基因工程一轮复习优秀精42643.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,基因工程专题复习,1,.,一、基因工程的基本操作工具,2,.,基因工程,，,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种,基因,提取出来，加以,修饰改造,，然后放到另一种生物的细胞里，,定向地,改造生物的遗传性状。,基因工程的概念,DNA重组技术,或,基因拼接技术,生物体外,基因,重组,人类需要的生物类型和生物产品,定向改造性状、打破物种界限,剪切拼接导入检测表达,3,.,DNA重组技术,的基本工具,4,.,“分子手术刀”-,“分子缝合针”-,“分子运输车”-,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,载体,DNA重组技术,的基本工具,5,.,识别双链DNA 分子的某种,特定,的核苷酸序列，并且使每一条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,断开。,主要是从,原核生物,中分离纯化出来的一种酶,化学本质：,蛋白质,。,1、来源：,3、作用：,4、结果：,形成两种末端,黏性末端,平末端,可用于目的基因和载体的切割,2、特性：,限制酶是一类酶，而不是一种酶。,一,、,限制,酶“分子,手术刀,”,6,.,A,T,磷酸二酯键,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,7,.,黏性末端,黏性末端,EcoRI,限制酶的切割,被限制酶切开的,DNA,两条单链的切口，带有几个,伸出的核苷酸,，,他们之间正好互补配对，这样的切口叫,黏性末端,。,8,.,平末端,平末端,SmaI,限制酶的切割,当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的,DNA,两条单链的,切口，是平整的,，这样的切口叫,平末端,。,9,.,例1.,下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是,(,),A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列,B限制性内切酶的活性受温度影响,C限制性内切酶能识别和切割RNA,D限制性内切酶可从原核生物中提取,C,10,.,1、种类：,2、作用部位：,E,coli,DNA连接酶,T,4,DNA连接酶,磷酸二酯键,二、DNA连接酶“分子缝合针”,（黏性末端）,（黏性末端和平末端）,11,.,两,DNA,片段要具有,互补的黏性末端,才能拼起来,DNA连接酶的缝合作用,可把黏性末端之间的,缝隙,“,缝合,”,起来,，,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？,12,.,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA,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,13,.,都能催化形成,磷酸二酯键,都是蛋白质,不需要,需要,形成完整的重组,DNA,分子,形成,DNA,的一条链,基因工程,DNA,复制,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶的比较,在,两个,DNA,片段之间,形成磷酸二酯键,将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸片段上，形成磷酸二酯键,14,.,与,DNA,有关的酶,15,.,1,下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是,(),A,B,C,D,C,16,.,三、,载体“分子运输车”,1、载体的作用,将,转移到受体细胞中去。,目的基因,2、常用的载体,质粒、,噬菌体的衍生物、动植物病毒,3、作为载体必须具备的条件,能在宿主细胞内,稳定保存,并大量,复制,；,有,一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源,基因连接；,有特殊的遗传,标记基因,供重组DNA的检测和鉴定,17,.,有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。,有切割位点,能复制并带着插入的目的基因一起复制,质粒,裸露的、结构简单的、独立于细菌,拟核DNA之外,，并具有,自我复制能力,的很小的双链环状,DNA,分子。,最常用运载体,质粒,18,.,典例1.,下列关于染色体和质粒的叙述，正确的是(),A染色体和质粒的化学本质都是DNA,B染色体和质粒都只存在于原核细胞中,C染色体和质粒都与生物的遗传有关,D染色体和质粒都可作为基因工程的常用载体,C,19,.,二、基因工程的基本操作程序,20,.,编码区,非编码区,非编码区,编码区上游,编码区下游,编码蛋白质,调控遗传信息的表达,（调控程序）,A,ATGTGCACGTAGTTA,G,T,TACACGTGCATCAAT,C,启动子,终止子,知识点一：基因的结构,1.,原核细胞的基因结构,21,.,编码区,非编码区,非编码区,启动子,终止子,ATGTGCACGTAGTTA,TACACGTGCATCAAT,RNA聚合酶,AUGUGCACGUAGUUA,启动子：,位于基因首端一段能与,RNA聚合酶结合,并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。,RNA聚合酶:,能够识别,启动子上的结合位点,并与其结合的一种蛋白质.,终止子：,位于基因的尾端的一段特殊的,DNA,片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使,转录终止,。,22,.,编码区,非编码区,非编码区,启动子,终止子,外显子,内含子,编码蛋白质,2,.,真核细胞的基因结构,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能编码蛋白质的序列叫做内含子,内含子：,外显子：,RNA,聚合酶,结合位点,23,.,3.,原核细胞与真核细胞的基因结构比较,连续,不连续,编码区,非编码,24,.,知识点二：,基因工程基本操作的四个步骤,1、目的基因的获取,2、基因表达载体的构建,3、将目的基因导入受体细胞,4、目的基因的检测与鉴定,25,.,1,、目的基因主要是_,编码蛋白质的结构基因,2,、获取目的基因的常用方法,：,（,1,）,从基因文库中获取,（,2,）,利用PCR技术扩增,（,3,）,人工合成,一、目的基因的获取,26,.,（一）从基因文库中获取目的基因,将含有某种生物不同基因的许多,DNA,片断,，导入到,受体菌的群体,中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为,基因文库,基因文库,基因组文库,部分基因文库,（,cDNA,文库,）,27,.,提取某种生物的全部,DNA,用适当的限制酶切,一定大小的,DNA,片段,将,DNA,片段与载体连接,导入受体菌中储存,基因组文库,1,.,基因文库的构建方法,（,1,）直接分离法,(,鸟枪法,),28,.,某种生物的单链,mRNA,单链互补,DNA,双链,cDNA,片段,导入受体菌中储存,与载体连接,cDNA,文库,反（逆）转录酶,DNA,聚合酶,（2）反转录法,29,.,基因组,DNA,文库,cDNA,文库,2.基因组,DNA,文库与,cDNA,文库比较,30,.,2.基因组文库和部分基因文库的比较,小,大,无,有,无,有,某种生物的部分基因,某种生物的全部基因,可以,部分基因可以,31,.,概念：,PCR,全称为,_,，是一项,在生物,_,复制,_,的核酸合成技术。,前提条件：,_,；,原料：,_,、,_,、,_,、,_,。,原理：,_,聚合酶链式反应,体外,特定,DNA,片段,DNA,复制,已知基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,DNA,引物,热稳定,DNA,聚合酶,模板,DNA,（二）利用,PCR,技术扩增目的基因,32,.,过程,：,a、变性,（90-95）：双链DNA模板,在热作用下，_断裂，形成_,b、复性,（,复性,55-60）：系统温度降低，引 物与DNA模板结合，形成局部_。,c、延伸,（70-75）：在Taq酶的作用下，,合成与模板互补的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,33,.,变性、退火、延伸三步曲,变性：,加热至,90,95,双链,DNA,解链成为单链,DNA,退火：,冷却至,55,60,部分引物与模板的单链,DNA,的特定互补部位相配对和结合,延伸：,加热至,70,75,以目的基因为模板，合成互补的新,DNA,链,变性,退火,延伸,34,.,PCR,技术扩增与,DNA,复制的比较,碱基互补配对,四种脱氧核苷酸,模板、能量、酶,DNA,在,高温下,变性,解旋,解旋酶,催化,体外,复制,细胞核内,热稳定的,DNA,聚合酶,细胞内的,DNA,聚合酶,大量的,DNA,片段,形成整个,DNA,分子,35,.,根据已知的氨基酸序列合成DNA,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,已知核苷酸序列的较小基因可以,化学合成，不需要模板。,（三）人工合成获取目的基因,36,.,人工合成,(,基因序列已知，且比较小,),DNA,合成仪,37,.,质粒,目的基因,限制酶处理,一个切口,两个黏性末端,两个切口,获得目的基因,DNA连接酶,表达载体,同一种,1,.基因表达载体,的构建,二、基因表达载体的构建核心,限制酶切割位点的选择必须保证,目的基因，标记基因的完整性,，以便于检测和表达。,38,.,2,.基因表达载体的组成：,它们有什么作用？,a、目的基因,b、启动子,c、终止子,d、标记基因,位于基因的首端,RNA,聚合酶的,结合位点,位于基因的末端,终止转录,检测目的基因是否导入受体细胞,39,.,载体,与,表达载体,的区别：,与载体相比较,表达载体在载体基础上增加了,目的基因、启动,子、终止子,三部分结构,用到的工具酶：,既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键,启动子,(DNA片段),起始密码子,(RNA);,终止子,(DNA片段),终止密码子,(RNA),提醒：,40,.,三、将目的基因导入受体细胞,（一）转化：,（二）方法,将目的基因导入,植物细胞,将目的基因导入,动物细胞,将目的基因导入,微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,感受态细胞法,目的基因进入,_,内，并且在 受体细胞内维持,_,和,_,的过程,受体细胞,稳定,表达,41,.,（,1,）农杆菌转化法,特点：,易感染,双子叶植物,和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力,原理：,Ti,质粒上的,T-DNA,可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的,DNA,上。,1,、将目的基因导入植物细胞,42,.,转化过程,:,Ti,质粒,目的基因,构建,表达载体,导入,植物细胞,插入,植物细胞染色,DNA,表达,新性状,转入,农杆菌,43,.,基因枪法又称微弹轰击法，是,利用压缩气体产生的动力,，将包裹在金属颗粒表面的表达载体,DNA,打入受体细胞中,，使目的基因与其整合并表达的方法。,（,2,）基因枪法,适用于,单子叶植物,44,.,（3）花粉管通道法,适用于,被子植物,45,.,方法：,显微注射法,程序：,目的基因表达载体提纯 取卵（受精卵）显微注射,受精卵,新性状动物,2、将目的基因导入动物细胞,46,.,原核生物,特点：,繁殖快、单细胞、遗传物质少,方法：,用,Ca,2+,处理细胞,感受态细胞,表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收,DNA,分子,3,、将目的基因导入微生物细胞,思考：为什么要用,Ca,2+,处理受体细胞？,用,Ca2,处理，增加细菌细胞壁的通透性,47,.,四、目的基因的检测与鉴定,检测,导入检测：目的基因是否导入受体细胞,方法,DNA分子杂交,表达检测,转录检测分子杂交,翻译检测,抗原抗体,杂交,分子检测法,鉴定,抗虫鉴定,抗病鉴定,活性鉴定等,个体水平的鉴定,48,.,DNA,分子杂交,15,N,15,N,1,4,N,1,4,N,探针,转基因生,物的DNA,变性,变性,首先取出转基因生物的基因组,DNA,；,将含,目的基因的,DNA,片段,用放射性同位素等作标记,以此做,探针,；,使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出,杂交带,表明染色体已插入染色体,DNA,中。,49,.,归纳:基因工程的基本操作程序,获取目的基因,从基因文库,利用,PCR,化学方法人工合成,构建基因表达载体,目的基因、启动子、终止子、标记基因,将目的基因导入受体细胞,农杆菌转化法、显微注射法,目的基因的检测与鉴定,检测：是否插入、转录、翻译,鉴定：,50,.,1、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是,A、化学合成法 B、基因组文库法,C、cDNA文库法 D、聚合酶链反应,2、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是,从基因文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 反转录法 通过DNA合成仪利用化学方法人工合成,A B,C D,A,D,51,.,3,.,如图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答：,(1)在基因工程中,AB为,技术,利用,的原理是,其中为,过程。(2)加热至94的目的是使DNA中的,键,断裂,这一过程在细胞内是通过,的,作用来完成的。,DNA,解旋,解旋酶,PCR,DNA,复制,氢,52,.,(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚,合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条,DNA分子,此过程中的原料是,遵循的原则是,。,(,4,)BD为抗虫棉的培育过程,其中过程常用的,方法是,要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后是否,能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作,请写,出在个体生物学水平上的鉴定过程：,4种脱氧核苷酸,碱基互补配对原则,农杆菌转化法,让害虫吞食转基因棉花的叶子,观察害虫的存活情况,53,.,三、,基因工程的应用,54,.,抗,病,抗逆,生长速度,品质,药物,器官移植,55,.,将,基因与,等调控组件重组在一起，通过,等方法，导入哺乳动物的,中，将 其 送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为,乳腺生物反应器,或,乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,56,.,1、,基因治疗概念：,基因治疗,把,正常基因,导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到,治疗疾病,的目的，是治疗,遗传病,的最有效的手段。,（把特定的,外源基因导入有基因缺陷的细胞,中，从而达到治疗疾病的目的）,2、实例：,将,腺苷酸脱氨酶基因,转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,对严重复合型免疫缺陷症的治疗,57,.,3、原理,病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的,正常基因，在病人体内两种基因都存在且都能表达，正常基因的表达产物掩盖了,缺陷基因,的表达产物，从而治愈了有,基因缺陷的疾病。,58,.,4、基因治疗的类型,体外基因治疗,：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在,体外完成基因转移,，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗,：,直接向人体组织细胞,中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,5、基因治疗的发展现状：,处于初期的临床试验阶段,59,.,基因诊断,概念,用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。,60,.,D,考向1下列关于基因工程应用的叙述，错误的是(,),A基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞,B基因诊断的基本原理是DNA分子杂交,C一种基因探针只能检测水体中的一种病毒,D原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良,61,.,四、,蛋白质工程的崛起,62,.,一、蛋白质工程的崛起的缘由,基因工程产物,基因工程在原则上只能生产,自然界已存在的,蛋白质。,这些,天然蛋白质,是生物在长期进化过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要,却,不一定,完全符合,人类,生产和生活的,需要,。,63,.,二、蛋白质工程的基本原理,1、蛋白质工程的目标,根据人们对,蛋白质功能,的特定需求，对蛋白质的,结构,进行分子设计。,2、天然蛋白质的合成过程,DNA（基因）,转录,mRNA,翻译,蛋白质,基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能,64,.,、蛋白质工程的基本途,径,预期的蛋白质功能,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列,（基因）,65,.,4、蛋白质工程的概念,是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，,通过基因修饰或基因合成，,对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质工程的基础:,蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系,蛋白质工程的实质：,改造基因,蛋白质工程的产物：,新的蛋白质,66,.,5、,蛋白质工程与基因工程比较,67,.,1,科学家将干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为,(,),A基因工程B蛋白质工程,C基因突变 D细胞工程,B,68,.,