一輪復(fù)習(xí)浙科版基因工程與蛋白質(zhì)工程（25張）課件

高考

生物浙江省專用第十單元生物技術(shù)與工程專題二十六基因工程與蛋白質(zhì)工程考點(diǎn)一基因工程一、基因工程的基本工具1.限制酶(限制性內(nèi)切核酸酶)2.DNA連接酶3.載體1)條件:①含有復(fù)制起點(diǎn),能夠獨(dú)立自主復(fù)制并穩(wěn)定存在;②具有一至多種限制酶識別序列;③具有標(biāo)記基因。來源主要是細(xì)菌等微生物結(jié)果形成黏性末端或平末端來源主要是大腸桿菌、T4噬菌體主要種類E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,前者只連接

黏性末端,后者既可連接黏性末端,又可連接平末

端2)種類:質(zhì)粒(最常用),噬菌體,動、植物病毒等。3)作用:攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。4)特點(diǎn):可在受體細(xì)胞中自我復(fù)制或整合到受體DNA上,隨受體DNA同步

復(fù)制。二、基因工程的基本操作程序1.獲取目的基因1)化學(xué)合成法:需要已知目的基因全部序列,成本高。適用于合成序列較

短的基因。2)借助載體建立基因文庫(基因組文庫、cDNA文庫)。3)利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因①原理:DNA半保留復(fù)制。②前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根據(jù)這一序列合成引物。③條件:模板(DNA母鏈)、引物(2種)、TaqDNA聚合酶和原料(4種dNTP)

等。

④⑤結(jié)果:1個DNA→2n個DNA(n為擴(kuò)增循環(huán)次數(shù))。⑥鑒定:常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR產(chǎn)物?！久麕燑c(diǎn)撥】引物結(jié)合位置不在模板鏈端部時,第三次循環(huán)才能出現(xiàn)雙

鏈等長的目標(biāo)DNA片段(如圖)。

1)目的:使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在、表達(dá)、發(fā)揮作用并可遺傳

給下一代。2)基因表達(dá)載體的構(gòu)成

3.將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞1)植物細(xì)胞:農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法等。2)動物細(xì)胞:常用顯微注射法。2.構(gòu)建重組DNA分子3)原核細(xì)胞:常用Ca2+處理原核細(xì)胞,使之成為感受態(tài)細(xì)胞,然后將重組載

體導(dǎo)入細(xì)胞。4.檢測目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物1)分子水平

2)個體生物學(xué)水平:是否表現(xiàn)特定性狀并穩(wěn)定遺傳?？键c(diǎn)二基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程一、基因工程的應(yīng)用1.醫(yī)療制藥:基因診斷、基因治療、基因工程藥物、轉(zhuǎn)基因動物模型。2.法醫(yī)鑒定:DNA指紋。3.農(nóng)牧業(yè)育種:如抗蟲棉、轉(zhuǎn)乳糖酶基因奶牛。4.環(huán)境保護(hù):轉(zhuǎn)基因工程菌。二、蛋白質(zhì)工程1.出現(xiàn)的緣由:基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。2.手段:改造或合成基因。3.目的:改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新蛋白質(zhì)。4.基本思路:預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新基因→獲得所

需蛋白質(zhì)。考點(diǎn)三DNA的粗提取和鑒定1.實驗原理1)DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度高,DNA鈉鹽不溶于酒精而某些蛋

白質(zhì)能溶于酒精。2)沸水浴條件下,DNA與二苯胺反應(yīng)呈藍(lán)色。2.實驗步驟:研磨(生物組織+研磨液)→過濾(得到含DNA的濾液)→離心

→加冷酒精(得到白色絮狀物)→用二苯胺鑒定。考點(diǎn)四生物技術(shù)的安全與倫理一、轉(zhuǎn)基因生物的安全性1.轉(zhuǎn)基因生物存在安全性問題的原因1)目前對基因結(jié)構(gòu)、基因間的相互作用及基因的調(diào)控機(jī)制等了解有限。2)目的基因往往是異種生物的基因。3)外源基因插入宿主細(xì)胞的部位往往是隨機(jī)的。2.對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論:在轉(zhuǎn)基因食品的安全性、轉(zhuǎn)基因作物的

環(huán)境安全性兩方面存在激烈的爭論。3.建立合理的風(fēng)險評估原則,對轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行科學(xué)檢測和管理。二、生物技術(shù)中的倫理問題1.治療性克隆與生殖性克隆1)治療性克隆:用于修復(fù)或替代受損的細(xì)胞、組織和器官,以治療疾病,屬

于細(xì)胞水平。2)生殖性克隆:用于生育、獲得人的復(fù)制品,屬于個體水平。2.我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。三、生物武器1.生物戰(zhàn)劑:起傷害作用的微生物、毒素。2.中國堅決支持禁止生物武器的主張,奉行不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生

物武器的政策,并反對擴(kuò)散生物武器。限制酶識別并切割雙鏈DNA的特定

序列磷酸二酯鍵得到DNA片段,并

在兩端形成黏性末端或平末端構(gòu)建表達(dá)載體/重組DNA分子DNA連接酶連接兩個DNA片

段

形成重組DNA分

子

DNA聚合酶在脫氧核苷酸鏈

的3'端添加單個脫氧核苷酸

合成DNA子鏈DNA復(fù)制解旋酶破壞堿基間的氫鍵氫鍵解開螺旋的DNA雙鏈

逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成DNA磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸鏈逆轉(zhuǎn)錄、基因工

程TaqDNA聚合酶約72℃時催化DNA子鏈延伸磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸鏈PCR名稱作用作用部位結(jié)果參與過程1.列表比較與DNA有關(guān)的酶提升一與基因工程中工具酶相關(guān)的問題分析2.“解析法”突破難點(diǎn)——限制酶的選擇

圖甲

圖乙Ti質(zhì)粒1)質(zhì)粒和目的基因所在片段都有切割位點(diǎn)。2)不能選在目的基因、啟動子、終止子、復(fù)制起點(diǎn)等處有切割位點(diǎn)的限

制酶,防止破壞這些元件。3)標(biāo)記基因有多個時,至少保留一個標(biāo)記基因。4)若用Ti質(zhì)粒,目的基因必須插入T-DNA序列。5)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化、隨意連接,可使用兩種限制酶同

時切割目的基因和質(zhì)粒。綜合圖甲、圖乙可知:最宜選用BamHⅠ和EcoRⅠ進(jìn)行雙酶切。提升二目的基因的檢測與鑒定1.檢測受體細(xì)胞是否含有目的基因、目的基因是否轉(zhuǎn)錄出特定mRNA。1)方法一:核酸分子雜交原理:利用雙鏈DNA分子變性、復(fù)性(退火)以及堿基互補(bǔ)配對原則,使用

含目的基因特有序列的DNA片段作探針(含放射性/熒光標(biāo)記),利用放射

自顯影等技術(shù)進(jìn)行鑒定。2)方法二:PCR、逆轉(zhuǎn)錄+PCR原理:根據(jù)目的基因的序列設(shè)計特異性引物,①檢測是否含有目的基因:提

取受體細(xì)胞總DNA作模板,進(jìn)行PCR,然后電泳觀察是否有條帶。②檢測

目的基因是否轉(zhuǎn)錄:提取受體細(xì)胞總RNA作模板,先逆轉(zhuǎn)錄出cDNA,以

cDNA作模板進(jìn)行PCR,然后電泳觀察是否有條帶。2.載體上標(biāo)記基因輔助鑒定、篩選的原理

3.檢測目的基因是否翻譯出相應(yīng)蛋白質(zhì):采用抗原-抗體雜交,從轉(zhuǎn)基因生

物中提取蛋白質(zhì)(作抗原),與相應(yīng)抗體雜交,依據(jù)是否出現(xiàn)雜交帶檢測目

的基因是否翻譯出相應(yīng)蛋白質(zhì)。4.檢測轉(zhuǎn)基因生物是否表現(xiàn)出符合需求的性狀:采用抗蟲、抗病毒等接種實驗,進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定。應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥生產(chǎn)中的應(yīng)用情境材料口蹄疫由口蹄疫病毒引起,該病毒的VP1基因表達(dá)的蛋白可誘

導(dǎo)動物機(jī)體產(chǎn)生中和抗體?？茖W(xué)家將VP1基因轉(zhuǎn)入擬南芥、馬鈴薯、

煙草和苜蓿中,均引起動物產(chǎn)生了抗口蹄疫病毒的特異性免疫反應(yīng),這些

研究成果極大地促進(jìn)了口蹄疫疫苗的研究。由于煙草的毒性、馬鈴薯

塊莖難以生食等因素,轉(zhuǎn)基因植物疫苗難以直接用于口服。胡蘿卜易于

組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化,且可以生食,是生產(chǎn)口服疫苗理想的“生物反應(yīng)器”。

因此以胡蘿卜為轉(zhuǎn)化受體,研究VP1基因在轉(zhuǎn)基因胡蘿卜中的表達(dá)情況,

為進(jìn)一步研究利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)口服疫苗提供了一條新途徑。問題探究(1)構(gòu)建表達(dá)載體的目的是什么?要點(diǎn)點(diǎn)撥(1)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在、表達(dá)、發(fā)揮作用并遺

傳給下一代。(3)農(nóng)桿菌含Ti質(zhì)粒,當(dāng)農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞后,能將Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)

移至被侵染的細(xì)胞,并將其整合到該細(xì)胞的染色體DNA上。(2)用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將VP1基因轉(zhuǎn)入胡蘿卜細(xì)胞,其原理是什么?創(chuàng)新基因診斷與基因編輯技術(shù)一、基因診斷基因診斷:又稱DNA診斷,是采用基因檢測的方法判斷患者是否出現(xiàn)基因

異?；驍y帶病原體。比如,新冠肺炎核酸檢測(熒光定量PCR)。

通過PCR儀器中的激發(fā)光源和發(fā)射光檢測器,可檢測到每個PCR循環(huán)中

釋放出來的熒光基團(tuán)發(fā)出的熒光,產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度直接可反映被擴(kuò)增的

靶DNA量。二、CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)1.技術(shù)背景:CRISPR/Cas系統(tǒng)是細(xì)菌體內(nèi)演化出的一套防御系統(tǒng),用于破

壞侵入的病毒DNA分子。CRISPR類似于一個“資料庫”,儲存多種病毒

的DNA片段;Cas類似于“武器庫”,表達(dá)各種Cas蛋白,用于切割相應(yīng)病毒

的DNA。細(xì)菌CRISPR/Cas系統(tǒng)工作示意圖:2.CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)科學(xué)家從細(xì)菌體內(nèi)挑選出了一種CRISPR/Cas9體系(由靶基因的向

導(dǎo)RNA和Cas9蛋白構(gòu)成的復(fù)合體),向?qū)NA在基因組中負(fù)責(zé)尋找靶基因

并與其結(jié)合,Cas9蛋白在向