高考復(fù)習(xí)基因工程課件

基因的結(jié)構(gòu)一、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)非編碼區(qū)非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄出信使RNA，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成不能轉(zhuǎn)錄RNA，不能編碼蛋白質(zhì)催化DNA轉(zhuǎn)錄為信使RNARNA聚合酶：DNA（基因）信使RNA二、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3外顯子4外顯子5編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的外顯子內(nèi)含子編碼蛋白質(zhì)的序列一般不能編碼蛋白質(zhì)的序列非編碼區(qū)非編碼區(qū)初級(jí)轉(zhuǎn)錄物二、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3外顯子4外顯子5編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的外顯子內(nèi)含子編碼蛋白質(zhì)的序列一般不能編碼蛋白質(zhì)的序列非編碼區(qū)非編碼區(qū)初級(jí)轉(zhuǎn)錄物二、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3外顯子4外顯子5編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的外顯子內(nèi)含子編碼蛋白質(zhì)的序列一般不能編碼蛋白質(zhì)的序列非編碼區(qū)非編碼區(qū)初級(jí)轉(zhuǎn)錄物二、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3外顯子4外顯子5編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的外顯子內(nèi)含子編碼蛋白質(zhì)的序列一般不能編碼蛋白質(zhì)的序列非編碼區(qū)非編碼區(qū)初級(jí)轉(zhuǎn)錄物三、人類(lèi)基因組研究1~22號(hào)常染色體X、Y性染色體單倍體基因組24條染色體3~3.5萬(wàn)個(gè)基因30億個(gè)堿基對(duì)24個(gè)雙鏈DNA分子內(nèi)容遺傳圖、物理圖、序列圖、轉(zhuǎn)錄圖

基因工程是指按照人們的意愿，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。

基因工程一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”（一）分布：主要從原核生物中分離純化出來(lái)（二）特點(diǎn)：特異性，即能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且切割每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵，使之?dāng)嚅_(kāi)。磷酸二酯鍵GAA

TTCCTT

AAGGCTTAAGAATTCCCC

GGGGGG

CCCCCCGGGGGGCCC︰︰︰︰︰中軸線︰︰︰︰↓↑EcoRⅠ（在G與A之間切割）SmaⅠ（在G與C之間切割）粘性末端平末端切割DNA分子產(chǎn)生的兩種不同的末端（箭頭表示酶的切割位點(diǎn)）↓↑（三）結(jié)果：在識(shí)別序列中軸線兩側(cè)切割，產(chǎn)生粘性末端；在識(shí)別序列中軸線處切割，產(chǎn)生平末端。GCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG（三）連接酶的類(lèi)型（按來(lái)源分類(lèi)）

E.coliDNA連接酶：(來(lái)源于大腸桿菌)只能連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的粘性末端2.T4

DNA連接酶：（來(lái)源于T4噬菌體）既可以連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的粘性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端問(wèn)題DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？DNA連接酶和DNA聚合酶都能催化形成磷酸二酯鍵；DNA連接酶只能連接雙鏈DNA的缺口，而不能連接單鏈DNA；DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有核酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵，而DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵；DNA聚合酶合成互補(bǔ)的DNA鏈需要模板，而DNA連接酶連接兩個(gè)DNA片段不需要模板。

基因工程的基本操作程序獲取目的基因目的基因檢測(cè)與鑒定構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞（得到轉(zhuǎn)基因生物）3.基因文庫(kù)的構(gòu)建（1）基因組文庫(kù)的構(gòu)建提取某生物全部DNA用適當(dāng)限制酶切割許多DNA片段與載體連接導(dǎo)入受體菌群該生物基因組文庫(kù)（每個(gè)受體菌含有一段不同的DNA片段）（2）cDNA文庫(kù)的構(gòu)建——mRNA反轉(zhuǎn)錄形成mRNA逆轉(zhuǎn)錄酶雜交雙鏈核酸酶H單鏈DNADNA聚合酶雙鏈DNA與載體連接導(dǎo)入受體菌群該生物cDNA文庫(kù)（二）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因1.原理

PCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerasechainreaction）的縮寫(xiě)，它是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，將基因的核苷酸序列不斷的加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)方式增加。因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程是在體外進(jìn)行，所以又叫做體外DNA擴(kuò)增技術(shù)。（三）通過(guò)DNA合成儀直接合成目的基因DNA合成儀蛋白質(zhì)的氨基酸順序mRAN核苷酸序列基因DNA的核苷酸序列目的基因推測(cè)推測(cè)合成

當(dāng)基因比較小、蛋白質(zhì)的氨基酸序列可以測(cè)得或核苷酸序列已知時(shí)，可采用此種方法。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建

用限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個(gè)切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補(bǔ)配對(duì)后，在連接酶的作用下連接形成重組DNA分子，即基因表達(dá)載體。質(zhì)粒限制酶目的基因質(zhì)粒限制酶目的基因DNA連接酶限制酶質(zhì)粒目的基因重組DNA分子

重組質(zhì)粒（一）構(gòu)建目的

使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可遺傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。（二）構(gòu)建零件及其作用1.目的基因2.啟動(dòng)子

RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，RNA聚合酶與之結(jié)合才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，進(jìn)而獲得需要的蛋白質(zhì)。3.終止子

一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端，作用是使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止。4.標(biāo)記基因

鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)化。

基因工程中常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。

導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑，且因受體細(xì)胞的不同而不同。1.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（一）導(dǎo)入植物細(xì)胞2.其他方法（見(jiàn)教材P12“生物技術(shù)資料卡”）（1）基因槍法（2）花粉管通道法（二）導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞顯微注射技術(shù)含目的基因的表達(dá)載體動(dòng)物的受精卵含目的基因的受精卵早期胚胎雌性動(dòng)物輸卵管或子宮轉(zhuǎn)基因動(dòng)物顯微注射分裂分化移植發(fā)育問(wèn)題為什么將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞常用的受體細(xì)胞是受精卵？（三）導(dǎo)入微生物細(xì)胞2.優(yōu)點(diǎn)繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。3.常用受體細(xì)胞

大腸桿菌（E.coli）1.過(guò)程（1）制備感受態(tài)細(xì)胞：用Ca2+（CaCl2）處理細(xì)菌，使細(xì)菌易于接受外源DNA分子。（2）重組DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合孵育，完成轉(zhuǎn)化。Ca2+處理法四、目的基因的檢測(cè)與鑒定

目的基因是否真正插入受體細(xì)胞的DNA中，是否能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達(dá)，只有通過(guò)檢測(cè)、鑒定才能得知。

常用的檢測(cè)手段主要從分子水平和個(gè)體水平進(jìn)行。（一）分子水平1.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因

提取受體生物全部DNA適當(dāng)限制酶切割許多DNA片段用同位素標(biāo)記的目的基因片段雜交顯出雜交帶（表明目的基因已插入）分子雜交技術(shù)2.檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA提取受體生物的mRNA用同位素標(biāo)記的目的基因片段雜交顯出雜交帶（表明目的基因已轉(zhuǎn)錄出了mRNA）

檢測(cè)DNA利用的是DNA與DNA雜交，檢測(cè)mRNA利用的是DNA與mRNA雜交。3.檢測(cè)目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)抗原—抗體雜交技術(shù)提取受體生物的蛋白質(zhì)與相應(yīng)抗體雜交顯出雜交帶（表明目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品）（二）個(gè)體水平例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲(chóng)，如蟲(chóng)吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說(shuō)明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達(dá)。如蟲(chóng)吃后中毒死亡，則說(shuō)明攝入了抗蟲(chóng)基因并得到表達(dá)。細(xì)胞質(zhì)遺傳綠色枝條白色枝條花斑枝條葉肉細(xì)胞含葉綠體葉肉細(xì)胞含白色體含葉綠體的葉肉細(xì)胞含白色體的葉肉細(xì)胞

含葉綠體、白色體的葉肉細(xì)胞花斑紫茉莉接受花粉的枝條♀提供花粉的枝條♂種子F1發(fā)育成的植株綠色花斑白色白色綠色花斑綠色白色花斑綠色白色花斑綠色白色綠色、白色、花斑紫茉莉花斑植株的雜交結(jié)果1.母系遺傳F1總是表現(xiàn)出母本性狀的遺傳現(xiàn)象受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來(lái)自卵細(xì)胞。2.雜交后代