高三生物课件细胞质遗传基因工程的基本内容.ppt
基因工程的基本内容,氢键,DNA分子的平面结构,蛋白质合成结构图,转基因羊具有生长快、毛质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等优点。,通过研究“基因切除”的老鼠将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。,在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。,基因工程的概念,这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。,甲生物,乙生物,新类型,基因切除技术,转基因技术,生物,新类型,抗虫棉,基因操作的工具,基因的大小以纳米计算(DNA直径只有nm)对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：,限制性内切酶基因的剪刀DNA连接酶基因的针线运载体基因的运输工具,限制性内切酶及其缓冲液,重播,DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。,、基因的针线DNA连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,重播,、基因的针线DNA连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,Bam H切割反应,T4 DNA连接酶15C,同一限制酶切位点连接,3、基因的运输工具运载体,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。,质粒,运载体应具备的三个条件,(1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。,(2)有多个限制酶切点，以便与外源基因连接,(3)具有某些标记基因，以便进行筛选,目前常用的两类运载体,1.细菌的质粒，它是细菌染色体DNA以外的小型环状DNA(一般有1-200kb，kb为千碱基对)，有的细菌只有一个，有的细菌有多个,2.噬菌体和某些病毒的DNA。,以 质 粒 为 载 体 的DNA 克 隆 过 程,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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,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,基因工程的操作基本步骤,1.提取目的基因2.目的基因与运载体结合3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测和表达,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。,、提取目的基因将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。,基因操作的基本步骤,提取目的基因的方法,直接分离基因鸟枪法,将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。,组织或细胞染色体DNA,基因片断,克隆载体,重组DNA分子,含重组分子的转化菌,限制性内切酶,受体菌,人工合成基因法,DNA合成仪,有两种方法：逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,获取目的基因的方法,mRNA,单链DNA,逆转录,双链DNA,合成,DNA片段扩增,目的基因细胞,目的基因,找出,PCR仪,2、目的基因与运载体结合,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,目的基因与运载体结合,3、将目的基因导入受体细胞,要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。,为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质(CaCl2 处理细胞壁)对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。,基 因 枪 法,打一枪即可10000个整合细胞/枪火药、气压等 300-600米/秒DNA随机插入，原理不明,目的基因导入动物细胞,如：显微注射法,DNA损失少无需选择标记基因整合效率高,4、目的基因的检测和表达,前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。,细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。,多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。,例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。,基因工程的操作基本步骤,质粒：环状DNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。,基因工程基本步骤是：（1）获得目的基因（外源DNA片段）（2）将目的基因与运载体结合（3）运载体（环状的DNA）导入宿主细胞（受体细胞），（4）检测和表达：使目的基因及运载体上其它基因得以转录和翻译。,载体质粒,外源DNA片段,外源DNA插入,剪切,引入宿主细胞,选出含有重组DNA的细胞扩增,a,b,b,A,A,b,提取目的基因,直接分离基因：鸟枪法,基因工程基本操作步骤,目的基因与运载体结合,目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,人工合成基因,反转录法,据已知的氨基酸序列合成DNA,同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子,主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法,根据受体细胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入,检测,表达,受体细胞表现出特定的性状,土壤农杆菌法,冠瘿病,转基因动物的用途,改良动物的性状，培育新品种基因治疗和建立人类疾病的动物模型制作“生物反应器”生产人类器官移植的代用品基础理论研究中的应用,转绿色荧光蛋白基因小鼠,基因工程技术操作过程可形象归纳为：,小 结,1.关于下图DNA分子片段的说法，正确的是A处的碱基缺失会导致染色体结构变异B限制性内切酶可作用于部位，解旋酶作用于部位C把此DNA放在含14N的培养液中，复制2代，子代中含15N的DNA分子占总额的1/4D该DNA分子的特异性表现在碱基的种类和（A+T）/（G+C）的比例,B,2.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）ABCD将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵,C,3、农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的，这类物质的化学本质是。,酶,蛋白质,（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：固氮基因已经整合到水稻细胞的 中。写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。,DNA,转录 翻译 DNA（固氮基因）RNA 蛋白质,4、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05g干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来。,基因,产生干扰素,(2)酵母菌能用 方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。,出芽,干扰素,5、细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。,（1）从细胞的结构看，细菌属于 生物。（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有 的特点。（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种。,原核,专一性,基因重组,（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共用一套。（5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有,遗传密码,相对的独立性,6、“人类基因组计划”的研究工作已经历时10年，投资近百亿美元。一开始它是一项“国际参与，免费分享”的国际合作研究项目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争抢就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：“我们的民族已经在信息产业的上游-软件和硬件上受制于人，我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！”当该课题组的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆平爽快地道：“拿合同来”。（1）从细胞学上讲，基因的载体是 其排列特点是。,染色体,线性排列,（2）文中的“基因序列”指，因为它代表控制生命活动的全套，所以基因序列的测定对于探索生命奥秘意义重大：（3）“编码基因”一词中的“编码”，是指为生命活动的体现者 编码。（4）文中袁隆平是我国的 专家，他使用的方法主要是。（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是 和 的障碍。,基因脱氧核苷酸的排列顺序,遗传密码,蛋白质,水稻,杂交育种,缩短育种时间,克服远缘杂交,7.1978年，美国科学家利用工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人类胰岛素。请回答：(1)在利用大肠杆菌繁殖生产人类胰岛素的过程中，所用的基因的“剪刀”是,基因的“针线”是,基因的“运输工具”是。(2)上述人类胰岛素的合成是在（）处进行的，其决定氨基酸排列顺序mRNA的模板是由（）基因转录而成的。(3)合成的人类胰岛素含51个氨基酸，由2条多肽链组成，则胰岛素分子中含肽键（）个，这51个氨基酸是经过（）方式合成胰岛素的，相对分子质量比原来减少（）。(4)决定合成胰岛素的基因至少含有碱基（）个，若核苷酸的平均相对分子质量为300，则与胰岛素分子对应的mRNA的相对分子质量为（）；若氨基酸的平均相对分子质量为128，该胰岛素的分子量约为（）。(5)不同种生物之间的基因移植成功，说明了生物共用一套（）,答案:(1)限制性内切酶 DNA连接酶 运载体(或细菌质粒、噬菌体、动植物病毒)(2)大肠杆菌核糖体 人类胰岛素(3)49;脱水缩合 882(4)306;45900;5646(5)遗传密码,再见,
