料人工合成C．將供體DNA片段轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，再進(jìn)一步篩選D．由蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測mRNAB4．以下關(guān)于PCR技術(shù)的說法，不正確的是(

)A．生物體內(nèi)DNA的復(fù)制也稱為PCRB．該技術(shù)操作過程中要遵循堿基互補配對原則C．PCR過程中DNA的數(shù)量呈指數(shù)形式擴增D．可在PCR擴增儀中自動完成A5.表達(dá)載體中啟動子的作用是（）A.使目的基因的導(dǎo)入更容易B.具有RNA聚合酶的結(jié)合部位，啟動轉(zhuǎn)錄過程C.鑒別受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入目的基因D.具有DNA聚合酶的結(jié)合部位，啟動復(fù)制過程B課堂總結(jié):基因工程的基本操作程序獲取目的基因從基因文庫利用PCR化學(xué)方法人工合成構(gòu)建基因表達(dá)載體目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞目