專題基因工程課件

專題

基因工程一．基因工程的概念操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過程結(jié)果由于基因工程是在

水平上進(jìn)行操作,因此又叫做

。生物體外基因分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)人類需要的基因產(chǎn)物DNA分子重組DNA技術(shù)優(yōu)勢(shì)：目的性強(qiáng)基因工程的基本工具

（一）“分子手術(shù)刀”——1．來源：主要是從

中分離純化出來的。2．功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的

斷開。3．結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）原核生物磷酸二酯鍵黏性末端和平末端。

2．(高考試題：2007全國理綜II)下列有關(guān)基因工程中限制性內(nèi)切酶的描述，錯(cuò)誤的是A.一種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列B.限制性內(nèi)切酶的活性受溫度的影響C.限制性內(nèi)切酶能別和切割RNAD、限制性內(nèi)切酶可從原核生物中提取3、【生物－現(xiàn)代生物技術(shù)專題】為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。（1）獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性內(nèi)切酶作用于圖中的

處，DNA連接酶作用于

處。（填“a”或“b”）例3、依右圖有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是A、切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶B、連接a處的酶為DNA連接酶C、切斷b處的酶為解旋酶D、切斷b處的為限制性內(nèi)切酶相同區(qū)別DNA聚合酶形成磷酸二脂鍵只能將單個(gè)核苷酸連接到核酸片段上;以一條DNA鏈為模板,形成互補(bǔ)的DNA鏈。DNA連接酶將兩個(gè)DNA片段之是形成磷酸二脂鍵；將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來，不需要模板。（三）“分子運(yùn)輸車”——載體（1）載體具備的條件：①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是--質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體：

噬菌體、動(dòng)植物病毒基因工程的基本過程第一步：目的基因的獲取1.目的基因是指：

編碼蛋白質(zhì)的基因

。2.原核基因采取直接分離法獲得，真核基因是人工合成法。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。②反轉(zhuǎn)錄法：

以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需的基因。目的基因的mRNA單鏈DNA(cDNA)反轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶雙鏈DNA(目的基因)③根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA法：蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列推測(cè)推測(cè)目的基因化學(xué)合成1、基因文庫法2.利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）PCR的含義：是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。（2）目的：獲取大量的目的基因（3）原理：DNA雙鏈復(fù)制（4）過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈為單鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成。（5）特點(diǎn)：指數(shù)形式擴(kuò)增第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化——方法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法——顯微注射法——感受態(tài)細(xì)胞目的基因進(jìn)入_________內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_____和_____的過程受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)此方法的受體細(xì)胞多是受精卵用氯化鈣處理第四步：轉(zhuǎn)基因生物的培育篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞、培養(yǎng)受體細(xì)胞并誘導(dǎo)目的基因的表達(dá)1.首先要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。2.其次還要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。3.最后檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原—抗體雜交技術(shù)。4.有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如抗蟲或抗病的鑒定等。第五步：目的基因的檢測(cè)與鑒定基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測(cè)的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常或攜帶病原體。基因治療：指利用正?；蛑脫Q或彌補(bǔ)缺陷基因的治療方法。實(shí)例：ADA基因缺陷癥的基因治療基因工程的應(yīng)用在臨床上，將機(jī)體不能合成腺苷脫氨酶（ADA）、缺乏正常的免疫能力的患者，稱為先天性重癥聯(lián)合免疫缺陷?。⊿CID）。該病可用“基因療法”治療：首先從患者的血液中獲得T細(xì)胞，在絕對(duì)無菌的環(huán)境里用逆轉(zhuǎn)錄病毒把ADA基因轉(zhuǎn)入T細(xì)胞，再在體外大量繁殖擴(kuò)增。然后再將約10億個(gè)這種帶有正?；虻腡細(xì)胞輸回患者體內(nèi)，以后每隔1—2個(gè)月再輸1次，共輸7—8次，患者的免疫功能在治療后顯著好轉(zhuǎn)。

例（07年北京卷）利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是

A．棉花二倍體細(xì)胞中檢測(cè)到細(xì)菌的抗蟲基因

B．大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因及其mRNAC．山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長激素DNA序列

D．酵母菌細(xì)胞中提取到人干擾素蛋白

答案：D（主要考查基因表達(dá)的基本概念，要有蛋白質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)生，屬于性狀的表現(xiàn)。）（2）將重組DNA分子導(dǎo)入植物受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和

法。（3）由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用

技術(shù)。該技術(shù)的核心是

。（4）為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的

作探針進(jìn)行分子雜交檢測(cè)，又要用

方法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性?；驑尫ǎɑǚ酃芡ǖ婪ǎ┲参锝M織培養(yǎng)去分化和再分化耐鹽基因一定濃度鹽水澆灌（移栽到鹽堿地中）

(2)圖中①DNA是以__________

__為模板，_____________形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。

胰島素mRNA反轉(zhuǎn)錄

(3)圖中②代表的是_________________酶，在它的作用下將質(zhì)粒切出理想的末端。

(4)圖中③代表

DNA，含_______________基因。

(5)圖中④表示的過程是___________________

___________________。限制酶重組胰島素將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞人組織纖溶酶原激活物（htPA）是一種重要的藥用蛋白，可在轉(zhuǎn)htPA基因母羊的羊乳中獲得。流程如下：

（3）將重組表達(dá)載體導(dǎo)入受精卵常用的方法是__________。為了獲得母羊，移植前需對(duì)已成功轉(zhuǎn)入目的基因的胚胎進(jìn)行__________。利用胚胎分割和胚胎移植技術(shù)可獲得多個(gè)轉(zhuǎn)基因個(gè)體，這體現(xiàn)了早期胚胎細(xì)胞的__________。

（4）若在轉(zhuǎn)ht-PA基因母羊的羊乳中檢測(cè)到__________，說明目的基因成功表達(dá)。顯微注射法性別鑒定全能性htPARag2基因缺失小鼠不能產(chǎn)生成熟的淋巴細(xì)胞?？蒲腥藛T利用胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）對(duì)Rag2基因缺失小鼠進(jìn)行基因治療。其技術(shù)流程如圖：

（1）步驟①中，在核移植前應(yīng)去除卵母細(xì)胞的。（2）步驟②中，重組胚胎培養(yǎng)到期時(shí)，可從其內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出ES細(xì)胞。細(xì)胞核囊胚（3）步驟③中，需要構(gòu)建含有Rag2基因的表達(dá)載體。可以根據(jù)Rag2基因的設(shè)計(jì)引物，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增Rag2基因片段。用HindⅢ和PstⅠ限制酶分別在片段兩側(cè)進(jìn)行酶切獲得Rag2基因片段。為將該片段直接連接到表達(dá)載體，所選擇的表達(dá)載體上應(yīng)具有酶的酶切位點(diǎn)。（4）為檢測(cè)Rag2基因的表達(dá)情況，可提取治療后小鼠骨髓細(xì)胞的，用抗Rag2蛋白的抗體進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。核苷酸序列HindⅢ和PstⅠ蛋白質(zhì)嗜熱土壤芽胞桿菌產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶（BglB）是一種耐熱纖維素酶，為使其在工業(yè)生產(chǎn)中更好地應(yīng)用，開展了以下試驗(yàn)：Ⅰ.利用大腸桿菌表達(dá)BglB酶（1）PCR擴(kuò)增bglB基因時(shí)，選用基因組DNA作模板。（2）右圖為質(zhì)粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識(shí)別序列。為使PCR擴(kuò)增的bglB基因重組進(jìn)該質(zhì)粒，擴(kuò)增的bglB基因兩端需分別引入和不同限制酶的識(shí)別序列。（3）大腸桿菌不能降解纖維素，但轉(zhuǎn)入上述建構(gòu)好的表達(dá)載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因?yàn)镹deⅠBamHⅠ轉(zhuǎn)基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶蛋白質(zhì)工程的概念、基本途徑蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，通過改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)。2．蛋白質(zhì)工程的基本原理預(yù)期蛋白質(zhì)功能→測(cè)定蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）→具有預(yù)期功能的蛋白質(zhì)3.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用（1）通過改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。（2）合成嵌合抗體。（3）改變蛋白質(zhì)的活性。蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程基因工程實(shí)質(zhì)通過改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并在受體細(xì)胞中表達(dá)結(jié)果合成自然界不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程1、從某海洋生物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是（）A.合成編碼目的肽的DNA片段B.構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體C.依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽C2、關(guān)于現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.蛋白質(zhì)工程可合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)B.體細(xì)胞雜交技術(shù)可用于克隆動(dòng)物和制備單克隆抗體C.植物組織培養(yǎng)技術(shù)可用于植物莖尖脫毒D.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可用于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的培育B6．番茄在運(yùn)輸和貯藏過程中，由于過早成熟而易腐爛。應(yīng)用基因工程技術(shù)，通過抑制某種促進(jìn)果實(shí)成熟激素的合成，可使番茄貯藏時(shí)間延長，培育成耐貯藏的番茄新品種。這種轉(zhuǎn)基因番茄已于1993年在美國上市，請(qǐng)回答：(1)促進(jìn)果實(shí)成熟的重要激素是

。(2)在培育轉(zhuǎn)基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是

，基因的“針線”是

，基因的“運(yùn)輸工具”是

。(3)進(jìn)行基因操作一般要經(jīng)過的四個(gè)步驟是

、

運(yùn)載體乙稀提取目的基因\目的基因與運(yùn)載體結(jié)合\將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞\目的基因的檢測(cè)和表達(dá)DNA連接酶限制性內(nèi)切酶7．(高考試題：2007山東理綜)繼哺乳動(dòng)物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答：（1）將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是___________。（2）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移是，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入___________中，原因是_____________。（3）通常采用_______技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的基因組顯微注射受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá)DNA分子雜交8、豇豆對(duì)多種害蟲具有抗蟲能力，根本原因是豇豆體內(nèi)具有胰蛋白酶抑制劑基因(CpTI基因)?？茖W(xué)家將其轉(zhuǎn)移到水稻體內(nèi)后，卻發(fā)現(xiàn)效果不理想，主要原因是CpTI蛋白質(zhì)的積累量不足。經(jīng)過在體外對(duì)CpTI基因進(jìn)行了修飾后，CPTI蛋白質(zhì)在水稻中的積累量就得到了提高。修飾和表達(dá)過程如下圖所示：請(qǐng)根據(jù)以上材料，回答下列問題：(1)CpTI基因是該基因工程中的

基因，“信號(hào)肽，序列及“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)”序列的基本組成單位是

。四種脫氧核苷酸目的在①過程中，首先要用

酶切開，暴露出

，再用

酶連接。(2)在該基因工程中，供體細(xì)胞是

，受體細(xì)胞是

。(3)②過程稱為

。(4)檢測(cè)修飾后的CpTI基因是否表達(dá)的最好方法是

。黏性末端限制性內(nèi)切水稻細(xì)胞豇豆細(xì)胞轉(zhuǎn)錄讓多種害蟲吞食水稻葉片（5）與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程來培育新品種的主要優(yōu)點(diǎn)是

和

。（6）當(dāng)前，轉(zhuǎn)基因大豆，轉(zhuǎn)基因棉花等已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。請(qǐng)你談?wù)勣D(zhuǎn)基因農(nóng)作物可能帶來的利與弊。（各一條）

目的明確，培育周期短利：可以讓人類獲得具有優(yōu)良品質(zhì)的作物，如蛋白質(zhì)含量更高、抗逆性更強(qiáng)；打破傳統(tǒng)育種界限，如植物表達(dá)微生物的抗蟲性狀。弊：轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物也可能變異成為對(duì)人類或環(huán)境有害的物種，如抗逆性極強(qiáng)的“超級(jí)雜草”；造成基因污染；影響食品安全。9.如果科學(xué)家通過轉(zhuǎn)基因工程，成功地把一位