基因工程一轮复习优秀PPT课件.ppt

基因工程专题复习,一、基因工程的基本操作工具,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,DNA重组技术的基本工具,“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,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,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”,A,T,磷酸二酯键,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。,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。,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,1、种类：2、作用部位：,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）,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？,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA聚合酶的作用,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,与DNA有关的酶,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 BC D,C,2.右图为DNA分子结构示意图，对该图的正确描述是A的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸B解旋酶作用的部位是C某限制性核酸内切酶可选择处作为切点DDNA连接酶可连接处断裂的化学键,BD,3下列关于生物工程中常见的几种酶的叙述，正确的是( )ADNA连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏合，形成重组DNAB限制性核酸内切酶将一个DNA分子片段切成两个片段需消耗两分子的水CTaq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶D纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得原生质体，便于植物杂交育种,B,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,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,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,二、基因工程的基本操作程序,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）,AATGTGCACGTAGTTAGTTACACGTGCATCAATC,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,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。,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,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,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,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,（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,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),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,基因组DNA文库,cDNA文库,2. 基因组DNA文库与cDNA文库比较,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, 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,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,变性、退火、延伸三步曲,变性：加热至9095双链DNA解链成为单链DNA退火：冷却至5560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7075以目的基因为模板，合成互补的新DNA链,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,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,人工合成,(基因序列已知，且比较小),DNA合成仪,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。,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,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：,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,（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,转化过程:,Ti质粒目的基因,构建,表达载体,植物细胞,植物细胞染色DNA,新性状,农杆菌,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,（3）花粉管通道法,适用于被子植物,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,原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少方法：,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,3、将目的基因导入微生物细胞,思考：为什么要用Ca2+处理受体细胞？,用Ca2处理，增加细菌细胞壁的通透性,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,DNA分子杂交,15N,15N,14N,14N,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。,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：,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,C,例3. 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.目的基因的检测表达,4. 在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是A. 540个 B. 8100个 C. 17280个D. 7560个,B,1表中列出了限制酶识别序列及切割位点，箭头表示限制酶的酶切位点,(1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后，分别含有_个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma酶切位点越多，质粒的热稳定性越_,0、2,高,(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma切割，原因是_。(4)与只使用EcoR相比较，使用BmaH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_。,Sma会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因,质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化,(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在_的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。,鉴别和筛选含有目的基因,蔗糖为唯一含碳营养物质,2.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,(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,三、基因工程的应用,抗病,抗逆,生长速度,品质,药物,器官移植,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,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,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。,4、基因治疗的类型,5、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段,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。,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,四、蛋白质工程的崛起,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。,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,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,、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）,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,5、蛋白质工程与基因工程比较,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,