高中生物第4章基因工程4.1基因工程的基本原理和技术课件北师大版选修.ppt

,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,第,1,节基因工程的基本原理和技术,1,.,简述基因工程的概念和理论基础。,2,.,记住限制性内切酶的特点、作用。,3,.,能说出,DNA,连接酶的特点、作用方式。,4,.,记住常用运载体的必需条件、种类及其作用与特点。,1,.,基因工程的概念,思考：,基因工程依据的原理是什么,?,提示,:,基因重组。,2,.,基因工程研究的理论基础,20,世纪中期,分子生物学的研究主要有三大科学成就,为基因工程的诞生奠定了理论基础。,(1),在,20,世纪,40,年代,证实了,DNA,是主要的,遗传物质,它是,遗传信息,的携带者。,(2),在,20,世纪,50,年代,确立了,DNA,的,双螺旋,构型,遵循,碱基互补,原则,DNA,进行,半保留,复制。,(3),在,20,世纪,60,年代,提出了,“,中心法则,”,和,操纵子,学说,成功地破译了,遗传密码,阐明了,遗传信息,的流动与表达机制。,3,.,基因工程操作技术的突破,(1)DNA,分子的切割技术,基因工程的,“,分子手术刀,”,限制性核酸内切,酶,(,简称限制性内切酶或限制酶,),主要存在于,微生物,中。,限制性内切酶的作用特点是能够识别,DNA,上某种核苷酸的,序列,和,位置,并在这个位置切开,DNA,分子。,限制性内切酶切割产生的,DNA,片段末端通常有两种形式,:,黏性,末端和平末端。,(2)DNA,分子的连接技术,“,分子缝纫针,”,连接酶,的作用是将两个具有相同末端的,DNA,片段连接起来。,(3)DNA,分子的运载工具,运载体必须具备的条件,:,必须是一种能够,自我复制,的较小的,DNA,分子,;,能使带进去的,DNA,在细胞里面进行,复制,并且仍然保持,原有的特性,;,作为载体最好具有某些简单的,特性,如,抗药,性、,免疫,性等。,常用的运载体包括,质粒,、,噬菌体,和动植物病毒。最理想的运载体是,质粒,它是细菌染色体外的一种很小的环状,DNA,分子,能进行自我复制,带有某种抗性基因,能在细胞之间钻进穿出。,1.,限制性内切酶与,DNA,连接酶,(1),限制性内切酶,特别提醒,限制性内切酶具有专一性,能识别特定的,DNA,序列,切出能互补配对的黏性末端或平末端。,(2),限制性内切酶与,DNA,连接酶的比较,区别,两者的关系可表示为,:,特别提醒,(1),核苷酸分子间的氢键是分子间作用力,其断裂与重新形成均与限制性内切酶、,DNA,连接酶无关。,(2),限制性内切酶不切割自身,DNA,的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。,(3)DNA,连接酶起作用时不需要模板。,(3)DNA,连接酶与,DNA,聚合酶的区别,2,.,几种与,DNA,相关的酶,(1),几种酶的比较,(2),上述几种酶的作用部位图解,作用于图中,a(,磷酸二酯键,),且催化,a,键断裂的酶有,:,限制性内切酶、,DNA,酶。,催化,a,键形成的酶有,:DNA,聚合酶、,DNA,连接酶。,作用于图中,b(,氢键,),的酶,:,解旋酶。,3,.,运载体,(1),运载体的作用是将外源基因导入受体细胞,使其在受体细胞内稳定遗传并表达。目前,常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。,(2),运载体必须具备的条件,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程,【典例,1,】,下列有关基因工程的叙述,不正确的是,(,),A.,基因工程又叫做,DNA,重组技术,B.,对生物的基因进行改造或重新组合,定向地改造生物的遗传特性,C.,在医药卫生、农牧业和环境保护等方面有广泛的应用,D.,可对任何物种进行改造,控制生物的进化,解析,:,基因工程又叫,DNA,重组技术或基因拼接技术,可以定向地改造生物的遗传特性,但是无法改造物种,更不可能控制生物的进化。,答案,:,D,题型一,题型二,题型三,题型四,归纳点拨,不同生物的,DNA,能够重组的基础,(1),基本组成单位相同,:,不同生物的,DNA,分子都是由脱氧核苷酸构成的。,(2),空间结构相同,:,不同生物的,DNA,分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。,(3),碱基配对方式相同,:,不同生物的,DNA,分子中两条链之间的碱基互补配对方式均是,A,与,T,配对,G,与,C,配对。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶,限制性内切酶,【典例,2,】,下列关于限制性内切酶的说法,正确的是,(,),A.,限制性内切酶广泛存在于各种生物中,但微生物中很少,B.,一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,C.,不同的限制性内切酶切割,DNA,后都会形成黏性末端,D.,限制性内切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键,解析,:,限制性内切酶主要存在于微生物中,其作用部位是特定序列中两个核苷酸之间的磷酸二酯键。限制性内切酶切割,DNA,后形成的末端有黏性末端和平末端两种。,答案,:,B,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟,有关限制性内切酶的知识需注意以下几点,:(1),限制性内切酶主要存在于微生物中,尤其是原核生物中,;(2),限制性内切酶具有特异性,不同的限制性内切酶切割,DNA,的位点不同,;(3),限制性内切酶是一类酶,而不是一种酶,;(4),限制性内切酶的化学本质为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶,DNA,连接酶,【典例,3,】,下列有关,DNA,连接酶和,DNA,聚合酶的说法,正确的是,(,),A.DNA,连接酶和,DNA,聚合酶都需要模板,其目的都是合成,DNA,分子,B.DNA,连接酶不需要四种脱氧核苷酸作为原料,C.DNA,连接酶是在细胞核内合成的,而,DNA,聚合酶是在核糖体上合成的,D.DNA,连接酶连接的是氢键和磷酸二酯键,题型一,题型二,题型三,题型四,解析,:,DNA,聚合酶和,DNA,连接酶都是催化形成磷酸二酯键,只是前者是将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸片段上,后者是将两个,DNA,片段通过形成磷酸二酯键连接起来。它们的化学本质都是蛋白质,都是在细胞内的核糖体上合成的。,DNA,聚合酶催化,DNA,单链合成时需要四种脱氧核苷酸作为原料,且需要模板,但是,DNA,连接酶催化,DNA,片段连接时不需要四种脱氧核苷酸作为原料,也不需要模板。,答案,:,B,题型一,题型二,题型三,题型四,方法规律,DNA,连接酶作用部位辨析,(1),图示,(2),分析,针对上图,不要认为,DNA,连接酶作用于碱基对之间的氢键。,DNA,连接酶作用于图中的,“,断口,”,处,形成磷酸二酯键。,比喻,:DNA,连接酶,“,不是作用于梯子的踏板处,而是作用于扶手的断口处,”,。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的运载工具,运载体,【典例,4,】,运载体作为基因的运载工具,必须具备的条件及理由是,(,),A.,能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因,B.,具有多个限制性内切酶切点,以便于目的基因的表达,C.,具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供条件,D.,能够在受体细胞中复制并稳定保存,以便于进行筛选,解析,:,运载体能够稳定地在受体细胞内存在且复制的特性,可以达到大量复制目的基因的目的。具有多个限制性内切酶切点,以便于外源,DNA,分子的插入。具有某些标记基因,以便于鉴定和筛选重组,DNA,分子。,答案,:,A,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟,(1),标记基因的作用是便于对目的基因是否导入受体细胞进行检测,起到筛选作用,但是目的基因是否表达不能用标记基因来检测。,(2),选择限制性内切酶时,要确定被选的限制性内切酶不能破坏标记基因的核苷酸序列,否则就失去标记基因的作用。,(3),基因工程中的运载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的运载体是,DNA,分子,能将目的基因导入受体细胞内,;,膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。,(4),基因工程中有,3,种工具,但工具酶只有,2,种。,1,2,3,4,5,1.,下列叙述符合基因工程概念的是,(,),A.B,淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有,B,淋巴细胞中的抗体基因,B.,将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株,C.,用紫外线照射青霉菌,使其,DNA,发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株,D.,自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其,DNA,整合到细菌,DNA,上,解析,:,A,项属于细胞工程,;C,项属于诱变育种,;D,项属于噬菌体侵染细菌,;B,项中将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株,符合基因工程的概念和特点。,答案,:,B,1,2,3,4,5,2.,下列有关基因工程中限制性内切酶的叙述,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.,限制性内切酶主要是从原核生物中提取的,解析,:,限制性内切酶的化学本质是蛋白质,其活性受温度和,pH,的影响。限制性内切酶的特点是能识别双链,DNA,中特定的核苷酸序列,可在特定的位点进行切割。限制性内切酶主要是从原核生物体内分离出来的。限制性内切酶不能识别和切割,RNA,。,答案,:,C,1,2,3,4,5,3.,下图所示为部分双链,DNA,片段,下列有关叙述错误的是,(,),A.,切断,a,处的酶可是限制性内切酶,B.,连接,a,处的酶可是,DNA,连接酶,C.,切断,b,处的酶为,DNA,解旋酶,D.,连接,b,处的酶为,RNA,聚合酶,解析,:,限制性内切酶能识别特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割,DNA,分子,即能切割,DNA,链外侧的磷酸二酯键,(,图中的,a,处,),。内侧碱基对之间的氢键,(b,处,),可通过,DNA,解旋酶水解。,DNA,连接酶能将切断的磷酸二酯键进行连接,即连接图中的,a,处。,RNA,聚合酶的作用是催化,DNA,的转录。,答案,:,D,1,2,3,4,5,4.,限制性内切酶,Mun,和限制性内切酶,Eco,R,的识别序列及切割位点分别是,C,TTAAG,和,G,AATTC,。下图表示四种质粒和目的基因,其中箭头所指部位为限制性内切酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因运载体的质粒是,(,),解析,:,由图可知,质粒,B,上无标记基因,不适合作为运载体,;,质粒,C,和,D,的标记基因上都有限制性内切酶的识别位点,;,只有质粒,A,上既有标记基因,且,Mun,的切割位点不在标记基因上。,答案,:,A,1,2,3,4,5,5.,水母发光蛋白由,236,个氨基酸构成,其中,Asp,、,Gly,和,Ser,构成发光环,现将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中,这种蛋白质的作用是,(,),A.,促使目的基因导入宿主细胞中,B.,促使目的基因在宿主细胞中复制,C.,使含目的基因的受体细胞容易被检测出来,D.,使目的基因容易成功表达,答案,:,C,