基因工程及其應(yīng)用課時

基因工程及其應(yīng)用課時第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五能發(fā)光的水母請您欣賞能否讓熱帶魚也能發(fā)光?設(shè)想不能發(fā)光的熱帶斑馬魚第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五請您欣賞超級小鼠與超級魚第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌請您欣賞第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因“嫁接”第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五一、基因工程（一）概念：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理操作環(huán)境操作水平結(jié)果基因重組生物體外DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。剪切→拼接→導入→表達基本過程第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡要過程：你認為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細胞提取胰島素基因與運載體DNA拼接導入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)實例展示第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1.ONE胰島素基因從人體細胞內(nèi)提取出來2.TWO胰島素基因與運載體DNA連接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細胞基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運載體培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟：第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（二）基因工程操作工具1、基因剪刀----限制酶（1）功能：識別特定核苷酸序列，切割特定DNA切點，具特異性，并裂解磷酸二酯鍵。限制酶特異性識別的切割部位都具有回文序列。即在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序，與另一條鏈反向讀的順序完全一致。EcoRⅠGAATTCCTTAAG5′3′5′3′5′GCTTAAAATTCG3′3′5′粘性末端第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五SmaⅠCCCGGGGGGCCC5′3′3′5′5′CCCGGGGGGCCC3′3′5′平口末端（2）結(jié)果：產(chǎn)生兩個帶有相同黏性末端或平口末端的DNA片段（3）要想從DNA上切下某個基因,應(yīng)切2個切口,產(chǎn)生4個黏性末端（4）限制酶不是一種酶，而是一類酶，目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有4000多種。第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五限制性內(nèi)切酶（EcoRⅠ）作用過程點擊播放第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五黏性末端例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別

GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRⅠ第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五2、基因的“針線”——DNA連接酶連接酶的作用：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。連接的部位：相鄰的兩個脫氧核苷酸的切口，

即：

生成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用過程：第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五3、基因的運輸工具——運載體本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體動植物病毒等其共同特點是：都有侵染或進入宿主細胞的能力標記基因，便于進行檢測。

質(zhì)粒存在于許多細菌和酵母菌等生物中,是細胞染色體外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子.

第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五作為運載體必須具備哪些條件？1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。1、細胞染色體（或擬核DNA分子）外能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子；2、質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響；3、質(zhì)粒的復制只能在宿主細胞內(nèi)完成。質(zhì)粒有何特點？第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五易錯警示（3)操作工具有三種，但工具酶只有兩種，另一種工具運載體的化學本質(zhì)為DNA。第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（4）與DNA有關(guān)酶的作用DNA酶：即DNA水解酶，可以將DNA水解成脫氧核苷酸。DNA聚合酶：在DNA復制的過程中，連接單個游離的脫氧核苷酸到DNA片段上，需要模板。DNA連接酶：連接兩個DNA片段，形成磷酸二酯鍵，不需要模板。解旋酶：在DNA復制時，破壞氫鍵，使DNA雙鏈打開。限制性核酸內(nèi)切酶：破壞脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五例1、已知某種限制性內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點,如下圖中箭頭所指?如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷,則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段?現(xiàn)有多個上述線性DNA分子,若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷,則從理論上講,經(jīng)該酶酶切后,這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是()

A.3 B.4

C.9 D.12答案:C第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五例2、下列有關(guān)基因工程中限制性內(nèi)切酶的描述，

錯誤的是()

A.一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列

B.限制性內(nèi)切酶的活性受溫度影響

C.限制性內(nèi)切酶能識別和切割RNA

D.限制性內(nèi)切酶可從原核生物中提取答案:C第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

3、質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體,有關(guān)質(zhì)粒的說法正確的是()

A.質(zhì)粒不僅存在于細菌中,某些病毒也具有

B.細菌的基因只存在于質(zhì)粒上

C.質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子,存在于擬核(或細胞核)外的細胞質(zhì)基質(zhì)中

D.質(zhì)粒是基因工程中的重要工具酶之一答案:C第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五4、下列關(guān)于DNA連接酶的作用敘述,正確的是()

A.將單個核苷酸加到某DNA片段末端,形成磷酸二酯鍵

B.將斷開的兩個DNA片段的骨架連接起來,重新形成磷酸二酯鍵

C.連接兩條DNA鏈上堿基之間的氫鍵

D.只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連接起來,而不能將雙鏈DNA片段末端之間進行連接答案:B第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五二、基因工程的操作步驟第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五從細胞中分離出DNA從大腸桿菌中提取質(zhì)粒限制酶提取目的基因限制酶目的基因與運載體結(jié)合DNA連接酶目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的表達與檢測三、基因工程的操作步驟第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五四個基本步驟：1）提取目的基因2）目的基因與運載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測和表達三、基因工程的操作步驟第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1.目的基因的提取方法直接分離基因人工合成基因反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA：鳥槍法第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法具體做法：將供體細胞中的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運載體將這些片段都運載到不同的受體細胞中去，讓這些DNA片段在受體細胞中擴增。從中找出含有目的基因細胞，并將含有目的基因的DNA片段分離出來。該法最大的缺點：帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。所以一般不適用于真核細胞的基因。第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五⑵人工合成基因法DNA合成儀②直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。①反轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1）反轉(zhuǎn)錄法：蛋白質(zhì)的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列目的基因推測推測化學合成2）直接合成法：根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA（2）人工合成目的基因第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五利用PCR技術(shù)擴增目的基因聚合酶鏈式反應(yīng)過程：a、DNA變性（90℃-95℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下，_____斷裂，形成___________b、復性（55℃-65℃）：系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，合成與模板互補的________。氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈原理：DNA復制第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五質(zhì)粒一個切口兩個黏性末端兩個切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種限制酶目的基因與運載體的結(jié)合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。DNA分子2、目的基因與運載體結(jié)合注意：要用同一種限制酶切取目的基因和運載體，并用DNA連接酶連接。作用：將外源基因送入受體細胞第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，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配對后，在連拉酶的作用下連接形成重組DNA分子。2.目的基因與運載體結(jié)合

目的基因與運載體結(jié)合的結(jié)果可能有三種情況：目的基因與目的基因結(jié)合，質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。所以需要篩選。作用：將外源基因送入受體細胞第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五常用的受體細胞：3.目的基因?qū)胧荏w細胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。主要借鑒細菌或病毒侵然細胞的途徑導入方式：導入擴增第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1）將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性。

2）使含有目的基因的重組質(zhì)粒進入受體細胞。

3）目的基因在受體細胞內(nèi)，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非?？?，在很短的時間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。導入過程：運載體為質(zhì)粒，受體細胞為細菌第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物

4.目的基因的檢測和表達檢測：通過檢測標記基因的有無，來判斷目的基因是否導入。表達：通過特定性狀或蛋白質(zhì)的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達。如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)標記基因一般都是抗生素抗性基因，只要在相應(yīng)的抗生素培養(yǎng)基上培養(yǎng)篩選就可以，能活下來的就是目的基因已經(jīng)進入受體細胞第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？方法：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達。第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五技法提煉基因工程操作的歸納總結(jié)

第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因工程操作的歸納總結(jié)第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五C第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五集訓真題·體驗高考A解析答案第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五A第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五4.用基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì)。下列敘述不正確的是()A.常用相同的限制性核酸內(nèi)切酶處理目的基因和質(zhì)粒B.DNA連接酶和RNA聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶C.可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質(zhì)粒D.導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達B第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五5.利用外源基因在受體細胞中表達,可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品?下列選項中能說明目的基因完成了在受體細胞中表達的是()

A.棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因

B.大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNA

C.山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNA序列

D.酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白

答案:D第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五補充：基因診斷與基因治療

診斷：用放射性同位素等標記的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。我國研究人員正在制備用于基因治療的基因工程細胞

治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因診斷——DNA探針概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作為探針與待測樣品的DNA或RNA序列進行核酸分子雜交，用于對待測核酸樣品中特定基因順序的探測，是基因診斷最基本的技術(shù)之一。條件:（1）必須是單鏈；（2）帶有容易被檢測出來的標記物

原理：DNA分子雜交（堿基互補配對）第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因診斷——生物芯片

從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因治療——用正常的基因取代或修補病人細胞中有缺陷的基因，從而達到治療疾病的目的第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進入普通小學上學。第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌的一個抗蟲基因，是中國目前最主要的轉(zhuǎn)基因作物

四、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠導入人基因具特殊用途的豬和小鼠超級動物特殊動物第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物⑴基因工程藥品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。

微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。2、基因工程在醫(yī)學上的應(yīng)用第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—4０mg干擾素。干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五基因工程人干擾素α-2b（安達芬），是我國第一個全國產(chǎn)業(yè)化基因工程。安達芬具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五其它基因工程藥物人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五取患者骨髓分離干細胞病毒正?；?qū)胝；虻母杉毎⑷牖颊唧w內(nèi)第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五⑴環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來3、基因工程與環(huán)境保護第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。第六十二頁，共六十八頁，編輯于2