2021学年专题1 基因工程综合与测试图文ppt课件

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基础理论 和技术的发展 催生了基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具
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
基因的剪刀（分子手术刀） ——限制性核酸内切酶（限制酶） 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。②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。③结果：产生黏性未端和平末端     ④举例：EcR1限制酶、Sma1限制酶   
与我们学过的DNA酶相同吗？
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC
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。
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。
基因的针线：DNA连接酶
（2）DNA连接酶   
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·cli DNA连接酶 T4 DNA连接酶   
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。
（3）运载体    
①作用：将外源基因送入受体细胞。 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，                 具有某些标记基因， 对受体细胞无害 ③举例：质粒（常用）、噬菌体 和动植物病毒。    
质粒特点：1、细菌染色体外双链环状DNA分子2、能自我复制并在受体细胞中稳定存在3、有一个或多个限制酶切点4、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。
1）以下说法正确的是 （ ）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
2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA
3）有关基因工程的叙述中，错误的（ ）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
4）下列关于基因工程的叙述，不正确的是（ ）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
4）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） 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
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 （ ） 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 D、目的基因的检测和表达
(2008理综山东卷)35.（8分）【生物—现代生物科技专题】 为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。
基因枪法（花粉管通道法）
一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）
（2008上海高考生物巻）39、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括 和 。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是 和 。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 ，后者的形状成 。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 ，所以在转化后通常需要进行 操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。
答案：（1）从基因文库中获取 化学合成（人工合成） （2）限制性核酸内切酶（限制酶） DNA连接酶（连接酶） （3）质粒 小型环状（双链环状、环状） （4）低 筛选 （5）氨基酸
（2007，山东理，8分）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 。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入 中，原因是 。（3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的 转入 细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。
受精卵（或早期胚胎）
DNA分子杂交）（核酸探针）
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
1.2基因工程的基本操作程序
为什么要把目的基因与载体结合
第一步：获取目的基因 方法：
1.从基因文库中获取目的基因。
通过对受体菌的培养而储存基因
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。
PCR原理图
（1）以DNA 片段作模板，在 90℃ 高温下，分开成 为 单链DNA。 （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。 （4）以上三个步骤周而复始，即反应体系的温度从 90C- 50C- 75C，目的基因的量不断增加反应体系中经历：变性——淬火——合成——重复 。结果：目的基因的量成指数形式扩增（2n)
四种脱氧核苷三磷酸（4 X dNTP)
高温 DNA 聚合酶（Taq 酶），
1.从基因文库中获取目的基因。2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）
由mRNA反转录形成cDNA
mRNA DNA单链 DNA单链 RNA – DNA杂交分子RNA – DNA杂交分子 单链DNA单链DNA 双链DNA
1.从基因文库中获取目的基因。2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）4.采用DNA合成仪人工合成长度不是很大的DNA片段。5.用机械的方法，如超声波把打成片段。
原核生物基因表达的调 控
乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)
Ｒ
阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与 操纵基因结合，使得结构基因进行转录。
第二步： 基因表达载体的构建
目的基因与载体结合成为重组基因
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
第三步：将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞
常用的转化方法有哪些？
第四步：目的基因的检测与鉴定
首先：其次：最后：还要：
基因探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。 满足：（1）必须是单链，（2）带有容易被检测出来的标记物。
1.3 基因工程的应用
1、4蛋白质工程的崛起
蛋白质工程的概念 是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。 或者从蛋白质结构与功能的关系出发，定向地改造天然蛋白质的结构，特别是对功能基因的修饰，也可以制造新型的蛋白质。
干扰素在体外保存困难玉米中赖氨酸含量比较低
将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸
第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸
第352位的苏氨酸变成异亮氨酸
二、蛋白质工程的基本原理
天然蛋白质的合成过程时怎样的？
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
相应的脱氧核苷酸序列（基因）
讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：…—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯 丙氨酸—…（1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
（1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。
确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
蛋白质工程操作程序的基本思路与 基因工程的不同
基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，创造自然界不存在的蛋白质。
蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关2、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。