选修三基因工程一轮复习优秀课件

优势
目的
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具
“分子手术刀”-- 限制性核酸内切酶
“分子缝合针”-- DNA连接酶
“分子运输车”-- 载体
一、 限制酶——“分子手术刀”
1、来源： 主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶 化学本质：蛋白质。
2、特性： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
个体水平的鉴定
DNA分子杂交
① 首先取出转基因生物的基因组DNA；
② 将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等 作标记,以此做探针； ③ 使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示 出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中。
探针 转基因生 物的DNA
15N 15N 14N 14N
变性 变性
归纳: 基因工程的基本操作程序
a、目的基因 b、启动子 位于基因的首端,
RNA聚合酶的结合位 点 c、终止子 位于基因的末端,终 止转录
d、标记基因 检测目的基因是否导入受体细胞
它们有什么作用？
三、将目的基因导入受体细胞
受体细胞 内，并且在 （一）转化： 目的基因进入_________
表达 的过程 受体细胞内维持稳定 _____和_____ 农杆菌转化法 将目的基因导入 基因枪法 植物细胞 花粉管通道法 （二）方法 将目的基因导入 —— 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞法 微生物细胞
（1）直接分离法(鸟枪法)
提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶切 一定大小的DNA片段 将DNA片段与载体连接 导入受体菌中储存 基因组文库
（2）反转录法
某种生物的单链mRNA
反（逆）转录酶 单链互补DNA DNA聚合酶
双链cDNA片段 与载体连接
导入受体菌中储存
cDNA文库
2. 基因组DNA文库与cDNA文库比较
不同点 相同点
都由能够编码蛋白质的编码区 ______和具有 调控作用的非编码 ______区组成的
知识点二：基因工程基本操作的四个步骤 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
一、目的基因的获取
编码蛋白质的结构基因 1、目的基因主要是______________________
将单个脱氧核苷酸加 到已存在的核酸片段 上，形成磷酸二酯键
作用结果
用途
形成DNA的一条 链 DNA复制
与DNA有关的酶
种类 项目 作用底物 限制酶 DNA连接 DNA聚合 酶 酶 解旋酶
DNA分子
DNA分子 脱氧核苷 片段 酸
DNA分子
作用部位
磷酸二酯
键 形成黏性
磷酸二酯 磷酸二酯 碱基对间
键 键 的氢键
变性、退火、延伸三步曲
变性：加热至90～ 95℃双链DNA解链成 为单链DNA 退火：冷却至55～ 60℃部分引物与模 板的单链DNA的特定 互补部位相配对和 结合
变性
延伸
延伸：加热至70～ 75℃以目的基因为 模板，合成互补的 退火 新DNA链
PCR技术扩增与DNA复制的比较
相 原理 同 原料 点 条件
PCR技术 DNA复制 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 模板、能量、酶 DNA在高温下 解旋酶催化 变性解旋
解旋 不 方式 同 场所 体外复制 细胞核内 点 酶 热稳定的DNA聚合酶 细胞内的DNA聚合酶 结果
大量的DNA片段
形成整个DNA分子
（三）人工合成获取目的基因
——根据已知的氨基酸序列合成DNA 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 已知核苷酸序列 的较小基因可以 化学合成，不需 要模板。
1. 获取目的基因
从基因文库 利用PCR 化学方法人工合成
2. 构建基因表达载体
目的基因、启动子、终止子、标记基因
3. 将目的基因导入受体细胞
农杆菌转化法、显微注射法
4. 目的基因的检测与鉴定
检测：是否插入、转录、翻译 鉴定：
1、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最 方便方法是 A A、化学合成法 B、基因组文库法 C、cDNA文库法 D、聚合酶链反应
2、下列获取目的基因的方法中需要模板链 的是 ①从基因文库中获取目的基因 ②利用 D PCR技术扩增目的基因 ③反转录法 ④通过 DNA合成仪利用化学方法人工合成 A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．②③
取卵（受精卵） 新性状动物
3、将目的基因导入微生物细胞
①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少
②方法：
用Ca2+处理细胞 感受态细胞 表 达载体与感受态细胞混合 感受态 细胞吸收DNA分子
思考：为什么要用Ca2+处理受体细胞？ 用Ca2＋处理，增加细菌细胞壁的通透性
四、目的基因的检测与鉴定
①导入检测：目的基因是否导入受体细胞 方法—— DNA分子杂交 分 检测 转录检测——分子杂交 子 检 ②表达检测 测 翻译检测——抗原抗体杂交 法 抗虫鉴定 鉴定 抗病鉴定 活性鉴定等
基因工程专题复习
基因工程的概念
基因工程，通俗地说，就是按照人们的意愿，把一 种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放 到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程的别名 操作环境 原理 基本过程
DNA重组技术或基因拼接技术 生物体外 基因重组 剪切→拼接→导入→检测表达 定向改造性状、打破物种界限 人类需要的生物类型和生物产品
二、 DNA连接酶——“分子缝合针”
1、种类：
E· coli DNA连接酶 （黏性末端） T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端）
磷酸二酯键 2、作用部位：
DNA连接酶的缝合作用
可把黏性末端之间的 缝隙“缝合”起来， 两DNA片段要具有互补 的黏性末端才能拼起来
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
基因组DNA文库
cDNA文库
2. 基因组文库和部分基因文库的比较
文库类型 文库大小 基因中启动子 基因中内含子 基因多少 cDNA文库 基因组文库
小
大 有
有
无
无
某种生物的部分基因 某种生物的全部基因
物种间基因交流
可以
部分基因可以
（二）利用PCR技术扩增目的基因
聚合酶链式反应 ，是一项 ① 概念：PCR全称为_______________ DNA片段的核酸合成技术。 在生物体外 ____复制特定 ___________
DNA复制 ②原理：__________
已知基因的核苷酸序列 ； ③前提条件：_______________________ 模板DNA 、___________ DNA引物 、 原料：___________ 热稳定DNA聚合酶 、 ________________ 四种脱氧核苷酸 。 __________________
百度文库
④过程： a、变性（90℃-95℃）：双链DNA模板 氢键 断裂，形成___________ 单链DNA 在热作用下，_____ b、复性（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引 双链 物与DNA模板结合，形成局部________ 。 c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下， DNA链 。 合成与模板互补的________
D．染色体和质粒都可作为基因工程的常用载体
二、基因工程的基本操作程序
知识点一：基因的结构 1.原核细胞的基因结构
非编码区 编码区 非编码区
…A‥………ATGTGCACGTAGTTA………‥G… 启动子 终止子 …T‥………TACACGTGCATCAAT……… ‥C…
编码区上游
编码蛋白质 调控遗传信息的表达 （调控程序）
编码区下游
非编码区 启动子
RNA聚合酶
编码区
ATGTGCACGTAGTTA TACACGTGCATCAAT AUGUGCACGUAGUUA
非编码区 终止子
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起 始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。 RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合 的一种蛋白质. 终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断， 它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱 离下来，使转录终止。
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。
3、作用： 可用于目的基因和载体的切割
限制酶是一类酶，而不是一种酶。
4、结果： 形成两种末端
黏性末端 平末端
5
A
1
磷 酸 二 酯 键
4
3 2
5 4 3
T
1
2
EcoRI限制酶的切割
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。
1、载体的作用 将 目的基因 转移到受体细胞中去。 2、常用的载体 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒 3、作为载体必须具备的条件
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
最常用运载体——质粒
质粒——裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，
1、将目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌转化法
①特点：
易感染双子叶植物和裸子植 物，对大多数单子叶植物没有感 染能力 ②原理： Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞， 并整合到受体细胞染色体的DNA上。
③转化过程:
植 农 插入 植物细胞 表达 新 Ti质粒 构建 表 转入 导入 物 杆 性 染色DNA 达 细 菌 状 目的基因 载 胞 体
2、获取目的基因的常用方法：
（1）从基因文库中获取 （2）利用PCR技术扩增 （3）人工合成
（一）从基因文库中获取目的基因
将含有某种生物不同基因的许多 DNA片断，导入到受体菌的群体中， 各个受体菌分别含有这种生物的不同 基因，称为基因文库
基因文库
基因组文库 部分基因文库 （cDNA文库）
1. 基因文库的构建方法
人工合成 (基因序列已知，且比较小)
DNA合成仪
二、基因表达载体的构建——核心
1.基因表达载体的构建
质粒
同一种
一个切口 两个黏性末端 两个切口 获得目的基因
目的基因 限制酶处理
表 DNA连接酶 达 载 体
限制酶切割位点的选择必须保证目的基因， 标记基因的完整性，以便于检测和表达。
2.基因表达载体的组成：
2.真核细胞的基因结构 非编码区 编码区
编码蛋白质
非编码区
启动子
RNA聚合酶 结合位点
终止子 外显子 内含子
外显子： 能够编码蛋白质的序列叫做外显子
内含子： 不能编码蛋白质的序列叫做内含子
3.原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞 编码区是 连续 的 _____ 真核细胞 编码区是间隔的、 不连续 _____的
黏性末端
SmaI限制酶的切割
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。
平末端
平末端
例1.下列有关基因工程中限制性内切酶的描 述，错误的是 ( C )
A．一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱 氧核苷酸序列
B．限制性内切酶的活性受温度影响 C．限制性内切酶能识别和切割RNA D．限制性内切酶可从原核生物中提取
并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
有标记基因的存 在，可用含青霉 素的培养基鉴别。
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有切割位点
典例1.下列关于染色体和质粒的叙述，正确的是(
C
)
A．染色体和质粒的化学本质都是DNA
B．染色体和质粒都只存在于原核细胞中
C．染色体和质粒都与生物的遗传有关
作用结果
末端或平
末端
形成重组 形成新的 形成单链 DNA分子 DNA分子 DNA分子
1．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变 化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、 DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ( C)
A．①②③④ C．①④②③
B．①②④③ D．①④③②
三、载体——“分子运输车”
DNA聚合酶的作用
A T A T T A T A G C
DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶
A
A T
T
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 相 同 点 作用实质 化学本质 模板 作用对象 不 同 点 DNA聚合酶 都能催化形成磷酸二酯键 都是蛋白质 不需要 在两个DNA片 段之间形成磷 酸二酯键 形成完整的重 组DNA分子 基因工程 需要
（2）基因枪法
适用于单子叶植物
基因枪法又称微 弹轰击法，是利用压 缩气体产生的动力， 将包裹在金属颗粒表 面的表达载体DNA打 入受体细胞中，使目 的基因与其整合并表 达的方法。
（3）花粉管通道法
适用于被子植物
2、将目的基因导入动物细胞
①方法：显微注射法
②程序：
目的基因表达载体提纯 显微注射 受精卵