基因工程的原理.ppt

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1、第一章基因工程和蛋白质工程,第一节 基因工程的原理,思考：蓝色妖姬如何培育的？,“蓝色妖姬”最早来自荷兰是一种加工花卉。它是用一种对人体无害的染色剂和助染剂调合成着色剂，等白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。据花卉专家介绍，目前世界上极少有自然生长的蓝色玫瑰花，现在市场上出售的“蓝色妖姬”都是人工染色后的产物。比较正规的“蓝色妖姬”是在花卉的成长期开始染色，颜色能均匀地附着在花瓣上，看上去比较自然；部分商贩直接将普通的白玫瑰花采摘后染成蓝色，颜色不自然，也容易掉色。2008年11月1日闭幕的东京国际花卉博览会上，全球首批真正的蓝玫瑰首次在公众面

2、前亮相。这种蓝玫瑰是转基因玫瑰，被植入三色紫罗兰所含一种能刺激蓝色素产生的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。,基因工程培育蓝色玫瑰的简要过程：,普通玫瑰(无蓝色),蓝色基因,与运载体DNA拼接导入,普通玫瑰细胞(含蓝色基因),蓝色玫瑰(有蓝色),上述培育蓝色玫瑰的关键步骤是什么？,三色紫罗兰,提取,基因工程培育蓝色玫瑰的关键步骤：,关键步骤一：,从三色紫罗兰中提取蓝色基因,关键步骤二：,蓝色基因与运载体DNA连接,关键步骤三：,蓝色基因导入受体(普通玫瑰)细胞,解决培育蓝色玫瑰的关键步骤需要哪些工具？,关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：,基因的剪刀限制酶基因的针线DNA连接酶基因

3、的运载工具运载体,1.基因工程又叫什么？2.基因工程的工具有哪些？3.“分子手术刀”是什么？作用是什么？断开的化学键是什么？4.“分子缝合针”是什么？作用是什么？缝合的化学键是什么？链接的是什么？5.“分子运输车”是什么？作用是什么？需要什么条件？常用的载体有哪些？,我展示 我精彩,基因工程,按照人们的意愿，将一种生物的基因在体外_，并与特殊的运载工具进行_，然后转入另一种生物的体内进行扩增，并使之表达产生所需蛋白质的技术。,剪切,重新组合,DNA 重组技术的基本工具,“分子手术刀”限制酶,“分子缝合针”DNA连接酶,“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,一、基因工程所需的工具,识别双链DNA

4、 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。能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。,4000种。,形成两种末端,(一)、“分子手术刀”限制性核酸内切酶,限制性内切酶作用过程,DNA连接酶,1.连接酶的作用：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。,问题,用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？,2.连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。,DNA连接酶的作用过程,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在

5、G和A之间切开。,限制酶,什么叫黏性末端？,限制酶,什么叫黏性末端？,什么叫黏性末端？,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。,什么叫平末端？,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。,(二)、“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：2、作用部位：,两类,磷酸二酯键,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,DNA连接酶的作用过程,返回,限制酶切割的是哪个部位的键?,T,磷酸二酯键,A,DNA连接酶与DN

6、A聚合酶是一回事吗？为什么？答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为Ecoli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？,（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二

7、酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。,(三)、基因进入受体细胞的运载体“分子运输车”,（1）运载体的作用,作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。（随载体的复制而复制）,（2）作为运载体必须具备的条件,能够在宿主细胞中自我复制并稳定地保存。具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有

8、某些标记基因，便于进行筛选。必需是安全的，不会对受体 细胞有害。大小应适合，便于提取和操作,（3）常用的运载体,基因进入受体细胞的运载体“分子运输车”,细菌细胞质的质粒噬菌体的衍生物动植物病毒,注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的。,基因进入受体细胞的运载体“分子运输车”,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。,质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并且具有自我复制能力的双链环状DNA分子。,质粒是基因工程最常用的运载体。,“分子运输车”基因进入受体细胞的载体

9、：,二、基因工程,概念：按照人们的意愿，将一种生物的基因在体外剪切，并与特殊的运载工具进行重新组合，然后转入另一种生物的体内进行扩增，并使之表达产生所需蛋白质的技术。意义：能够打破生物种属的界限，在分子水平上定向改造生物的遗传特性。,二、基因工程的操作程序,目的基因的获得 重组载体的构建 重组载体的转化和筛选 目的基因的表达和鉴定,获取目的基因的方法,直接分离法 鸟枪法,用限制酶将完整的DNA随机切成许多片段，然后用某种检测方法挑选出所需要的基因。如用“核酸探针法”，核酸探针是用放射性同位素标记的DNA单链，具有非常特异的脱氧核苷酸序列，能与DNA互补链结合。,人工合成法反转录法和化学合成法反

10、转录法：mRNA单链DNA双链DNA（目的基因）化学合成法：氨基酸序列基因序列合成目的基因,返回,运载工具载体(质粒),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DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,提取质粒并用限制酶切割,用连接酶将目的基因和质粒连接,重组载体的构建,目的基因与质粒的连接,返回,重组载体的转化和筛选,转化方法：基因枪法、显微注射法和花粉管通道法。受体是动物细胞时最常用的是显微注射法，是植物细胞时常用基因枪法。筛选：利用载体上的标记基因，借助选择培养基进行筛选。,将目的基因导入受体细胞

11、,返回,目的基因的表达和鉴定,基因工程成功的标志：目的基因表达，进而产生相应的性状。鉴定：检测转化的生物有没有显示出目的基因控制的性状。,例：用转基因棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明目的基因未表达；如虫吃后中毒死亡，则说明目的基因表达。,返回,课本知识回顾,基因工程又叫做 或。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加 以，然后放到另一种生物的细胞里，改造生物的遗传性状。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,修饰改造,定向地,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”,限制酶,DNA连接酶,基因进入受体细胞的载体,限制性核酸内切酶,

12、主要是从 的一种酶。识别双链DNA 分子的某种，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。形成两种末端,原核生物中分离纯化出来,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,粘性末端,平末端,二、“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：2、作用部位：,两类,Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,磷酸二酯键,基因进入受体细胞的载体,通常有三种:在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在 基础上进行过 的,质粒,噬菌体衍生物,动植物病毒,天然质粒,人工改造,1.如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是()A切断a处的酶为限制性核酸内切酶B连接a处的酶为DNA连接

13、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,课堂反馈,D,2下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是A用同种限制性核酸内切酶切割载体与目的基 因可获得相同的黏性末端B以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同C检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功D用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接,A,3下列一般不作为基因工程中的标记基因的是()A四环素抗性基因B绿色荧光蛋白基因C产物具有颜色反应的基因D贮藏蛋白的基因,D,4质粒作为“分子运输车”的条件是()能够自我复制双链环状DNA分子有多个限制性核酸内切酶切割位点有标记基因

14、真核细胞中没有A BC D,B,5下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是()A需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶B必须在细胞内进行C抗生素抗性基因可作为标记基因D启动子位于目的基因的首端,B,6下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是(),A重组质粒构建过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶B图中愈伤组织分化产生的再生植株基因型一般都相同C卡那霉素抗性基因中含有相关限制性核酸内切酶的识别位点D转基因抗虫棉有性生殖的后代不能稳定保持抗虫性状,D,7哪项不是基因表达载体的组成部分()A启动子 B终止密码 C标记基因 D目的基因8、下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法()A基

15、因枪法 B显微注射法C农杆菌转化法 D花粉管通道法9基因工程中常用的受体细胞不包括()A人体细胞 B动物细胞 C植物细胞 D微生物细胞,D,B,A,10基因工程的正确操作步骤是()构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求取目的基因A B C D,C,11人体受病毒刺激后，可以产生干扰素，干扰素分为三类，1980年，生物学家成功破译了干扰素的全部遗传信息，并运用插入质粒的方法，用大肠杆菌生产得到干扰素可以用于治疗肝炎和肿瘤，回答下列问题：(1)上述材料中涉及的现代生物技术有(2)在利用大肠杆菌生产干扰过程中，目的基因是_，所用载体是。表达载体的结构组成包括、

16、。(3)目的基因在大肠杆菌中表达时，必须经过_-和过程。,基因工程,合成干扰素的基因,质粒,目的基因,启动子,终止子,标记基因,转录,翻译,12、下图为DNA分子的切割和连接过程。,(1)EcoRI是一种 酶，其识别序列是，切割位点是与之间的 键。切割结果产生的DNA片段末端形式为(2)不同来源DNA片段结合，在这里需要的酶应是连接酶，此酶的作用是在与 之间形成 键，而起“缝合”作用的。还有一种连接平 末端的连接酶是。,限制性核酸内切,GAATTC,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,黏性末端,EcoliDNA,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,T4DNA连接酶,谢谢！再见,