基因工程的基本工具和基本操作程序ppt
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生物1.2《基因工程的基本操作程序》课件1(新人教版选)
基因工程的基本概念
第二章
基因工程的定义
基因工程的概念 基因工程的基本原理 基因工程的基本操作程序 基因工程的应用前景
基因工程的研究对象
基因：DNA分子中的特定功能区段
基因组：一个生物体内所有基因的总和
基因工程：以基因组为研究对象，通过人工设计和构建基因，实现基因 的重组、编辑和表达等操作 基因工程技术：利用基因工程技术，可以研究基因的结构和功能，开发 新的生物技术，应用于医学、农业、工业等领域
在农业领域的应用
抗虫抗病：通过基因工程培育抗虫抗病农作物，提高产量和品质 转基因技术：利用转基因技术将有益基因导入农作物，提高产量和抗逆性 生物肥料：利用基因工程生产生物肥料，提高土壤肥力和减少环境污染 农业生物技术：通过基因工程和农业生物技术，提高农业生产效率和可持续性
在工业领域的应用
生物制药：利用基因工程技术生产药物，如胰岛素、生长激素等 生物化工：利用基因工程技术生产化学品，如生物塑料、生物燃料等 生物冶金：利用基因工程技术从矿石中提取金属，如铜、锌等 生物环保：利用基因工程技术处理废水、废气等污染物，保护环境
在环境保护领域的应用
基因工程在环境保护中的应用：利用基因 工程技术对污染物进行降解和转化，减少 环境污染
基因工程在污水处理中的应用：通过基因 工程技术提高微生物的降解能力，提高污 水处理效率
基因工程在环境监测中的应用：利用基因 工程技术开发出快速、准确的检测方法， 对环境中的污染物进行监测
基因工程在生态修复中的应用：通过基 因工程技术培育出具有特定功能的微生 物或植物，用于修复受损的生态环境
04
将重组DNA导入受体细胞：将重组DNA导入 受体细胞，如细菌、酵母、动物细胞等
06
目的基因的表达与检测：对目的基因进行表 达，并通过特定的检测方法进行检测
时基因工程的基本工具和基本操作程序新人教版PPT课件
是否需模板
不需要
需要
连接DNA 链
作用过程
作用结果
双链
单链
将单个核苷酸加到已 在两个DNA片段之 存在的核酸片段的3′
间形成磷酸二酯键 端的羟基上,形成磷酸 二酯键
将两个 DNA片段 连接成重组 DNA
分子
合成新的DNA分子
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)类型最常用载体:质粒 其他载体:λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等
DNA复制
相 原理 同 原料 点 条件
DNA复制(碱基互补配对) 四种游离的脱氧核苷酸 模板、ATP、酶、原料、引物
解旋 方式
DNA在高温下变性解旋
解旋酶催化
不 同
场所
体外复制(PCR扩增仪)
主要在细胞核内
点 酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq酶) 细胞内含有的DNA聚合酶
结果
在短时间内形成大量的DNA 片段
第十单元 现代生物科技专题
第41课时 基因工程的基本工具和基 本操作程序
高频考点突破
考点一 基因工程的概念理解和理论基础 1.基因工程的概念理解
(1)操作环境：体外——关键步骤“表达载体的构 建”的环境。
(2)优点 ①与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。 ②与诱变育种相比：定向改造生物性状。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理:基因重组。 (5)本质:甲(供体提供目的基因) 乙(受体表达 目的基因),即基因未变、合成蛋白质未变,只是合 成场所的转移。
将含有目的基因的表达载体提纯→ 取卵→获得受精卵→显微注射→早 期胚胎培养→胚胎移植→发育成为 具有新性状的动物
用Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组 表达载体DNA分子与感受态细胞混合 →感受态细胞吸收
基因工程的基本操作程序 课件
人工合成
过程
优 点
缺点
操作简 单
专一性强
可在短时 间内大量 扩增目的
基因
专一性强， 可产生自 然界中不 存在的新
基因
工作量 大、盲 目性大、 专一性
差
操作过程 较麻烦， 技术要求
过高
需要严格 控制温度、 技术要求
高
适用范围 小
2．RCR反应的过程
3．PCR技术与生物体内DNA复制的比较
比较项目
据图回答： (1)获得 A 有两条途径：一是以 A 的 mRNA 为模板， 在________酶的催化下，合成互补的单链 DNA，然后 在________的作用下合成双链 DNA，从而获得所需基 因；二是根据目标蛋白质的________序列，推测出相应 的 mRNA 序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其 DNA 的________序列，再通过化学方法合成所需基因。
基因工程的基本操作程序
一、基因工程的基本操作程序 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 检测与义 ： 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的基因。
1．(全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质 酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体 内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：
(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的 mRNA ， 常 选 用 嫩 叶 而 不 选 用 老 叶 作 为 实 验 材 料 ， 原 因 是 ________________。提取 RNA 时，提取液中需添加 RNA 酶抑 制剂，其目的是________________。
选修三基因工程的基本操作工具ppt
棉花细胞(含毒蛋白基因) 棉花植株(有抗虫特性)
1、基因工程培育抗虫棉的关键步骤是什么？ 2、解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一： 抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来
关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制酶
关键步骤二： 抗虫基因与运载体DNA连接
关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶
质粒是基因 工程常用的载体， 是独立于染色体 之外、能自主复 制的小型环状DNA 分子，对宿主细 胞没有影响，主 要存在于细菌和 酵母菌体内。其 中最常用的是大 肠杆菌质粒。
在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都 人工改造 的 天然质粒 基础上进行过___________ 是在 __________
练习答案
2和7能连接形成…ACGT… …TGCA…； 4和8能连接形成…GAATTC… …CTTAAG…； 3和6能连接形成…GCGC… …CGCG…； 1和5能连接形成…CTGCAG… …GACGTC…。
DNA 重组技术的基本工具
限制酶 “分子手术刀” ── “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
2、作用部位：
磷酸二酯键
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶
1、种类：
E· coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
2、作用部位：磷酸二酯键
DNA连接酶的作用过程
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思考
1、限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性 末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时， 所用DNA连接酶是否可以不加选择？
分类
E.coli DNA连接酶
转入了鱼抗冻 基因的番茄
转入了海蜇绿色荧光蛋白 基因的荧光鼠
胰岛素的大规模生产
基因工程的基本操作程序课件
取
从通过反转录法形成 的 cDNA 中获取优 操作简单点
专一性强
缺 工作量大,盲目性 点 大,专一性差
操作过程较复杂,技术 要求过高
人工合成
化学合成法 反转录法
专一性强, 可产生自然 界中不存在 的新基因
适用范围小
专一性强
操作过程 复 杂,mRNA 生存时间 短,技术要 求高
3.基因表达载体的组成(见右图)
(2)利用 PCR 技术扩增目的基因。 ①PCR 的含义:是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。 ②目的:获取大量的目的基因。 ③原理:DNA 双链复制。 ④过程:第一步,加热至 90~95 ℃,DNA 解链; 第二步,冷却到 55~60 ℃,引物结合到互补 DNA 链; 第三步,加热至 70~75 ℃,Taq 酶从引物起始进行互补链的合成。 如此重复循环多次。 ⑤特点:指数形式扩增。 (3)用化学方法人工合成。 如果基因比较小,核苷酸序列又已知,也可以通过 DNA 合成仪用化学 方法直接人工合成。
特别提醒选择限制酶处理质粒和外源 DNA 时,应保证酶
切位点不在目的基因内部和启动子、终止子、标记基因(至少一个)、复制 原点内部,以避免基因表达载体必需的这些结构失去原有作用。
【例题 1】 请据图回答下列问题。
(1)基因工程的核心步骤是
。
(2)利用
技术可以获得大量的目的基因。该技术利用______的
●名师精讲●
1.目的基因导入受体细胞的方法
细胞 类型
方法
转化过程
农杆菌 转化法
目的基因插入到 Ti 质粒的 T DNA 上 →转入农杆菌→导入植物细胞→插入 到植物细胞中的染色体 DNA 上→目 的基因表达
植物 细胞
从通过反转录法形成 的 cDNA 中获取优 操作简单点
专一性强
缺 工作量大,盲目性 点 大,专一性差
操作过程较复杂,技术 要求过高
人工合成
化学合成法 反转录法
专一性强, 可产生自然 界中不存在 的新基因
适用范围小
专一性强
操作过程 复 杂,mRNA 生存时间 短,技术要 求高
3.基因表达载体的组成(见右图)
(2)利用 PCR 技术扩增目的基因。 ①PCR 的含义:是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。 ②目的:获取大量的目的基因。 ③原理:DNA 双链复制。 ④过程:第一步,加热至 90~95 ℃,DNA 解链; 第二步,冷却到 55~60 ℃,引物结合到互补 DNA 链; 第三步,加热至 70~75 ℃,Taq 酶从引物起始进行互补链的合成。 如此重复循环多次。 ⑤特点:指数形式扩增。 (3)用化学方法人工合成。 如果基因比较小,核苷酸序列又已知,也可以通过 DNA 合成仪用化学 方法直接人工合成。
特别提醒选择限制酶处理质粒和外源 DNA 时,应保证酶
切位点不在目的基因内部和启动子、终止子、标记基因(至少一个)、复制 原点内部,以避免基因表达载体必需的这些结构失去原有作用。
【例题 1】 请据图回答下列问题。
(1)基因工程的核心步骤是
。
(2)利用
技术可以获得大量的目的基因。该技术利用______的
●名师精讲●
1.目的基因导入受体细胞的方法
细胞 类型
方法
转化过程
农杆菌 转化法
目的基因插入到 Ti 质粒的 T DNA 上 →转入农杆菌→导入植物细胞→插入 到植物细胞中的染色体 DNA 上→目 的基因表达
植物 细胞
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是否需模板
不需要
需要
连接DNA链
双链
单链
作用过程 作用结果
在两个DNA片段之 间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已 存在的核酸片段的3′ 端的羟基上,形成磷酸 二酯键
将两个 DNA片段连 接成重组 DNA分子
合成新的DNA分子
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” (1)类型 最常用载体:质粒 其他载体:λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等 提醒 ①质粒本质是DNA,不是细胞器;②特点:小 型环状。 (2)功能：将目的基因导入受体细胞。 (3)应具备条件 ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制； ②有一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源 基因连接； ③有特殊的遗传标记基因,供重组DNA的检测和鉴定。
2.DNA连接酶——“分子缝合针”
常用类型 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 功能
大肠杆菌 连接黏性末端
T4噬菌体
连接黏性末端或 平末端
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间 的磷酸二酯键
拓展提升 DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA 连接酶
DNA 聚合酶
作用实质
都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二 酯键
可用于DNA的切割获取目的基因和载体的切割
(4)作用特点：特异性,即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列,
切割特定位点。
(5)切割方式
错位切：产生两个相同的黏性末端 平切：形成平末端
(6)切割部位：磷酸二酯键
提醒 ①切割的化学键为磷酸二酯键。 ②在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶, 目的是产生相同的黏性末端。 ③将一个基因从DNA分子上切割下来,产生两个切口,同时形成 四个粘性末端,切割载体产生一个切口，形成两个粘性末端。 ④不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末 端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶产生的 黏性末端不相同。
提醒 ①一般来说,天然载体往往不能满足人类的 所有要求,因此人们根据不同的目的和需要,对某 些天然的载体进行人工改造。 ②常见的标记基因有抗生素基因、产生特定颜色 的表达产物基因、发光基因等。 ③作为载体必须具有多个限制酶切点,而且每种酶 的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别 单一切点,若载体上有一个以上的酶切点,则切割 重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起 点区,则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载
别和结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。
2.基因工程的基本原理和理论基础概括如下图
提醒 若题目强调“目的基因”的表达过程,则只 包括“转录和翻译”两个过程,不包括目的基因的 复制。
考点二 基因工程的操作工具 1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)化学本质：蛋白质。
(3)作用
催化作用,所以可重复利用
f．方式：指数扩增＝2n(n为扩增循环的次数)
PCR扩增技术与DNA复制的比较
PCR技术
DNA复制
相 原理 同 原料 点 条件
DNA复制(碱基互补配对) 四种游离的脱氧核苷酸 模板、ATP、酶、原料、引物
解旋 方式
DNA在高温下变性解旋
解旋酶催化
不 同
场所
体外复制(PCR扩增仪)
主要在细胞核内
点 酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq酶) 细胞内含有的DNA聚合酶
体若只有某种限制酶的一个切点,则酶切后既能把 环打开接纳外源DNA片段,又不会丢失自己的片段。 ④注意与细胞膜上载体的区别,两者的化学本质和 作用都不相同。 ⑤质粒能自我复制,既可在自身细胞、受体细胞也 可在体外复制。
考点三 基因工程的基本操作程序 1.基因工程图解:抗虫棉的培育过因因：的指获编取码蛋白质的结构基DNA片段，导入 受体菌 的群体中储存，各个受体少
物种之间的 基因交流cDNA基因组小大
无
有
无
有
某种生物的部分基因 某种生物的全部基因
可以
部分基因可以说明基因的组建过程就包含基因工程的基本 操作步骤工作量大,具有一定的
基因工程的基本工具 和基本操作程序
安福二中 王宇清
高频考点突破
考点一 基因工程的概念理解和理论基础 1.基因工程的概念理解
(1)操作环境：体外——关键步骤“表达载体的构 建”的环境。
(2)操作水平：分子水平。 (3)原理:基因重组。 (4)优点 ①与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。 ②与诱变育种相比：定向改造生物性状。 (5)本质:甲(供体提供目的基因) 乙(受体表达 目的基因),即基因未变、合成蛋白质未变,只是合 成场所的转移。
盲目性
核苷酸
c．目的基因转的录获取依据：
(ⅰ)基因的
序列；
(ⅱ)基因的功能；
(ⅲ)基因在染色体上的位置；
(ⅳ)基因的 产物mRNA；
(ⅴ)基因的翻译产物蛋白质。
②人工合成目的基因:常用的方法有化学合成法和
反转录法。
化学合成法:蛋白质 分析 氨基酸序列 推测 RNA
碱基序列 推测 DNA碱基序列
用4种脱氧核
结果
在短时间内形成大量的DNA 片段
形成整个DNA分子
２．基因表达载体的构建——最核心步骤
（１）表达载体的功能 ①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且
遗传
一代。
②使目的基因 表达 和发挥作用。
给下
（２）基因表达载体的组成:启动子＋目的基因＋终止子
＋标记基因。
启动子：位于基因的首端，它是RNA聚合酶识
苷酸人工合成目的基因
反转录法:分离出供体细胞mRNA 逆转录酶 单链DNA
DNA聚合酶 合成目的基因
③利用PCR技术扩增目的基因 a．PCR的含义：是一项在生物体外 复制特定
DNA片段的核酸合成技术。
b．目的：获取大量的目的基因
c．原理：DNA复制 d．前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列 和根据该序列合成的 引物 e．过程：目的基因受热形成 单链DNA，与引物 结合，在 DNA聚合酶 的作用下延伸形成DNA。