（5年高考3年模擬A版）浙江省2020年高考生物總復習 專題30 基因工程課件.ppt

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1、第十單元現(xiàn)代生物科技專題 專題30基因工程,高考生物（浙江專用）,考點基因工程 考點清單,基礎知識 一、基因工程的含義與工具 1.基因工程與遺傳工程:基因工程是狹義的遺傳工程。廣義的遺傳工程泛指把一種生物的遺傳物質(細胞核、染色體脫氧核糖核酸等)移到另一種生物的細胞中去,并使這種遺傳物質所帶的遺傳信息在受體細胞中表達。 2.基因工程的核心是:構建重組DNA分子。,3.基因工程的工具 (1)限制性核酸內切酶 a.來源:主要是從微生物(如細菌)中分離純化出來的。 b.功能:識別并切開每條鏈中特定位點上的兩個脫氧核苷酸之間的 磷酸二酯鍵。 c.特點:具有專一性,表現(xiàn)在以下兩個方面: 識別DNA分子中

2、某種特定的核苷酸序列;使每一條鏈中特定位點的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 d.作用結果:產生粘性末端或平末端。 (2)DNA連接酶 功能:將末端堿基互補的2個DNA片段連接起來。,(3)載體 a.最常用的載體質粒 實質:能夠自主復制的雙鏈環(huán)狀DNA分子,是一種特殊的遺傳物質,在細菌中以獨立于擬核之外的方式存在。 b.其他載體:噬菌體、植物病毒和動物病毒等。 二、基因工程的基本操作步驟 1.獲得目的基因 (1)目的基因:人們所需要的基因。如:人的胰島素基因、植物的抗病基因等。 (2)獲取方法,2.形成重組DNA分子 一般用相同的限制性核酸內切酶分別切割含有目的基因的供體DNA分子和載體(如質

3、粒),使其產生相同的粘性末端(或平末端),然后用DNA連接酶將兩者連接在一起,形成重組DNA分子。 3.將重組DNA分子導入受體細胞 常用的受體細胞:大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌和動植物細胞等。 4.篩選含有目的基因的受體細胞 (1)篩選原因:并不是所有的細胞都接納了重組DNA分子。 (2)篩選方法舉例:質粒上有抗生素如四環(huán)素的抗性基因,所以含有這種重組質粒的受體細胞就能夠在有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長,而沒有接納重組質粒的細胞在這種培養(yǎng)基上不能生長,這樣就能篩選出含有重組DNA分子的受體細胞。,5.目的基因的表達 目的基因在宿主細胞中表達,產生人們需要的功能物質。 三、基因工程與遺傳育種 1.轉基因

4、植物 培育優(yōu)點 2.轉基因動物 (1)含義:轉入了外源基因的動物。 (2)培育優(yōu)點:省時、省力。,四、基因工程與疾病治療 1.基因工程藥物,2.基因治療指的是向目標細胞中引入正常功能的基因,以 糾正或補償基因的缺陷,達到治療的目的。 五、基因工程與生態(tài)環(huán)境保護 1.利用轉基因植物生產聚羥基烷酯,用于合成可降解的新型塑料。 2.改造分解石油的細菌,提高其分解石油的能力。 3.利用轉基因微生物吸收環(huán)境中的重金屬、降解有毒化合物和處理工業(yè)廢水。,重難突破 一、基因工程的三大操作工具 1.限制性核酸內切酶 (1)限制性核酸內切酶(限制酶)的作用 限制酶切割時斷開的是DNA分子中的磷酸二酯鍵(即相鄰脫氧

5、核苷酸間的鍵),而不是兩條鏈之間的氫鍵。如圖:,(2)限制性核酸內切酶具有專一性,表現(xiàn)在兩個方面: 識別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列。 切割特定序列中的特定位點。如圖:,2.DNA連接酶 (1)DNA連接酶的作用 兩個來源不同的DNA用相同的限制性核酸內切酶切割,形成相同的粘性末端(或平末端)。DNA連接酶能催化磷酸與脫氧核糖之間化學鍵的形成,將兩個DNA末端的縫隙“縫合”起來。如圖:,(2)幾種易混淆酶的比較,3.載體的種類及作用 (1)載體應具備的特征 能在宿主細胞內穩(wěn)定保存并大量復制。 有1個或多個限制性核酸內切酶切點,以便與外源基因連接。 具有某些標記基因,以便進行篩選。 (2)載

6、體的種類 細菌質粒,最常用大腸桿菌質粒。 噬菌體和某些動植物病毒。 一般來說天然的載體往往不能滿足人們的所有要求,因此人們根據不同目的和需求,對某些天然的載體進行人工改建。,(3)作用 一是用它作為運載工具,將目的基因送到宿主細胞中去;二是利用它在 宿主細胞內對目的基因進行大量復制。 二、基因工程基本操作 1.基因工程基本操作“五步曲” (1)獲得目的基因 序列未知:建立一個包括目的基因在內的基因文庫,再從基因文庫中獲取。 序列已知:化學方法(如逆轉錄法)合成或者用PCR擴增目的基因。 PCR技術與DNA復制的比較,(2)形成重組DNA分子 一般采用同種限制性核酸內切酶切割質粒和目的基因,以獲

7、得相同的粘性末端(或平末端),以利于形成重組DNA分子,但有時用不同的限制性核酸內切酶處理也可以獲得相同的粘性末端(或平末端)。,目的基因的插入可能會破壞轉基因生物原有基因的結構,影響轉基因 生物的正常生長,甚至致死。 限制性核酸內切酶只識別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列,對RNA不起作用。 用DNA連接酶連接時,可形成3種不同的連接物:目的基因載體連接物、載體載體連接物、目的基因目的基因連接物,導入受體細胞后,可利用抗性基因的差異進行篩選。,(3)將重組DNA分子導入受體細胞,(4)篩選含有目的基因的受體細胞 原理:質粒上有抗生素抗性基因等標記基因。 方法:利用選擇培養(yǎng)基篩選。 舉例: 所

8、有受體細胞含四環(huán)素培養(yǎng)基活的受體細胞 重組DNA分子 (質粒上有四環(huán)素抗性基因)含重組DNA分子的受體細胞 在實際應用中還有: a.檢測是否插入目的基因,利用DNA分子雜交技術,目的基因DNA一條鏈(作探針)與受體細胞中提取的DNA雜交,看是否有雜交帶。,b.檢測是否轉錄出了mRNA,利用核酸分子雜交技術,目的基因DNA一條鏈(作探針)與受體細胞中提取的mRNA雜交,看是否有雜交帶。 (5)目的基因的表達:看到目的性狀或分離到目的基因表達產物 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質:從轉基因生物中提取蛋白質,用相應的抗體進行抗原抗體雜交。 個體生物學水平的鑒定:如轉基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。 2.有

9、關基因工程操作注意事項 (1)基因文庫中的基因保存在受體菌中。 (2)原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少,有利于目的基因的復制與表達,因此常采用大腸桿菌等原核生物作為受體細胞。,(3)植物細胞的全能性較高,可經植物組織培養(yǎng)過程成為完整植物體,因 此受體細胞可以是受精卵也可以是體細胞;動物基因工程中的受體細胞一般是受精卵。 (4)操作工具有三種,但常用工具酶有兩種,載體不是酶;在基因工程操作步驟“獲得目的基因”和“形成重組DNA分子”兩個過程中通常用同種限制酶,目的是產生相同的粘性末端(或平末端);DNA連接酶只在“形成重組DNA分子”操作中用到。 (5)一般情況下,用同一種限制性核酸

10、內切酶切割質粒和含有目的基因的DNA片段,但有時可用兩種限制性核酸內切酶分別切割質粒和目的基因,這樣可避免質粒和質粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。,(6)標記基因的種類和作用:標記基因的作用篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞,常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產物為 帶顏色的物質)等。,方法限制性核酸內切酶的選擇 方法技巧 限制酶選擇的注意事項 (1)根據目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類: 應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇Pst。 不能選擇切點位于目的基因內部的限制酶,如圖甲不能選擇Sma。,為避免目的基因和質粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用不同的限制酶分別切割目的基因和質粒,如圖甲也可選擇用Pst和EcoR兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種酶的切點)。 (2)根據質粒的特點確定限制酶的種類 所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致,以確保具有相同的粘性末端(或平末端)。 質粒作為載體必須具備標記基因等,所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結構,如圖乙中限制酶Sma會破壞標記基因;如果所選酶的切點不是一個,則切割重組后可能丟失某些片段,若丟失的片段含復制起點區(qū),則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復制。,