高中生物基因工程一轮复习.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,*,选修三 现代生物科技专题,第,1,讲 基因工程,1.供体：提供_。,2.操作环境：_。,3.操作水平：_水平。,4.原理：_。,5.受体：体现目的基因。,6.本质：性状在_体内体现。,7.长处：克服_ _障碍，定向改,造生物_。,目的基因,体外,分子,基因重组,受体,远缘杂交不亲和,性状,一、基因工程的概念指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，定向地改造生物的遗传特性，从而发明出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。,考点,1,：基因工程的理论基础及操作工具,（一）分子手术刀,限制酶,1.,来源,:,重要来源于原核生物,2.,作用,:,3.,特点,:,特异性,（,1,）识别特定核苷酸序列；,（,2,）切开特定部位的两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,。,4.成果：,产生,黏性末端,或,平末端,一种,限制酶,只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割,DNA,分子。,二、基因工程的基本工具,A A T T C,G,下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的是,A,、,B,、,C,、,D,、,T C G,A G C T T A A,A G,G T T C C A,A G C T T C,A G,A A T T C,G,A,T C G,A G C T T A A,（二）,DNA,连接酶,2,、分类,E.coliDNA,连接酶,T,4,DNA,连接酶,想一想,:,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶是一回事吗,?,(1),、来源：大肠杆菌,(2),、作用：,“,缝合,”,黏性末端,(1),、来源：,T4,噬菌体,(2),、作用：,“,缝合,”,黏性末端和平末端,1,、作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之,间的,磷酸二酯键,。,DNA,聚合酶,DNA,连接酶,区别,1,区别,2,相同点,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶,只能将单个核苷酸连接到已经有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成,磷酸二酯键,在,两个,DNA,片段之间,形成磷酸二酯键,以,一条,DNA,链为模板,。,不需要模板。,将DNA双链上的两个缺口同步连接起来。,(三）基因的运送工具运载体,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细菌拟核DNA之外可以自主复制的很小的双链环状DNA分子。,常用的运载体：,质粒,、,噬菌体的衍生物,和,动植物病毒,等。,作为载体的必要条件：,1、能自我复制或整合到受体染色体DNA上,随染色体DNA的复制而同步复制；,2、有一或多种限制酶的切割位点；,3、带有标识基因，供重组DNA的鉴定和选择,4、对受体细胞无毒害,5、大小应合适，便于提取和体外操作。,基因的运送工具运载体,四个重要环节:,目的基因的获取,基因体现载体的构建,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测与鉴定,考点,2,基因工程的基本操作程序及蛋白质工程,一、目的基因的获取,1、目的基因重要是指_,编码蛋白质的构造基因,如：抗虫基因,3、获取目的基因的常用措施,（,1,）从基因文库中获取,（2）运用PCR技术扩增目的基因,（3）人工合成（通过DNA合成仪用化学措施直接人工合成）,2,、目的基因的来源,:,从自然界已经有的物种分离,人工措施合成,1,、基因文库,（一）从基因文库中获取目的基因,将具有某种生物不一样基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别具有这种生物的不一样基因，称为基因文库,2,、基因文库的种类,:,种类,基因组文库：具有一种生物的所有基因,部分基因文库：只包括了一种生物的部分基因，,如：cDNA文库,1),反转录法：,杂交双链,(,单链,RNA/,单链,DNA),单链,DNA,双链,DNA,(,cDNA,),目的基因,的,mRNA,某种酶,DNA,聚合酶,反转录酶,反转录法,化学合成法,3.,怎样构建基因文库,?,人工合成法（,真核生物,）,（,2),根据已知的氨基酸序列合成,DNA,法：,蛋白质的氨基酸序列,mRNA,的核苷酸序列,基因的脱氧核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,（2）运用PCR技术扩增目的基因,1,、定义,：,PCR,多聚酶链式反应,是一项生物体外复制特定,DNA,片段的核酸合成技术。,通过此技术，可,获取大量的目的基因,。,DNA,复制,2,、原理：,3,、条件：,4,、原料：,5,、过程：,6,、方式：,一段已知目的基因的核苷酸序列,模板,DNA,；,DNA,引物；四种脱氧核苷酸；热稳定,DNA,聚合酶（,Taq,酶）,以,_,方式扩增，,即,_,（,n,为扩增循环的次数）,指数,2,n,7,、仪器：,PCR,扩增仪,PCR,技术扩增与,DNA,复制的比较,PCR,技术,DNA,复制,相同点,原理,原料,条件,不同点,解旋方式,场所,酶,结果,碱基互补配对,四种脱氧核苷酸,模板、能量、酶,高温下变性解旋,解旋酶催化,体外复制,(,PCR,扩增仪内,),重要在细胞核内,热稳定的,DNA,聚合酶,（,Taq,酶）,大量的,DNA,片段,形成整个,DNA,分子,解旋酶、,一般的DNA聚合酶等,二、基因体现载体的构建关键,（1）用一定的_切割质粒，使其出现一种切口，露出_。,（2）用_ _切断目,的基因，使其产生_,_。,（3）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量_，形成了一种重组DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,相似的黏性末端,切口,DNA,连接酶,1.,过程,:,3.基因体现载体的构成：,a,、目的基因,b,、启动子,c,、终止子,d、标识基因,位于基因的首端,是,RNA,聚合酶识别并结合位点。驱动转录,位于基因的末端,终止转录。,检测目的基因与否导入受体细胞。,2、基因体现载体的作用,a,、使目的基因在受体细胞中,稳定存在,并,遗传,给子代,b、同步使目的基因能体现和发挥作用,三、将目的基因导入受体细胞,目的基因进入,_,_,内，并且在受体细胞内维持,_,_,和,_,_,的过程。,转化,:,受体细胞,稳定,体现,1,、导入,植物细胞,:,2,、导入,动物细胞,:,3,、导,入微生物细胞,:,常用措施：,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（或,Ca2+,转化法）,1,、,将目的基因导入植物细胞,（,1,）农杆菌转化法,特点,:,能感染,双子叶植物,和,祼子植物,对单子叶植物无感染能力,Ti,质粒的,T,DNA,可转移至受体细胞并整合到其染色体上,转化过程,:,Ti,质粒,目的基因,构建,体现载体,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,（,2,）基因枪法,基因枪法又称微弹轰击法，是运用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的体现载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并体现的措施。,合用于单子叶植物,（,3,）花粉通道法,花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管尚未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。,2,、,将目的基因导入动物细胞,措施:,显微注射技术,操作程序,:,提纯含目的基因体现载体,取受精卵,显微注射,移植到子宫,受精卵发育,新性状动物,常用受体细胞：,受精卵,3,、,将目的基因导入微生物细胞,常使用方法：Ca2+处理,常用受体细胞,：大肠杆菌,微生物作受体细胞原因：,繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少,过程：,Ca,2+,处理大肠杆菌,感受态细胞,体现载体与感受态细胞混合,感受态细胞吸取DNA,（用Ca2+处理，增长细菌细胞壁的通透性）,处在能吸取周围环境中DNA分子的生理状态的细胞,(1)_目的基因的有无,(2)分子杂交技术_,(3)_目的基因与否翻译,(4)生物性状的体现与否目的基因与否体现,(个体水平),DNA,分子杂交技术,目的基因与否转录,抗原,抗体杂交,分子水平,四、目的基因的检测与鉴定,检测转基因生物染色体的DNA上与否插入了目的基因,1,、导入检测,目的：,措施：,DNA,分子杂交技术,过程：,.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识,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,表明目的基因已插入染色体DNA中,从转基因生物中提取的基因组,DNA,探针：,杂交的对象：,用放射性同位素标识的含目的基因的DNA片段,15,N,15,N,1,4,N,探针,转基因生,物的DNA,变性,变性,1,4,N,2,、转录检测,目的：,检测目的基因与否转录出了mRNA,措施：,分子杂交技术,用放射性同位素标识的含目的基因的DNA片段,探针：,杂交的对象：,从转基因生物中提取的,mRNA.,3,、翻译检测,目的：,检测目的基因与否翻译成蛋白质,措施:,抗原抗体杂交技术,从转基因生物中提取的蛋白质,抗原：,抗体：,将目的基因编码的蛋白质注射进动物体内进行免疫产生的对应抗体,4,、个体生物学水平的鉴定,抗虫鉴定、抗病鉴定、,活性鉴定等,1.,转基因植物,类别,应 用 实 例,抗虫,抗病,抗逆,改良,杀虫的基因重要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶克制剂基因、淀粉酶克制剂基因、植物凝集素基因等,抗病毒基因,:,病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因,;,抗真菌基因,:,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,抗盐碱和抗干旱的调整细胞渗透压基因、,抗冻蛋白基因、抗除草剂基因,转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%,转基因延熟番茄储存时间可延长12个月,转基因矮牵牛展现出自然界没有的颜色变异,1,、,3,基因工程的应用,2.,转基因动物,类别,应 用 实 例,提高生,长速度,改善畜,产品品质,生产药物,作器官移,植的供体,如转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长速率快、体型大,如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大减低,而其他营养成分不受影响,目前,已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中体现出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶等重要药物,科学家正试图运用基因工程措施对猪的器官进行改造,克制抗原决定基因的体现,或设法除去抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,3.基因工程药物,(1)来源：转基因的_。,(2)成果：_、抗体、_、激素等。,(3)作用：防止和治疗_、心血管疾病、,_、多种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。,4.基因治疗,(1)措施：把_导入病人体内，使该基因的体现产物,发挥功能。,(2)效果：治疗_的最有效的手段。,(3)分类：_基因治疗和_基因治疗。,工程菌,细胞因子,疫苗,人类肿瘤,遗传病,正常基因,遗传病,体内,体外,基因治疗的措施,体外基因治疗：,从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完毕基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最终重新输入患者体内。,直接向人体组织细胞中转移基因的治病措施。,体内基因治疗：,用于基因治疗的基因种类,正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依托其体现产物。,反义基因。即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA 进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。,自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保留相称困难，假如将其分子上的一种半胱氨酸变成丝氨酸，就可在-70 条件下保留六个月，给广大患者带来福音。,(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得可以控制合成“可以保留的干扰素”的基因是生产的关键，根据蛋白质工程原理，设计试验流程，让动物生产“可以保留的干扰素”：,设计,设计,推测,合成,预期的蛋白质功能,预期的蛋白质构造,应有的氨基酸序列,相对应的脱氧核苷酸序列,(,基因,),1,、,4,蛋白质工程,(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_ _ _的蛋白质，不一定符合_ _需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的构造规律及其与生物功能的关系作为基础，通过_ _或_ ，对既有蛋白质进行_ 或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。,(3)蛋白质工程实行的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_ 构造。,自然界已存在,人类生产和生活,基因修饰,基因合成,改造,空间,(,或高级,),(4)对天然蛋白质进行改造，应当直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？_。,原因是：_。,应当通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造,首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。假如对蛋白质直接改造，虽然改导致功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传；另一方面，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要轻易操作，难度要小得多。,蛋白质工程与基因工程,比较,蛋白质工程,基因工程,区,别,过,程,目,的,结,果,从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质构造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),目的基因的获取基因体现载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定,定向改造或生产人类所需的蛋白质,定向改造生物的遗传特性,获得人类所需的生物类型或生物产品,可生产自然界没有的蛋白质,原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,高温变性,低温复性,中温延伸,加热到,90-95,，,DNA,双链的氢键,断裂解旋为单链,降到,55-60,，引物通过碱基,互补配对与单链,DNA,结合,升温到,70-75,，在,DNA,聚合酶的作,用下，以四种脱氧核苷酸为原料，,根据碱基互补配对原则合成新的,DNA,链。,PCR,反应过程,循环,PCR反应详细过程,原核细胞的基因构造(补充内容）,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与,RNA,聚合酶结合位点,启动子,终止子,不编码蛋白质。,：编码蛋白质,持续不间断,编码区,非编码区,原核细胞的 基因构造,调控遗传信息体现,上,游有启动子，下游有终止子,真核细胞的基因构造（补充内容）,编码区,非编码区,非编码区,与,RNA,聚合酶,结合位点,内含子,外显子,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,真核细胞的 基因构造,编码区,非编码区,外显子：能编码蛋白质的序列,内含子：不能编码蛋白质的序列,：,有调控作用,上游有启动子，下游有终止子,非编码序列：,包括非编码区和内含子,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）,构建基因体现载体（在血清白蛋白基因前加特异体现的启动子）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能体现）。,思索:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器来生产人类血清白蛋白的操作过程是怎样的？,乳腺生物反应器的长处：产量高；质量好；,成本低；易提取。,如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：,(1)目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号_所示的过程，实现过程的根据有_。,(2)若有关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则,过程包括_、_。,(3)过程中对核苷酸序列有严格规定的工具酶是_，进行过程的目的是_。,(4)为获得较多的受精卵用于研究，过程的处理方案是_。若过程所得的卵母细胞是从卵巢中获得的，则体外受精前的过程表达_。,