1、高三一轮复习：基因工程正式幻灯片PPT 本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！基础梳理 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 1.基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过_和_，赋予生物以_的遗传特性，创造出符
2、合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在_上进行设计和施工的，又叫做_。DNA重组技术 体外DNA重组转基因技术新DNA分子水平归纳整合归纳整合 一、基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的基因产物人类需要的基因产物2.基因工程的基本工具(1)“分子手术刀”_来源：主要是从_中分离纯化出来的。功能：能够识别双链DNA分子的某种_的核苷酸序列，并且使每一条链中_部位的两个核苷酸之
3、间的_断开，因此具有_性。结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：_和_。专一 限制性核酸内切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯键黏性末端平末端(2)“分子缝合针”_两种DNA连接酶（大肠杆菌DNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：a.相同点：都缝合_键。b.区别：大肠杆菌DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的_之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合_。与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将_加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接_的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶 磷酸二酯黏性末端两种末端单个核苷酸两个DNA片段(3)“分子运输车
4、”_运载体具备的条件a.能在受体细胞中复制并稳定保存。b.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。c.具有标记基因，供重组DNA的鉴定。最常用的运载体是_,它是一种裸露的、结构简单的、独立于_核区DNA之外，并具有_的双链_DNA分子。其他运载体：_、_。动植物病毒载体质粒细菌自我复制能力环状噬菌体运载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到运载体上去。运载体DNA必须具备自我复制能力，或可以整合到受体染色体DNA上随受体染色体DNA的复制而同步复制。运载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进行重组分子的筛选。运载体考点一基因工程的基本工具一、与DNA分子相关的酶
5、 种类种类项目项目限制酶限制酶DNADNA连连接酶接酶DNADNA聚合聚合酶酶解旋酶解旋酶作用底作用底物物DNADNA分分子子DNADNA分分子片段子片段脱氧核脱氧核苷酸苷酸DNADNA分子分子作用部作用部位位磷酸二磷酸二酯键酯键磷酸二磷酸二酯键酯键磷酸二磷酸二酯键酯键碱基对间的碱基对间的氢键氢键作用结作用结果果形成黏形成黏性末端性末端或平末或平末端端形成重形成重组组DNA分子分子形成新形成新的的DNA分子分子形成单链形成单链DNA分子分子解旋酶：该酶能在DNA复制或转录时破坏DNA碱基对间的氢键，从而将双螺旋打开。DNA水解酶：该酶能催化DNA水解。RNA聚合酶：该酶能在转录时将单个的核糖核
6、苷酸连接成RNA单链。限制酶：该酶的作用是识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。区分以下几种酶注：用限制酶切割DNA分子时，被破坏的是DNA链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键）。黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。DNA连接酶跟踪训练跟踪训练（2008 年全国卷）已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从
7、理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（）A.3 B.4 C.9 D.12C 解析：从这三个切点进行酶切，可得到片段种类有四种（即a、b、c、d四种）；从其中二个切点进行酶切，可得到不同于前面的片段种类有三种（即a+b、b+c、c+d三种）；只有一个切点时，得到不同于前面的片段种类有二种（即a+b+c、b+c+d二种）。故最多能产生片段种类数为4+3+2=9种。考点二基因工程基本操作程序分析一、目的基因的获取途径1从基因组文库中获取。2人工合成目的基因常用的方法有：(1)已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。(2)以
8、RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。3PCR技术扩增目的基因(3)PCR技术扩增目的基因原理：_。过程第一步：变性：_；第二步：复性：引物结合到互补DNA链；第三步：延伸：在热稳定DNA聚合酶作用下，从引物起始合成互补链。2.基因表达运载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中_，并且可以_，使目的基因能够_。(2)组成：_DNA解链 DNA复制标记基因 稳定存在遗传至下一代表达和发挥作用目的基因启动子终止子PCR技术技术DNA复制复制相相同同点点原理原理DNA双链复制双链复制(碱基互补配对碱基互补配对)原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATP、酶等、酶
9、等不不同同点点解旋解旋方式方式DNA在高温下变性在高温下变性解旋解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定的热稳定的DNA聚合聚合酶酶(Taq酶酶)细胞内含有的细胞内含有的DNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大在短时间内形成大量的量的DNA片段片段形成整个形成整个DNA分分子子基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基础梳理基础梳理基因工程的基本操作程序包括：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞及目的基因的表达与检测等四个步骤。1.目的基因的获取(1)目的基因：_。(2)原核基因采取_获得，真核基因通过_获得。人工合
10、成目的基因的常用方法有_和_。编码蛋白质的结构基因直接分离人工合成反转录法化学合成法启动子：是一段有特殊结构的_，位于基因的_，是_识别和结合的部位，能驱动基因转录出_，最终获得所需的_。终止子：也是一段有特殊结构的_，位于基因的_。标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是_。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白质DNA片段尾端抗生素抗性基因三、将目的基因导入受体细胞生物生物种类种类植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞微生物细胞微生物细胞常用常用方法方法农杆菌转化农杆菌转化法法显微注射技显微注射技术术感受态细胞感受态细胞法法受体受体
11、细胞细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化转化过程过程将目的基因将目的基因插入插入TiTi质粒质粒的的TDNATDNA上上农杆菌农杆菌导导入植物细胞入植物细胞整合到受整合到受体细胞的体细胞的DNADNA表达表达将含有目的将含有目的基因的表达基因的表达载体提纯载体提纯取卵取卵(受精受精卵卵)显微注显微注射射受精卵受精卵发育发育获得获得具有新性状具有新性状的动物的动物CaCa2 2处理细处理细胞胞感受态感受态细胞细胞重组重组表达载体与表达载体与感受态细胞感受态细胞混合混合感受感受态细胞吸收态细胞吸收DNADNA分子分子3.将目的基因导入受体细胞(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受
12、体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)常用的转化方法将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是_，其次还有_和_等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是_。此方法的受体细胞多是_。将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是_，最常用的原核细胞是_。其转化方法是：先用_处理细胞，使其成为_，再将重组表达运载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术受精卵繁殖快、多为单细胞大肠杆菌Ca2+感受态细胞4.目的基因的检测与鉴定(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法
13、是采用_。(2)其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用_。(3)最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行_。(4)有时还需进行_的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。个体生物学水平DNA分子杂交技术用标记的目的基因作探针与mRNA杂交抗原抗体杂交植物转基因过程原生质体DNA分子杂交技术DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记DNA探针杂交放射自显影带有DNA片段的凝胶凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段的膜探针必须经过标记，以便示踪和检测。使用最普遍的探针标记物是同位素,但由于同位素的安全性，近年
14、来发展了许多非同位素标记探针的方法。归纳整合归纳整合 一、外显子与内含子一般来说，真核生物的结构基因都是由外显子和内含子组成原核细胞的基因原核细胞的基因真核细胞的基因真核细胞的基因不同点不同点编码区连续；结构简单编码区连续；结构简单编码区有间隔，不连编码区有间隔，不连续；结构复杂续；结构复杂相同点相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNARNA聚合酶结合的位点聚合酶结合的位点 二、原核细胞与真核细胞的基因结构的比较基因工程的应用基因工程的应用 基础梳理基础梳理1.植物基
15、因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的_。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产_。3.基因治疗：_导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。把正常的外源基因品质药物归纳整合一、基因诊断与基因治疗1.基因诊断(1)原理：DNA分子杂交。(2)过程：制备用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA（患者DNA）分子作探针；将待测DNA制成单链；让两者进行杂交，若两者能进行互补配对，则说明患有此病，否则不患此病。2.基因治疗(1)原理：把正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。病人细胞中既有缺陷基因，也有正常基因。二、植物基因工
16、程与动物基因工程的成果外源基因类型及举例外源基因类型及举例成果举例成果举例抗虫转基抗虫转基因植物因植物抗虫基因：抗虫基因：BtBt毒蛋白基毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗虫玉米抗病转基抗病转基因植物因植物抗病毒基因：病毒外壳抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制蛋白基因、病毒的复制酶基因抗真菌基因：几酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因丁质酶基因抗病毒烟草、抗病毒抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗病毒甜椒抗逆转基抗逆转基因植物因植物抗逆基因：渗透压调节抗逆基因：渗透压调
17、节基因、抗冻蛋白基因、基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米草剂的大豆和玉米外源基因类型及举例外源基因类型及举例成果举例成果举例改良品质的改良品质的转基因植物转基因植物优良性状基因：提高必优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代熟的基因、与花青素代谢有关的基因谢有关的基因高赖氨酸玉米、高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新耐储存番茄、新花色矮牵牛花色矮牵牛提高生长速提高生长速度的转基因度的转基因动物动物外源生长激素基因外源生长激素基
18、因转基因绵羊、转转基因绵羊、转基因鲤鱼基因鲤鱼改善畜产品改善畜产品品质的转基品质的转基因动物因动物肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较乳汁中含乳糖较少的转基因少的转基因外源基因类型及举例外源基因类型及举例成果举例成果举例生产药物的生产药物的转基因转基因动物药用蛋白基因动物药用蛋白基因+乳腺乳腺蛋白基因的启动子等调蛋白基因的启动子等调控组件控组件转基因动物具有转基因动物具有乳腺生物反应器乳腺生物反应器作器官转移作器官转移植供体的转植供体的转基因动物基因动物将外源的抗原决定基因将外源的抗原决定基因表达的调节因子导入到表达的调节因子导入到器官供体基因组或除去器官供体基因组或除去供体的抗原决定基因供
19、体的抗原决定基因无免疫排斥反应无免疫排斥反应的转基因猪的转基因猪 跟踪训练跟踪训练（2009 年安徽卷）2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是（）A.追踪目的基因在细胞内的复制过程B.追踪目的基因插入到染色体上的位置C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构C基础梳理基础梳理蛋白质工程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_或_，对现有蛋白质进
20、行_，或制造一种_，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产_的蛋白质）蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起 自然界已存在 基因修饰基因合成改造新的蛋白质归纳整合归纳整合一、蛋白质工程1.蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质基本结构进行分子设计。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质结构进行设计改造，还必须从基因入手。3.蛋白质工程的流程图预期功能蛋白质三维结构氨基酸序列（多肽链）基因具有预期功能的蛋白质跟踪训练跟踪训练科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰
21、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热点聚焦热点聚焦 基因工程的应用基因工程的应用 （2009 2009 年江苏卷）苏云金杆菌年江苏卷）苏云金杆菌(Bt)(Bt)能产生能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转BtBt毒素蛋白基因植毒素蛋白基因植物的培育过程示意图物的培育过程示意图(amp(ampr r为抗氨苄青霉素基因为抗氨苄青霉素基因)，据图，据图回答下列问题。回答下列问题。(1)将图中的DNA用Hind、BamH 完全酶切后，反应管中有
22、_种DNA片段。(2)图中表示Hind 与BamH酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得_种重组质粒；如果换用Bst 与BamH 酶切，目的基因与质粒连接后可获得_种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_。(4)图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的T-DNA导人植物细胞，并防止植物细胞中_对T-DNA的降解。412复制DNA水解酶(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基因频率的增长速率。表面无相应的特异性受体抗性获取目的基因2.目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）
