高三生物专题一1.2基因工程的基本操作程序ppt课件

专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序 1.3 基因工程的应用 1.4 蛋白质工程的崛起[问题探讨] 如果要将人的胰岛素基因移植 到大肠杆菌体内，并使大肠杆菌合 成人的胰岛素，你准备怎么办？1.2 基因工程的基本操作程序 目的基因的获取； 基因表达载体的构建； 将目的基因导入受体细胞； 目的基因及其表达产物的检测与鉴定。 阅读教材P8思考:基因工程操作程序的主 要步骤有哪些? 一、目的基因的获取 目的基因的获取方法：从自然界已有物 种直接分离分离出来、人工方法合成。 从基因文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 用化学方法直接人工合成目的基因 粗读教材P8-11第二段思考:目的基因的获取常用方 法有哪些? 1、从基因文库中获取目的基因： 基 因 文 库 基因组文库 部分基因文库，如cDNA文库 概念：P9 种类 储存： 受体菌群 建立目的： 为获得大量的目的基因作准备 二者的区别见 P10 再读教材P9-10思考: 1.什么叫基因文库?它有哪些种类?它们之间有何区别 ? 2.通常情况下,一种生物的基因文库储存在哪里?尝试 解释一下原因? 3.建立基因文库的目的是什么? 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，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。 基因组文库 某种生物体的全部DNA 许多DNA片段 受体菌群体 限制酶 载体 导入 部分基因文库 （如cDNA文库） 某种生物某个时期的mRNA 反转录 cDNA 载体 导入 受体菌群体外显子 内含子 与RNA聚合 酶结合位点 编码区 与RNA聚合 酶结合位点 编码区 原核生物基因 真核生物基因 外显子 内含子 启动子 启动子 非编码区 非编码区 非编码区 非编码区 终止子 终止子 基因只有编码区能转录出RNA，且内含子转录的 部分要剪切掉，即转录生成的mRNA只有外显子对应的 部分。因此，以mRNA为模板反转录产生的cDNA没有内 含子、启动子和终止子。 说明： 知 识 拓 展（鸟枪法） 供体细胞中的DNA 许多DNA片段 运载体 限制酶 分别与运载体连接 受体细胞 分别导入 －直接分离法基因文库的构建基因文库的构建模式图 通过对 受体菌 的培养而 储存基因 基因组DNA文库的构建 将总DNA经过酶解，分离不同长短的DNA片段。包 含的基因组片段分别克隆在质粒或噬菌体载体上，转 染细菌或体外包装到噬菌体颗粒上便构成了该生物的 基因组文库。cDNA文库的构建（反转录法）： 以mRNA为模板，反转录合成互补的DNA片段 目的基因的mRNA 杂交双链 (单链RNA/单链DNA) 单链DNA（cDNA） 反转录酶 核酸酶H DNA聚合酶 双链DNA (目的基因)cDNAcDNA文库特点： 小 无启动子 无内含子 物种间基因可交流（有效基因）在基因文库中获取目的基因： 根据：基因的核苷酸序列 基因的功能 基因在染色体上的位置 基因的转录产物mRNA 基因的翻译产物蛋白质 依据：目的基因的有关信息。细读教材P10-11第二段并认真观察图1-8, 思考: 1.什么是PCR技术? PCR技术的原理、条 件、过程及结果怎样？ 2.DNA复制与PCR技术是一回事吗？你能 找出它们的异同吗？2、PCR技术扩增过程 a、DNA变性 b、退火 c、延伸 d、重复循环 温度变化 数目大量前提： 条件 PCR扩增仪 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） 观看动画： PCR技术扩增目的基因的过程PCR技术扩增过程 a、DNA变性 b、退火 c、延伸 d、重复循环 解旋逆转录 RNADNA（基因） 蛋白质 （性状） 转录 翻译 中心法则 R N A 复 制 D N A 复 制① 概念：PCR全称为_______________，是一项 在生物____复制___________的核酸合成技术 ③条件：________________________________、 _______________ 、____________ 、 _________________________。 ②原理：__________ ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 环的次数） ⑤结果： 聚合酶链式反应 体外 特定DNA片段 DNA复制 已知基因的脱氧核苷酸序列（模板） 四种脱氧核苷酸（原料） 一对引物 热稳定DNA聚合酶(Taq酶) 指数 2n 使含目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩 增PCR技术扩增过程 a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板 在热作用下，_____断裂，形成___________ b、退火（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，通 过引物延伸，合成与模板互补的________。 氢键 单链DNA DNA双链 DNA链 d、重复循环PCR(多聚酶链式反应)90－95DNA复制与PCR技术比较 类别 DNA复制 PCR技术 场所 原理 酶 条件 原料 特点 细胞核内 生物体外 碱基互补配对 碱基互补配对 DNA解旋酶、聚合酶 热稳定DNA聚合酶 （ Taq酶） 模板、ATP、酶、原 料、常温 模板、ATP、酶、原料、 引物、适温和PH 四种脱氧核苷酸 四种脱氧核苷酸 形成整个DNA分子 形成大量的含目的基 因的DNA片段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 推测推测 目的基因 化学合成化学合成 3、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成目 的基因 适用范围：分子量较小的已知核苷酸序列的 目的基因课堂练习： 从基因文库中获取 利用PCR技术扩增目的基因 用化学方法人工合成 不同 群体 不同 基因组文库 部分基因文库 1.获取目的基因的常用方法有（1） ； （2） （3） 。 2.基因文库是指将含有某种生物 基因的许多DNA 片断，导入受体菌的 中储存，各个受体菌分别含 有这种生物的 的基因。按所含基因的多少，它可 分为 和 两类。 3.PCR技术是利用 的原理，在生物体外 进行的复制 的核酸合成技术。合成过 程中所用的酶是 ，通过该技术， 可以使目的基因以 方式增加，其后代数目用数 学模型表示为 。 DNA复制 特定DNA片断 热稳定DNA聚合酶 指数 2n二、基因表达载体的构建（基因工 程的核心） 目的:为了使目的基因在受体细胞 中稳定存在，并且可以遗传给下一 代，同时使目的基因能表达和发挥 作用。 思考：作为基因工程表达载体，只需含有 目的基因就可以完成任务吗？为什么？ 不可以。因为目的基因在表达载体中得到表 达并发挥作用，还要有启动子、终止子和标记基 因等。必须构建上述元件的主要理由是： （1）生物之间进行基因交流，只有使用受体 生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表 达；如通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子， 只将编码序列导入受体生物中,目的基因无法转 录。 （2）目的基因是否导入受体生物中需要有 筛选标记。基 因 表 达 载 体 的 组 成 目的基因 + 启动子 + 终止子 + 标记基因 思考：启动子、终止子和标记基因各有什么作用？ 启动子：位于基因的首端的一段特殊的DNA 片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了 它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质 结构基 因 RNA聚合酶 半乳糖苷酶 酶 酶 RNA聚合酶 启动子 结构蛋白基因 RNA聚合酶 终止子：位于基因的尾端的一段特殊的 DNA片断，能终止mRNA的转录 标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是 否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛 选出来。*运载体（载体）与表达载体的异同 相同： 二者都有标记基因和复制原点两部分 DNA片断 不同：表达载体比运载体增加了：目的基因、 启动子、终止子。 *基因表达载体构建用到的工具酶： 限制酶、DNA连接酶质粒(运载体) DNA分子（含目的基因） 一个切口 两个黏性末端 两个切口 获得目的基因 DNA 连接酶 重组DNA分子（重组质粒） 同一种 限制酶 基因表达载体的构建过程： 思考：基因表达载体的构建需要考虑哪些方面的因 素？为什么？目的基因都需要与载体结合三、将目的基因导入受体细胞 转化：目的基因进入受体细胞内，并且 在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆 菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。1、将目的基因导入植物细胞 （1）农杆菌转化法 将目的基因转入植物细胞最常用的方法 约80%的转基因植物由此法而得。 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。 ②原理： ①农杆菌特点： 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。（2）基因枪法 适用于适用于单子叶植物。单子叶植物。（3）花粉管通道法 适用于适用于被子植物被子植物2、显微注射技术 如：“超级小鼠 ”3、将目的基因导入微生物细胞 ①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传 物质少。 ②方法：Ca2+处理法（如处理大肠杆菌）。 用Ca2+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。四、目的基因及其表达产物的检测与鉴定 1、分子水平检测： ① DNA分子和DNA分子之间的杂交 ② DNA分子和RNA分子之间的杂交 ③ 蛋白质分子(抗原—抗体)之间的杂交 2、个体生物学水平鉴定： 例如抗虫鉴定、抗病鉴定、功能活性鉴定等 1、以下说法正确的是 （ ） A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多 个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来 C 练习2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA D 练习3、有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起 来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶 A 练习4、有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料 D 练习5、基因工程是在DNA分子水平上进行设计 施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行 碱基互补配对的步骤是 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达 C 练习6、酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用等， 是提取核苷酸、三磷酸腺苷等多种生化产品的原料， 还可用于生产维生素、氨基酸等。科学家将使啤酒产生 丰富泡沫的LTPl基因植入啤酒酵母菌中，使其产生LTPl 蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒， 具体的操作过程如下： 课堂练习请据图回答问题： （1）若图中LTP1基因与B结合产生的C是____________ ，通常在体外完成，此过程必需有DNA限制性核酸内切酶 和_____________酶。 （2）标记基因的作用是 。 （3）检测LTP1基因在啤酒酵母菌中是否表达可以通 ____________________________________________。 重组DNA （重组质粒） DNA连接 供重组DNA的鉴定和选择 检验转基因啤酒酵母能否产生LTP1蛋白 7、继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物 反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育 出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生 长激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用 方法是__________________。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入____ _____________________中，原因是____________ _____________________________。 （3）通常采用___________________________技术 检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 显微注射技术 受精卵（或早期胚胎） 具有全能性， 可使外源基因在相应组织细胞表达 DNA分子杂交（核酸探针） （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠 的___________________细胞中特异表达。 （5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠 体细胞的__________转入___________中构成重组细 胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称 为_____________________________。 膀胱上皮 细胞核 去核的卵细胞 核移植（或克隆）技术 ①不能转录为信使RNA，不能 编码蛋白质。 ：能转录相应的信使RNA，能 编码蛋白质 编码区 非编码区 原核 细胞 的 基因 结构 ②有调控遗传信息表达的核 苷酸序列，在该序列中， 最重要的是位于编码区上 游的RNA聚合酶结合位点: 启动子补：原核细胞的基因结构 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，驱动转录 启动子 终止子 RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点， 并与其结合。 转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并 以DNA分子的一条链为模板合成RNA。 转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚 合酶也从DNA模板链上脱落下来。启动子与起始密码 终止子与终止密码 起始密码 终止密码 启动子 终止子补：真核细胞的基因结构 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 能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内 含子 启动子 终止子 编码区上游 编码区下游 内含子： 外显子： 真核 细胞 的 基因 结构 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 ：有调控作用的核苷酸序列， 包括位于编码区上游的RNA 聚合酶结合位点。 非编码序列：包括非编码区和内含子原核细胞 真核细胞 不同点 编码区是 _____的 编码区是间隔的、 _____的 相同点 都由能够编码蛋白质的______和具 有调控作用的______区组成的 原核细胞与真核细胞的基因结构比较 思 考 编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核 细胞与真核细胞基因结构一样长吗？ 连续 不连续 编码区 非编码专题一 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 以_____方式扩增， 即____（n为扩增循环的次数）指数 2n 方式： 短时间内大量扩增目的基因结果： DNA双链复制原理： 生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 2、利用PCR技术扩增目的基因PCR技术的操作过程 a、DNA变性（90℃-95℃）： 双链DNA模板在热作用下， _____断裂，形成________ b、退火（复性55℃-65℃）： 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 d、重复a.b.c步骤：每重复 一次，目的基因增加___倍一起始(终止)密码子 启动(终止)子 位置 本质 作用 启动(终止)转录启动(终止)翻译 位于DNA上位于mRNA上 DNA片段三个相邻碱基 小结：目的基因导入受体细胞 ②与①相比，②使目的基因的遗传特性得以稳定 维持和表达。 原因：在进行细胞 分裂时，细胞核上的 DNA经复制后平均分配 到两个子细胞中，保证 了亲子代遗传性状的稳 定性，而①细胞分裂时， 细胞质是不均分的，子 细胞不一定含有目的基 因。