生物选修3基因工程知识点归纳(详实)ppt课件.ppt
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1、选修三 现代生物科技专题,专题一 基因工程,什么是基因?什么是有遗传效应?基因的功能是什么?,有遗传效应的DNA片段,能够直接指导或间接调控蛋白质合成,基因能够储存、_和_遗传信息,也可能发生突变,从而决定生物体的性状。,传递,表达,基因是怎样储存、传递和表达遗传信息的?,储存:传递:表达:,基因中脱氧核苷酸的排序代表遗传信息,基因通过复制,可以由亲代传递到子代,基因通过转录和翻译,将遗传信息体现为蛋白质的结构,原核生物和真核生物的基因结构分别是怎样的?,编码区,非编码区,非编码区,编码区上游,编码区下游,不能编码蛋白质可调控遗传信息的表达(调控序列),原核细胞的基因结构,RNA聚合酶结合位点
2、,RNA聚合酶是由多条肽链构成的蛋白质,能识别并与调控序列中的结合位点结合,催化DNA转录(合成)出RNA。也有解旋DNA的作用。,RNA聚合酶,终止子,原核细胞的基因结构,RNA聚合酶结合位点,RNA聚合酶,RNA聚合酶,RNA聚合酶,原核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,编码区下游,调控遗传信息的表达(调控序列),外显子(能编码蛋白质),内含子(不能编码蛋白质),真核细胞的基因结构,原核生物与真核生物基因结构的主要区别是什么?,都是由能够编码蛋白质的_和具有调控作用的_组成,编码区是连续的,编码区是间隔的,不连续的,编码区,非编码区,什么是基因工程?基因工程中的基因重组和杂交育种
3、中的基因重组有何区别?基因工程能否决定或改变生物进化的方向?,基因工程只能提供进化的原材料,自然选择决定进化方向,基因工程的概念,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,获得人类需要的基因产物,剪切,拼接,导入,表达,基因重组(定向),基因重组,基因重组,体外(细胞外),体内(生殖细胞内),不同物种,同一物种,任意,减数分裂过程,定向,不定向,1.1 DNA重组技术的基本工具,基因重组技术的基本工具有哪些?限制酶是从何种生物中分离出来的?限制酶的作用特点是什么?限制酶能识别和切割RNA和单链DNA吗?原核生物细胞内的限制酶不能切割自身的DNA,请推测原因?,限制酶、DNA
4、连接酶、载体,主要从原核生物分离,能够识别_DNA分子的特定核苷酸序列,并且切割每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_键,使之断开。,磷酸二酯,双链,不能,其DNA分子中不具备该种限制酶的识别和切割序列;或者有相应识别序列,但是被修饰过而不能被识别。,限制酶的识别序列有何特点?限制酶切割的部位在哪里?限制酶切割DNA产生怎样的结果?什么是黏性末端?,限制酶所识别的序列,可以找到一条中轴线,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的,在识别序列_切割,产生黏性末端;在识别序列_切割,产生平末端。,中轴线两侧,中轴线处,被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的脱氧核苷酸,它们之
5、间正好互补配对,这样的切口叫黏性末端。,相邻脱氧核苷酸之间由_和_所形成的磷酸二酯键,磷酸,脱氧核糖,EcoR,黏性末端,黏性末端,Sma,平末端平末端,要想获得某个特定性状的基因,必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性(平)末端?把两种来源不同的DNA用同种限制酶切割,会有怎样的结果?不同的限制酶切割产生的黏性末端,一定不同吗?将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子,需要什么工具?DNA连接酶的作用是什么?,要切两个切口,产生四个黏性(平)末端,会产生相同的黏性末端,不一定,DNA连接酶可将_之间的缝隙“缝合”起来,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_。,双链DNA片段,磷酸二酯键,互
6、补的黏性末端之间的碱基对间的氢键的恢复,与酶有关吗?DNA连接酶对所连接的DNA片段的碱基序列有严格要求吗?DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗?根据来源,把DNA连接酶分为几类?,Ecoli DNA连接酶,T4DNA连接酶,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复磷酸二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率低),迄今为止,所发现的DNA连接酶都不具备连接单链DNA的能力,无关,没有,蛋白质,蛋白质,双链DNA片段,将单个脱氧核苷酸合成互补子链,不需要,需要,构建基因表达载体,PCR技术需要耐高温的DNA聚合酶,即Taq酶,连接滞后链上的冈崎片段,将游离脱氧核苷酸连接到引物,形成互补子链,DN
7、A连接酶和DNA聚合酶有何区别?,能否把目的基因直接导入受体细胞?需要什么工具?载体的作用是什么?载体的化学本质是什么?天然的DNA分子可以直接用做基因工程的载体吗?载体需要具备什么条件?,作为运载工具,将外源基因转移到受体细胞中去;使外源基因能在受体细胞内稳定保存、复制和表达。,本质是能够自我复制的DNA分子,对受体细胞_;能在受体细胞中_并稳定保存;具有_的切点,供外源基因插入;具有_,供重组DNA的鉴定和筛选。,无害,复制,一种至多种限制酶,标记基因,基因工程使用的载体有哪些?什么是质粒?质粒存在于哪些生物的细胞中?携带外源基因的质粒进入受体细胞,有几种复制方式?质粒DNA分子上有哪些标
8、记基因?,质粒;动植物病毒;噬菌体的衍生物,细菌拟核DNA之外,能够进行自主复制的小型双链环状DNA分子,细菌和酵母菌,能在受体细胞进行自我复制;或整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制。,四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等,不经改造的普通噬菌体,能否用做基因工程的载体?,普通的噬菌体进入细菌细胞,会导致受体菌裂解死亡,1.2 基因工程的基本操作程序,基因工程的基本操作程序,包括哪几个步骤?,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;目的基因的检测和鉴定。,什么是目的基因?,从供体细胞转移到受体细胞的基因。主要指的是编码蛋白质的结构基因,也可以是一些具有调控作用的
9、基因。,获取目的基因的常用方法有哪些?,从基因文库中获取目的基因;利用PCR技术扩增目的基因;通过DNA合成仪,用化学方法人工合成。,什么是基因文库?基因文库有几种类型?,将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,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:,部分基因文库:,只包含了一种生物的部分基因,如:cDNA文库,受体菌群含有一种生物的全部基因,某种生物的基因组文库有几个?cDNA文库呢?基因文库的构建方法是什么?,一种生物的基因组文库只有一个,而cDNA文库可以有多个,提取某种生物的全部DNA,限制酶切割,一定大小的DNA片段,与载体连接,导
10、入受体菌中储存,基因组文库,某种生物的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,逆转录酶,编码区,非编码区,非编码区,DNA聚合酶,剪接有关的酶,RNA聚合酶,mRNA前体,mRNA,单链DNA,cDNA,逆转录酶,转录,剪接,逆转录,复制,启动子,终止子,基因,真核细胞的cDNA的获取,不含非编码序列,即不含启动子、终止子和内含子,构建基因文库,需要哪些操作工具?从基因文库中提取目的基因时,还需要用上述工具吗?怎样从基因文库中得到所需要的目的基因?得到目的基因之后,怎样在短时间内大量扩增目的基因?什么是PCR技术?,限制酶、DNA连接酶、载体,不
11、需要,根据目的基因的有关信息,如基因的功能、转录产物等进行筛选,PCR技术,PCR全称为_,是一项在生物_复制_的核酸合成技术。,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,PCR技术的理论基础(原理)是什么?进行PCR时,怎样使DNA双链解开?,体外模拟细胞内的DNA复制,利用DNA的热变性原理,在80-100的温度范围内,DNA的双螺旋结构解体,双链分开,高温解决了打开双链的问题,但怎样解决DNA聚合酶失活的问题?DNA聚合酶的作用有何特点?引物是怎样合成的?起什么作用?复制含目的基因的双链DNA片段需要几种引物?,需要一种耐高温的DNA聚合酶,即Taq酶(70-75),不能从头合成DNA,只能
12、从DNA的3端开始延伸DNA链。因此,DNA复制需要引物。,根据一段已知_序列合成引物,引物的作用是为DNA聚合酶提供3端。,目的基因的核苷酸,两种,DNA模板:DNA聚合酶:两种引物:原料:,要扩增的含目的基因的DNA片段,热稳定DNA聚合酶(Taq酶),为DNA聚合酶提供3端,4种脱氧核苷酸(dNTP),DNA子链的延伸方向是什么?总结PCR技术需要哪些条件?,DNA的合成方向,总是从子链的_向_延伸。,3端,5端,上述物质应加入缓冲液中,调节PH,保持Taq酶的活性,同时通过控制缓冲液的温度,使DNA复制在体系中反复进行。,双链DNA模板在高温作用下,_断裂,形成_,降温,_与DNA单链
13、互补序列结合,形成局部_,在_酶的作用下,合成与模板互补的_。,变性(90-95):,复性(退火55-60):,延伸(70-75):,氢键,单链DNA,双链,DNA子链,引物,Taq,PCR技术的基本过程是什么?,5,引物 1,5,引物 2,5,5,含目的基因的DNA片段,第三轮复制完成后,得到_个等长的目标片段,同时得到_个含目标片段的不等长的DNA片段。,2,6,由图可知,DNA聚合酶只能特异性地复制处于两个引物之间的DNA序列,使这段固定长度的序列呈指数增长,一个DNA分子进行PCR扩增,循环4次,理论上至少需要几个引物?循环n次呢?,一条DNA复制n次,DNA总数为_个,含有两条母链的
14、子代DNA有_个;新合成的子链共有_条;只含引物的子代DNA有_个;只含引物的子代DNA有_个;含有双引物的子代DNA有_个;含有引物的子代DNA有_个;,2n,2,1,1,2n-2,2n-1,(2n-1)2,(2n-1)2,PCR技术与细胞内的DNA复制有何区别?,解旋酶催化,DNA在高温下变性解旋,细胞外(PCR扩增仪中),合成DNA分子,细胞内温和条件,DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶,细胞内(主要在细胞核内),不同阶段所需温度不同,耐热的DNA聚合酶(Taq酶),合成DNA片段或基因,如果基因比较短小,核苷酸序列又已知,则可以用何种方法获得目的基因?能否把目的基因单独导入受体细
15、胞?基因工程技术的核心是什么?构建基因表达载体的目的是什么?基因表达载体的组件有哪些?,通过DNA合成仪,用化学方法人工合成,无需模板,不能,必需以基因表达载体的方式携带进去,构建基因表达载体,使目的基因在受体细胞内稳定保存、复制和表达,复制原点;启动子;终止子;目的基因;标记基因,基因表达载体的各个元件,有何功能?,(1)启动子:位于基因的_,它是_识别和结合的部位,驱动基因_。(2)终止子:位于基因的尾端,终止_。(3)标记基因:_是否含有目的基因,并将含目的基因的细胞筛选出来。(4)目的基因:目的基因必须插入表达载体的_和_之间。,mRNA的转录,鉴别受体细胞,RNA聚合酶,首端,转录出
16、mRNA,启动子,终止子,区分启动子、终止子和起始密码子、终止密码子?基因表达载体为什么要有启动子?,使用受体生物自身基因的启动子才有利于目的基因的表达;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无法转录;启动子能控制目的基因在特定的时间和空间表达,例如只在转基因动物的乳腺细胞中表达。,启动子和终止子均为结构基因_区的DNA序列,且长度远不止3个碱基,都与基因的_过程相关联。起始密码子和终止密码子均位于_分子中,都只含_碱基,都与_过程相关联。,非编码,转录,3个,翻译,mRNA,怎样使某种药物蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达?不同生物的DNA能够拼接重组的原因是
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