高中生物选修三《专题1 基因工程》复习课件

称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答： 录法 ②化学合成法 (3)限制性核酸内切 DNA连接
(4)受精卵
动物乳汁中含此种抗体
(1)写出b过程的表达式________________________。 (2)人工合成目的基因的方法有①________；② ________。 (3)将目的基因和载体(质粒)结合的工具酶有________ 酶和________酶。 (4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应 将控制抗体合成的基因导入该种动物的________中， 导入基因成功表达的标志是________。
• (4)目的基因的检测与鉴定
类型 步骤 检测内容 方法 结果显 示
分 子 检 测
目的基因是否插入 DNA分子杂交 是否成 导入 受体细胞染色体的 技术(DNA和 功显示 检测 DNA上 出杂交 DNA之间) 带 核酸分子杂交 目的基因是否转录 技术( DNA和 同上 出mRNA 表达 mRNA之间) 检测 目的基因是否翻译 蛋白质分子杂 同上 交(抗原和抗体 出蛋白质 之间)
1. 获取目的基因和切割载体时使用同一种限 制酶，目的是产生相同的黏性末端。 2. 获取一个目的基因需限制酶切割两次，共 产生4个黏性末端或平末端。 3. 限制酶切割位点的选择必须保证标记基因 的完整性，以便于检测和筛选。学.科.网 zxxk.
• 2.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、目的基因的检测与鉴定 • (1)目的基因的获取 • ①从基因文库中获取目的基因 • 优点：有了基因文库，就可以随时从中提取 所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。
质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化
限制酶 识别序列及 切割位点
BamH Ⅰ G↓GATC C C CTAG↑G
Hind Ⅲ A↓AGCT T T TCGA↑A
EcoR Ⅰ G↓AATT C C TTAA↑G
Sma Ⅰ CCC↓ GGG GGG↑CCC
(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片 段混合，并加入________________酶。 DNA连接 (6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 ________。 (7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将 重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然 蔗糖为唯一含碳营养物质 后在________________________的培养基因培养， 以完成目的基因表达的初步检测。
①抗虫或抗病的接种实验 个体生物学水平的 ②基因工程产品与天然产品活 鉴定 性的比较
【例2】 (2009· 福建高考· T32)转基因抗病香蕉的培 育过程如图所示。质粒上有Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoR Ⅰ、Apa Ⅰ等四种限制酶切割位点。请回答：
(1)构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶 含抗病基因的DNA、 __________________，对_________________进行切割。 Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ 质粒 (2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生 长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞， 应使基因表达载体A中含有______________，作为标记 抗卡那霉素基因 基因。
•
乳腺生物反应器受生物性别 的限制，若从动物尿液中提取目的 基因产物则不受性别限制。
• (2)基因治疗
项目 类型
外源基 因类型 及举例
过程 ①从病人体内获得某 种细胞 ②细胞培养 ③体外完成基因转移 ④筛选并扩增培养 ⑤重新输入患者体内
特点 操作 复杂 ，但 成功 率高
成果举 例 治疗复 合型免 疫缺陷 症
1. 使用限制酶切割目的基因和质粒时，既 要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目 的基因和质粒中的标记基因的完整性。 2. 标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的 基因的依据。利用质粒作载体时往往利用其 上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗 性在适当的选择培养基上选择培养。
【答案】(1)Bt基因mRNA原毒素(晶体蛋白) (2)①反转 2. 如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简
区 别 实 定向改造或生产人类所需 质 蛋白质
结 生产自然界没有的蛋白质 果
蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二 联系 代基因工程。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白 质，必须通过基因修饰或基因合成实现
•
蛋白质工程的实施步骤(蛋白质工 程的实质即“中心法则”的逆推：
• 3．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功 后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定 进展。最近，科学家培育出一种转基因小 鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激 素并分泌到尿液中。请回答： • (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细 胞，常用方法是______________。 显微注射技术 • (2)进行基因转移时，通常要将外源基因 受精卵(或早期胚胎) 转入____________________中，原因是 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可 ________________________________ 使外源基因在相应组织细胞表达 _____。
• ③受体生物不同，所用的受体细胞种类也不 相同。 • a．植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞 (可经组织培养成为完整植株)。 • b．动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到 严格限制)。 • ④转化实质：目的基因整合到受体细胞染色 体基因组中。
基因工程中受体细胞的选择 基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。 (1)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。 (2)培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或 体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养， 即可获得转基因植株。 (3)若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细 菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获 得大量产品。
【例1】 (2010· 江苏高考· T27)下表中列出了几种限制酶识 别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的 酶切位点。请回答下列问题：
限制酶 识别序列及 切割位点 BamH Ⅰ G↓GATC C C CTAG↑G Hind Ⅲ A↓AGCT T T TCGA↑A EcoR Ⅰ G↓AATT C C TTAA↑G Sma Ⅰ CCC↓ GGG GGG↑CCC
• (2)基因表达载体的构建方法
•
(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，需要对某些 天然的载体进行人工改造。 • (2)插入的目的基因的表达需要调控 序列，因而用作载体的质粒的插入部 位之前需有启动子，之后需有终止子。
• 1．(2009年潍坊模拟)质粒作为“分 子运输车”的条件是 ( ) • ①能够自我复制 ②双链环状DNA 分子 ③有多个限制酶切点 ④有标 记基因 ⑤真核细胞中没有 • A．①②③④⑤ B．①②③④ • C．①③④ D．②③⑤
方法
①农杆菌转化法：目的基因插入Ti质 粒的T－DNA→转入农杆菌→导入植 植物细 物细胞→稳定维持和表达 胞 ②基因枪法 ③花粉管通道法
受体细 胞种类
方法
显微注射法：目的基因的表达载体提 动物细 纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵 胞 发育→新性状动物 Ca2＋处理受体细胞→感受态细胞→表 微生物 达载体与感受态细胞混合→感受态细 细胞 胞吸收DNA分子
DNA连接酶
载体
常用 类型
(1)能在宿主细 (1)E· coli (1)识别特定 DNA连接酶 胞内稳定存在 的核苷酸序 只连接黏性 并大量复制 (2)有多个限制 列 末端 酶切割位点 (2)在特定位 (2)T4DNA连 (3)具有特殊的 接酶连接黏 点上切割 标记基因 性末端和平 末端 DNA连接酶 E· coli T4DNA连接酶 学.科.网 质粒、噬菌体、 EcoRⅠ限制酶 zxxk. 动植物病毒 SmaⅠ限制酶
限制酶 识别序列及 切割位点
BamH Ⅰ G↓GATC C C CTAG↑G
Hind Ⅲ A↓AGCT T T TCGA↑A
EcoR Ⅰ G↓AATT C C TTAA↑G
Sma Ⅰ CCC↓ GGG GGG↑CCC
(1)一个图1所示的质粒分子经Sma Ⅰ切割前后，分别含有 0,2 ________个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma Ⅰ酶切位点越多，质 粒的热稳定性越________。 高 (3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma Ⅰ 切割，原因是________________ Sma Ⅰ会破坏质粒的抗性基因、外源 。 DNA中的目的基因 (4)与只使用Eco RⅠ相比较，使用Bam HⅠ和Hind Ⅲ两种限 制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止________。
☆ 选修3
现代生物科技专题 ☆
专题1 基因工程
• •
一、基因工程的工具及其操作程序 1．基因工程的基本工具 限制酶 作用 作用 部位 切割目的基 因和载体 DNA连接酶 载体
连接DNA片 携带目的 段，形成重 基因进入 组DNA 受体细胞
核苷酸的脱氧核糖与磷酸间 形成的磷酸二酯键
限制酶 作用 特点 (条件)
• 【答案】 C
• 2．(2009年南通调研)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
• 【答案】
B
• (3)将目的基因导入受体细胞 • ①目的：目的基因进入受体细胞内并在受体 细胞内维持稳定和表达的过程。 • ②受体细胞种类不同，导入方法不同。 受体细 胞种类
• 二、基因工程的应用成果及蛋白质工程 • 1．基因工程的应用成果 • (1)乳腺生物反应器与微生物生产的比较
类型
乳腺生物反应器 项目 微生物生产
动物基因结构与人 与人类基因结构不 基因结构 类基因结构相同 同 由于缺少内质网、 与天然蛋白质活性 高尔基体等细胞器 基因表达 没有区别 ，产物可能不具有 生物活性 从乳汁中较易分离 从细胞中提取，较 产物提取 提取 为复杂 畜牧业生产，加工 工业生产，设备精 生产设备 提取设备 良
• (3)蛋白质工程与基因工程比较
项目 蛋白质工程 基因工程 获取目的基因→构建基 因表达载体→将目的基 因导入受体细胞→目的 基因的检测与鉴定 定向改造生物的遗传特 性，以获得人类所需的 生物类型或生物产品 一般是生产自然界已有 的蛋白质 预期蛋白质功能→设计预 过 期的蛋白质结构→推测应 程 有的氨基酸序列→找到对 应的脱氧核苷酸序列
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• ②人工合成目的基因
• ③利用PCR技术扩增目的基因 • a．PCR：是一项在生物体外复制特定DNA 片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目 的基因的一种非常有用的方法，也是进行分 子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。 • b．目的：通过指数式扩增获取大量的目的 基因。 • (2)基因表达载体的构建学.科.网 zxxk. • ①目的： 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传 给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。
• 2．蛋白质工程 • (1)概念：是指以蛋白质分子的结构规律 及其与生物功能的关系作为基础，通过基 因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改 造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类 的生产和生活的需求。 • (2)过程：预期蛋白质功能→设计预期的 蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找 到对应的脱氧核苷酸序列。
体外 基因 治疗
腺苷 酸脱 氨酶 基因
治疗遗 传性囊 性纤维 化病的 基因
体内 基因 治疗
操作 外源基因―→载体携 简单 带 体内相应组 ，成 功率 织细胞 低
治疗遗 传性囊 性纤维 化病
•
基因治疗是治疗人类遗传病的根本 方法，但由于尚未全面了解基因调控机制 和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期 的临床试验阶段。
1. 限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物不存在 该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 2. DNA连接酶起作用时不需要模板。 2. 载体 (1)作用 ①将目的基因转移到宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (2)具备的条件 ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。 ②有多个限制酶切割位点。 ③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。