生物：专题1《基因工程》课件(1)(新人教版选修3)

质粒是独立于细菌拟核之外的双链 环状DNA分子，具有以下主要特点： 1、能自我复制并在受体细胞中稳定存在 2、有一个或多个限制酶切点 3、有特殊的遗传标记基因 注意：真正用作运载体的质粒都 是人工改造过的。
大肠杆菌及质粒载体结构模式图
有标记基因的存 在，将来可用含 青霉素的培养基 鉴别。
有切割位点
关于非编码序列：
原核细胞非编码序列包括编码区上游和下游的核苷酸序列， 真核细胞不但包括编码区上游和下游的核苷序列，还包括编 码区中的内含子。
关于终止子与终止密码子：
终止子位于DNA上，属于非编码区的核苷酸序列。它能够阻 碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而 使转录工作结束。终止密码子位于mRNA上，共有三种：UAA、 UAG、UGA。这三种核苷酸不能决定氨基酸。
练习
4）有关基因工程的叙述正确的是 （ D ） A、限制酶只在获得目的基因时才用
B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料
练习
5）基因工程是在DNA分子水平上进行设计施 工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱 基互补配对的步骤是 （ C ） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞
1、原核细胞的基因与真核细胞的基因相比， 主要的区别有 ①所含核苷酸的数目 ②基本组成单位 ③基本功能 ④非编码区的结构 ⑤编码 区的结构 A．①⑤ B．②③ C．④⑤ D．①③ 2、大肠杆菌和酵母菌细胞内各有一种蛋白质 都是由10个氨基酸组成，那么控制蛋白质白 质合成的基因，其组成的脱氧核苷酸数是 A．大肠杆菌的多 B．酵母菌的多 C．两者一样多 D．无法确定
上的区别
• 基因的针线——DNA连接酶
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(形成磷酸二酯键)，这样一 个重组的DNA分子就形成了。
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？ E.coliDNA连接酶：连接黏性末端 T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因 D、它是环状DNA
练习
3）有关基因工程的叙述中，错误的（ A ）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
B、 限制性内切酶用于目的基因的获得
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
练习
4）下列关于基因工程的叙述，不正确的是 （D ） A、基因工程的原理是基因重组 B、运用基因工程技术，可使生物发生定向变 异 C、一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分 子上 D、是非同源染色体上非等位基因的自由组合
这两种酶切的特点

限制酶能识别 双链DNA 分子 中的某种特定 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
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列
如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
黏性末端
平末端
黏性末端
获取目的基因的方法：
1.从基因文库中获取目的基因。
2.利用PCR技术合成DNA
PCR:聚合酶链式反应.是以DNA变性、复制的某
些特性为原理设计的. 前提条件是必须对目的基因有一定的了解，需 要设计引物。
3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）
4. 根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
1、从基因文库中获取目的基因： 基因文库: 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,称为基因 文库(gene library)。

工 具
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新的生 物类型和生物产品
什么是 表达 用什么 导入
1.1 DNA重组技术的基本工具
基因的剪刀（分子手术刀） ——限制性核酸内切酶（限制酶）
训练题
基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤： 1）目的基因的获取 2）基因表达载体的构建 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测与鉴定
步骤一：目的基因的获取
目的基因是人们所需要转移或改造的基因, 获取目的基因是实施基因工程的第一步 。 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植 物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮 藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰 素基因等。
目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的基因重组的过程。
总结：表达载体需由哪几部分组成
复制原点 启动子 目的基因 终止子 标记基因

它们的作用是？
目的基因与运载体结合
质粒 DNA分子 同一种限制酶处理 一个切口 两个黏性末端 两个切口 获得目的基因
DNA连接酶 重组DNA分子（重组质粒） 目的基因与运载体结合的结果可能三种情况： （1）目的基因与目的基因结合 （2）质粒与质粒 结合 （3）目的基因与质粒结合
D、目的基因的检测和表达
1.2 基因工程的基本操作程序
原核细胞的基因结构
(编码区上游) 编码区下游
RNA聚合 酶结合位点
转录RNA合成方向
能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白 编码区： 质的合成。 不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。 非编码区： 有调控遗传信息表达的核苷核酸序列。
真核细胞的基因结构

mRNA
DNA单链
逆转录
?
DNA单链
RNA – DNA杂交分子
使RNA降解
核酸酶H

形成氢键

RNA – DNA杂交分子 单链DNA
复制
?
单链DNA

双链DNA
4. 根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
根据已知蛋白质 的氨基酸序列，推测 出相应的信使RNA序 列，然后按照碱基互 补配对原则，推测出 它的结构基因的核苷 酸序列，再通过化学 方法，以单核苷酸为 原料合成目的基因。
蛋白质的氨基酸序列
推测
mRNA的核苷酸序列
推测
结构基因的核苷酸序列
化学合成
目的基因
步骤二：基因表达载体的构建
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一 个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产 生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口 处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重 组DNA分子（重组质粒）
编码区上游 编码区下游
RNA聚合 酶结合位点
1
2 3 4 转录RNA合成方向
5
外显子与内含子： 外显子能编码蛋白质，内含子不能。不同的 基因外显子与内含子的个数一般是不同的。
原核细胞与真核细胞基因结构的比较
原核细胞
不同 点
真核细胞
编码区是 连续的
编码区是间隔的、 不连续的
相同 都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作 点 用的非编码区组成的
区分下列DNA末端是黏性末端还是平 末端，并回答哪些能用DNA连接酶连 接起来？
（3）运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
为什么 要具备 这些条件
②具备的条件： 能在宿主细胞内复制，并稳定地保存 有多个限制酶切点，与外源基因连接。 具有某些标记基因， 便于进行筛选 对受体细胞无害
③举例：质粒（常用）、噬菌体 和动植物病毒。
基因组文库: 基因文库中包含了一种生物 所有的基因,这种基因文库叫做基因组文库. 部分基因文库: 基因文库中包含了一种生物 的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文 库，如cDNA文库。
基因文库的构建模式图
通过对 受体菌 的培养 而储存 基因
CDNA文库 文库大小 启动子 内含子 基因多少 物种间的 基因交流 小 无 无 某生物部 分基因 可以
专题1 基因工程
基因工程又叫做基因拼接技 术或DNA重组技术。 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 的新的生物类型和生物产品。
对基因工程概念的分析：
为什么要加工
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
练习
1）以下说法正确的是 （C ）
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、基因控制的性状都能在后代表现出来
练习
2）不属于质粒被选为基因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ载体的理由是 A、能复制 （ D ）
3.将目的基因导入微生物细胞
大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:
首先用Ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的 通透性,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分 子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞. 第二步是将重组表达载体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.
第二步目的基因在受体细胞内，随其繁殖而 复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时 间内就能获得大量的目的基因。
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁 殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。
高温 DNA 聚合酶 （Taq 酶）， 酶 四种脱氧核苷酸 原料
（4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从 90oC- 50oC- 75oC，目的基因的量不断增加 反应体系中经历：变性——退火——合成——重复 。 结果：目的基因的量成指数形式扩增（2n)
3、由mRNA反转录形成cDNA（反转录法）
到哪里去寻找这种酶
基因的针线（分子缝合针） ——DNA连接酶 基因的运输工具（分子运输车） ——运载体
（1）限制酶
①分布：主要在原核生物中。
与我们学过的 DNA酶相同吗？ 作用是什么
②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。
切断的是什么键
识别序列的特点 两者的区别
③结果：产生黏性未端和平末端 ④举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶
步骤三：目的基因导入受体细胞
• 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。 • 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
1.将目的基因导入植物细胞
农杆菌转化法
2.将目的基因导入动物细胞
显微注射法
• 什么叫显微注射技术？
用口径为1μm的DNA 注射器，将大量的目的基 因片段直接注入到受精卵 的核内，然后把经过注射 的受精卵移植到另一只雌 性动物的子宫内，使受精 卵发育为转基因动物。
基因组文库 大 有 有 某生物全 部基因 部分基 因可以
2.利用PCR技术合成DNA
（1）以DNA 片段作模板，在 90℃ 高温下，分开成 为单链DNA。
高温的作用是？
（2）以DNA 小段寡聚核苷酸做引物，在 50℃ 的温度 下，找到可以配对的正链和负链，形成互补结合。 （3）在 70℃ 高温下，合成一条与模板 DNA 单链（正 链或负链）互补结合的DNA新链。
EcoRI
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？ 被限制酶沿识别序列的中轴线切开的 DNA两条单链的切口叫平末端。
• 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？可产生几个黏性末端？ 要切两个切口，产生四个黏性末端。 • 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来 切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两 者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重 组的DNA分子了。
G AA T T C
G AA T T C C T T AA G
C T T AA G
同种限制酶 切割
G AA T T C G G AA T T C G C T T AA C T T AA
基因的针线： DNA连接酶
GA A T T C
C T T A AG
（2）DNA连接酶
与DNA聚合酶 相同吗
①连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键： 磷酸二酯键（梯子的扶手） ②结果：将两个相同的未端的连接。 ③分类：E· coli DNA连接酶 二者在性质 T4 DNA连接酶