“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX “专题专题1 1基因工程基因工程” ” 和“专题专题2 2细胞工细胞工 程程”高中生物选修三复习“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 1.主要内容归纳2.重难点突破3.达标训练内 容 纲 要“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 专题专题1 1基基 因因 工工 程程“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 1.基因工程的理论基础和概念的理解 2.明确基因工程所需三种基本工具的作用4.简述基因工程的基本操作程序3.理解基因工程的原理和技术5.能列举出基因工程在植物、动物、医疗领域的具体应用及取得的丰硕成果6.简述其基本原理及基本途径学 习 目 标“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 本 章 知 识 网 络基因工程理论基础和概念基 本 工 具基因的剪刀限制性核酸内切酶基因的针线DNA连接酶基因的运载工具运载体1.获取目的基因2.构建基因表达载体3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与鉴定基 本 操 作 程 序基因工程的应用（略） 蛋白质工程（略)“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 1.时间：2.理论基础：（1）_是生物遗传物质的发现。（2）_结构的确立。20世纪70年代（3）_传递方式的认定。3.技术上的保障：限制性核酸内切酶、_和_ 载体的发现与应用DNADNA双螺旋遗传信息DNA连接酶质粒（一）基因工程的理论基础和技术“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，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基因产物。（二）基因工程的概念“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程实质（原理）实质（原理）结果结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基基 因因 重重 组组甲供体：提供目的基因 乙（受体 ：表达目的基因），即基因未变，合成 蛋白质未变，只是合成场所的转移导入“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 1.限制性核酸内切酶“分子手术刀”(1)来源:(2)化学本质：(3)作用(4)作用特点：(5)切割方式（三 ） 基因工程的操作工具催化作用,所以可重复利用可用于DNA的切割获取目的基因和载体的切割错位切：产生两个相同的黏性末端平切：形成平末端主要是从原核生物中分离纯化出来的蛋白质特异性,即限制酶可识别特定的脱氧核 苷酸序列,切割特定位点主要切割外源DNA ，而对自身的DNA 不起作用，达到保 护自身的目的“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的两条单链的 切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间切口，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。正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识别GAATTC序列，并在 G和A 之间切开形成黏性末端，Sma能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切 割形成平末端 。 “名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制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？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。要切两个切口，产生四个黏性末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来 切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端，然后让两者的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黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的 DNADNA分子了。分子了。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 注意： 切割的化学键为磷酸二酯键。在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。将一个基因从DNA分子上切割下来,需要2个限制酶,同时产生4个黏性末端。不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶产生的黏性末端一般不相同。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 2.DNA连接酶“分子缝合针”常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接黏性末端连接黏性末端或平末 端（后者效率低，需更多 的连接酶，DNA浓度更高）结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二 酯键作用实质：使两个DNA的单链末端之间形成磷酸二酯键 而连接成一个DNA“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 2、“分子缝合针” DNA连接酶DNADNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合缝合”起来，形成起来，形成_作用：作用：磷酸二酯键DNADNA连接酶能封连接酶能封 闭闭DNADNA双螺旋骨架双螺旋骨架 上的切口，不能封上的切口，不能封 闭缺口闭缺口“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 例 限制性内切酶的识别序列和切点是 GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是 GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的 两侧各有1个酶的切点。请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 例 限制性内切酶的识别序列和切点是 GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是 GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因 的两侧各有1个酶的切点。 请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏 性末端。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 例 限制性内切酶的识别序列和切点是 GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是 GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因 的两侧各有1个酶的切点。 能。上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端 相同，所以能连接起来。 在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形 成的黏性末端能否连接起来？为什么？“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA 连接酶DNA 聚合酶作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段之 间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存 在的核酸片段的3端的 羟基上,形成磷酸二酯键作用结果将两个 DNA片段连接 成重组 DNA分子合成新的DNA分子“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 3.基因进入受体细胞的载体“分子运输车”(1)类型(2)功能：(3)应具备条件最常用载体:质粒其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等 提醒 质粒本质是DNA,不是细胞器;特点:小型环状。将目的基因导入受体细胞。能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；有一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源基因连接； 有特殊的遗传标记基因,供重组DNA的检测和鉴定。能够自主复制并稳定地保存。 对受体细胞无害。 “名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行自主复制的质粒是染色体外能够进行自主复制的 遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌 细胞中核区外的细胞中核区外的DNADNA分子。现在习惯上用分子。现在习惯上用 来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核 以外的以外的DNADNA分子。分子。质粒是基因工程最常用的运载体。质粒是基因工程最常用的运载体。绝大多数细菌质粒都是闭合环状绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNADNA 分子。有的一个细菌中有一个，有的一个分子。有的一个细菌中有一个，有的一个 细菌中有多个。细菌中有多个。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 大肠杆菌质粒的分子结构示意图：DNA大肠杆菌细胞质粒目的基因插入位点复制原点氨苄青霉素 抗性基因“ “标记基因标记基因” ”质粒一般有几个到几百个基因，控制细菌的 抗药性、固氮、抗生素生成等性状.有切割位点能复制并带着插入的 目的基因一起复制有标记基因的 存在，将来可 用含青霉素的 培养基鉴别。“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 例题：3.下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是（ ）A.将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键B.将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键C.连接两条DNA链上碱基之间的氢键D.只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，而不能将双链DNA片段平末端之间进行连接B“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX （四）基因工程的基本操作程序1.基因工程图解:抗虫棉的培育过程可转移至受体细 胞，并且整合到 受体细胞染色体 的DNA上“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX （四）基因工程的基本操作程序(1)目的基因的获取(2)基因表达载体的构建最核心步骤(3)将目的基因导入受体细胞(4)目的基因的检测与鉴定“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 从基因文库(基因组文库或cDNA文库)中获取文库类型cDNA文库基因组文库 文库大小小大 基因中启动子无有 基因中内含子无有 基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因 物种之间的 基因交流可以部分基因可以说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本 操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优 点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的 盲目性2.基 本 操 作 程 序从基因文库中获取利用PCR技术扩增利用化学方法人工合成(1)目的基因的获取“名师公益课堂” 主讲标题XXXXXX 人工合成目的基因:常用的方法有化学合成法和反转录法。化学合成法:蛋白质 氨基酸序列 RNA碱基序列 DNA碱基序列 用4种脱氧核苷酸人工合成目的基因反转录法:分离出供体细胞mRNA 单链DNA合成目的基因（具体过程如下）分析推测推测逆转录酶DNA聚合