基因工程一轮复习(上课用).

基因工程专题复习高考考试说明要求基因工程基因工程的基本原理与技术：工具酶的主要类型、特性及作用操作步骤应用与前景Ⅰ知识结构重组DNA技术的发展史（课本）思考：1、什么是基因？其载体是什么？2、遗传信息指的是？“遗传效应”指的是？3、不同生物的基因为什么能拼接？真、原核细胞的基因结构是怎样的？4、真、原核细胞的基因在进行表达时有何异同？你能用简短的语言表述一下以下名词之间的关系吗?基因DNA染色体基因a基因b基因f基因c基因d基因e●基因的遗传效应是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功能。原核细胞的基因结构能转录编码区不能转录非编码区不能转录非编码区与RNA聚合酶结合位点转录调控调控上游下游mRNA翻译蛋白质——性状RNA聚合酶识别转录位点催化DNA转录为RNA实例：鸡卵清蛋白mRNA与DNA杂交实验鸡卵清蛋白基因的大小和结构如下：①A、B、C、D、E、F、G的序列不能转录，约占75.2%(5641bp)②L、1、2、3、4、5、6、7的序列能够转录，约占24.8%(1859bp)L1234561234123477500bpABCDEFG与RNA聚合酶结合位点外显子内含子12345编码区下游非编码区非编码区编码区转录前体mRNA加工成熟mRNA翻译肽链真核细胞的基因结构典型的原核细胞基因结构示意图典型的真核细胞基因结构示意图不间断、连续的间隔、不连续的你能说出基因控制蛋白质的合成，包括几个步骤吗？如何形象的记住它？遗传信息的表达（基因控制蛋白质的合成），包括转录和翻译。1、转录：在细胞核内以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成mRNA的过程。2、翻译：在核糖体上以mRNA为模板以tRNA为运载工具合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。思考：5、基因工程是什么？其基本原理是？6、基因工程的基本工具有？这些工具分别具有什么作用和特点（特性）？7、以“抗虫棉的培育”或“胰岛素的生产”为例，能否简述出基因工程的基本操作步骤？8、基因工程的应用及成功实例有？基因工程的概念（课本）基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平获得人类需要的基因产物获→构→导→检基因重组一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”作用——与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰系统，限制外源DNA，保护自身DNA。识别双链DNA分子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。微生物数千种1、来源：2、种类：3、作用：4、结果：形成黏性末端（有的也可形成平末端）P270特异性限制性内切酶及其缓冲液•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，就可以合成重组的DNA分子了。思考DNA片段怎么连接起来？二、DNA连接酶——“分子缝合针”DNA双链分子上相邻3’羟基和5’磷酸基团共价结合，形成3’-5’磷酸二酯键，使原来断开的缺口重新连接起来。注：连接磷酸二酯键，不是氢键DNA连接酶的作用示意图DNA聚合酶的作用示意图DNA连接酶和DNA聚合酶的比较根据酶的来源不同，分为两类P269•外源基因(如胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(如大肠杆菌)？导入过程需要运输工具——载体。三、载体——“分子运输车”作为载体具备条件？P271常见的载体有哪些？P269基因表达载体需要哪些构成？练习：P271命题突破基因工程流程图1、获取目的基因基因工程的基本操作步骤•从基因文库中获取目的基因（限制酶切取）目的基因序列未知化学方法合成目的基因•人工合成聚合酶链式反应扩增（PCR）目的基因目的基因序列已知利用DNA合成仪反转录法根据已知的氨基酸序列合成DNA基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA导入到适当的宿主细胞中，通过细胞增殖构成各个DNA片段的克隆，这一组克隆的总体就被称为某种生物的基因文库。基因组文库：包含该生物的所有基因。cDNA文库：包含该生物的部分基因。一般针对原核生物而建立一般针对真核生物部分基因的编码区而建立许多DNA片段重组DNA分子限制酶切割用DNA连接酶将DNA片段与载体连接受体细胞导入供体细胞中的DNA通过对受体菌的培养而储存基因增殖多个克隆①基因组文库的构建（1）基因文库的构建方法mRNA单链DNA逆转录酶DNA聚合酶双链DNA（cDNA）用DNA连接酶与载体连接重组体导入受体细胞筛选含重组体的受体细胞（转基因细胞）多个克隆增殖（1）基因文库的构建方法②cDNA文库的构建方法DNA合成仪*人工合成法获取目的基因由已知氨基酸序列推测可能的DNA序列利用PCR技术扩增目的基因：P7课外读聚合酶链式反应（PCR），在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。可以获得大量的目的基因。循环变性退火延伸目的基因的扩增呈指数形式扩增（2n）利用PCR技术扩增目的基因①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术③前提条件：___________________、________、_______________、___________。②原理：__________④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸一对引物DNA聚合酶指数2n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增关于PCR技术⑥过程：a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性55℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链a、高温变性b、低温退火c、中温延伸2、基因表达载体的构建—基因工程的核心质粒目的基因所在的DNA分子限制性核酸内切酶处理两个切口获得具相同黏性末端的目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）同一种一个切口两个黏性末端基因工程的基本操作步骤DNA分子的体外重组：指外源DNA分子在体外的共价连接。催化这一反应是DNA连接酶。载体限制性内切酶限制性内切酶T4DNA连接酶15ºC重组运载体运载体自连目的基因自连AATTCG目的基因AATTCGGCTTAAGCTTAAGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG思考：形成的重组DNA分子中，由2个DNA片段之间连接形成的产物有哪些种类？体外重组形成DNA分子是否就一定可以表达目的基因？基因表达载体的构建—基因工程的核心受体细胞不同；目的基因导入受体细胞方法不同目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传给下一代，使目的基因表达和发挥作用。表达载体的组成：目的基因、启动子终止子、标记基因……表达载体不同3、将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。基因工程的基本操作步骤1）将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——主要侵染双子叶植物转化：目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达（2）基因枪法花粉管通道法•金粉或铅粉•高压氦气——300~600米/秒•穿过细胞——整合•核＋叶绿体＋线粒体——常用于单子叶植物（3）花粉管通道法2）将目的基因导入动物细胞显微注射技术提纯基因表达载体（重组DNA）冲卵（受精卵），并于体外显微注射入受精卵早期胚胎培养新性状动物例：从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA。同样方法可获得疫苗、生长激素等。3）将目的基因导入微生物细胞如：以大肠杆菌作为受体细胞（1）原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少（2）方法：用Ca2+处理受体细胞（增加细菌细胞壁的通透性）感受态细胞（处于一种能够吸收周围环境中DNA分子的理想状态）表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子小结：将目的基因导入受体细胞Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物将目的基因插入到Ti质粒的T—DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达转化过程原核细胞受精卵体细胞受体细胞感受态细胞法显微注射技术农杆菌转化法常用方法微生物细胞动物细胞植物细胞生物种类4．目的基因的检测与鉴定基因工程的基本操作步骤一、植物基因工程硕果累累转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。基因工程在农业上的应用1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“转基因高赖氨酸玉米”植株。2）抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。1.转基因抗虫植物2.转基因抗病毒植物3.其他转基因抗逆植物阅读课本P9~10并回答，到目前为止，基因工程技术解决了哪些不同种生物之间的性状重组问题?转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆4.利用转基因改良植物的品质提高观赏价值二、动物基因工程前景广阔1.用于提高动物生长速度2.用于改善畜产品的品质3.用转基因的动物生产药物如转基因牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)转基因动物的乳腺。•就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。•什么叫转基因动物？1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。•为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠超级动物运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动物。4.用转基因的动物作器官移植的供体5.基因工程药品异军突起导入人基因具特殊用途的猪和小鼠•在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。•传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。•可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。基因工程胰岛素•胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。胰岛素分子结构•将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!胰岛素生产车间基因工程胰岛素基因工程干扰素•干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素分子结构基因工程干扰素•基因工程人干扰素α-2b（安达芬）是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于