基因工程概述苏教版选修3 PPT课件

•含义：能够识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列的酶。
•来源：主要从原核生物中分离得到
•作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键
•作用特点：有专一性。即一种限制酶只能识别 一种特定核苷酸序列，并在特定的 切点上切割DNA分子。
TTC序列，并在G和A之间切开
新学课课习知堂导目探小入标究结
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切→拼接 →导入→表达
结果
人类需要的基因产物
二、基因工程的诞生和发展
理论基础 •DNA是遗传物质的发现
•DNA双螺旋结构的确立
•遗传信息传递方式(中心法则)的认定 技术保障
GCG AA T T CAA CG CT TA AG TT
•结果： 具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来， 形成重组DNA分子。
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
➢ 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？2个
➢ 用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？ 4个
➢ 外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞 （如棉花细胞）？
CG C T T A AGGG
TA CT TA AG T T
EcoRI
EcoRI
GCG
AAT TCCC
CGCT TA A
G GG
ATG
AAT TCAA
TACT TAA
GTT
GCGAAT TCAA CG CT TA AG T T
新学课课习知堂导目探小入标究结
2、DNA连接酶 •连接部位： 两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键

4.与DNA相关的几种酶的比较
项目 DNA连接酶
限制酶 DNA聚合酶
解旋酶
部位 磷酸二酯键
磷酸二酯键 磷酸二酯键
氢键
对象 DNA片段
DNA
单个的脱氧核苷酸 DNA
结果
将两个DNA片段连 接成完整的DNA分 子
切割DNA 分子
将单个的脱氧核苷 将双链DNA分
酸连接到DNA单链 子局部解旋为
末端
单链
视角应用 视角1限制酶 1.(2022阜宁中学高二期中)限制酶Hind Ⅲ和XhoⅠ的识别序列及切割位点 分别为A↓AGCTT和C↓TCGAG。下列有关叙述正确的是( D ) A.两种限制酶的作用都是使识别序列中的氢键断裂 B.两种限制酶切割形成的黏性末端都是AGCT— C.用HindⅢ切割目的基因和用XhoⅠ切割质粒后,可形成重组质粒 D.操作中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果
本课结束
第三章 第1课时 基因工程的发展历程及基本工具
内
01 基础落实•必备知识全过关
容
索
02 重难探究•能力素养全提升
引
学习目标
1.简述基因工程的发展历程。 2.阐明基因工程所需的三种工具。
基础落实•必备知识全过关
知识点一 基因工程是在多学科基础上发展而来的和基因工程的工具酶
1.基因工程是在多学科基础上发展而来的
方法突破
质粒的特点、本质及作为载体所具备的条件
(1)特点:质粒是一种裸露的、结构简单、具有自我复制能力的环状双链
DNA分子。
(2)本质:质粒是独立于真核细胞的细胞核或原核细胞的拟核DNA之外的小
型DNA分子,不是细胞器。
(3)质粒作为载体所具备的条件:

而在含四环素的培养基中不能生长
基因诊断和基因治疗
1．什么叫基因诊断？
2．利用基因工程技术生产乙型病毒性 肝炎疫苗时，所利用的目的基因和受 体细胞各是什么？这些受体有何特点？ 3．基因治疗的原理是什么？
治疗人类重大疾病
用于基因诊断与基因治 疗 : 基因诊断又称 DNA诊断，是采用基 因检测的方法来判断患者是否出现了基 因异常（如遗传病患者的基因缺陷）或 携带病原体（如乙型肝炎病毒）等。 基因治疗是指利用正常基因置 换或弥补缺陷基因的治疗方法。
动物基因工程的应用
1．动物基因工程主要在哪些方面显示出它的广 阔的应用前景？ 2．动物基因工程技术可提高动物的生长速率， 这一过程中所采用的目的基因通常是什么？ 3．用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的 操作过程是怎样的？ 4．人体移植器官短缺是一个世界性难题。目前， 科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进 行改造，这里所说的“改造”主要指的是解决 什么问题？科学家是采用什么方法来达到这一 目的的？
植物基因工程的应用
1．目前已问世的转基因抗虫植物主要有哪些？ 而用于杀虫的目的基因主要是哪些基因？ 2．引起植物生病的微生物主要有哪些？抗病转 基因植物中所采用的目的基因常用的有哪些？
植物基因工程应用
提高植物光合作用效率
延长果实的储藏期
提高植物次生代谢产物的产率
提高植物的抗性
植物基因工程应用
1．目前已问世的转基因抗虫植物主要 有哪些？而用于杀虫的目的基因主要 是哪些基因？ 目前已问世的转基因抗虫植物主要有： 水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大 豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、 菊花、白花三叶草等。 用于杀虫的目的基因主要是Bt毒蛋白 基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑 制剂基因、植物凝集素基因等。

提取目的基因的方法
提取目的基因的方法
1、直接分离基因 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来 目前被较广泛 提取使用的目的基 因有： 因有：苏云金杆菌 抗虫基因、 抗虫基因、人胰岛 素基因、 素基因、人干扰素 基因、 基因、种子贮藏蛋 白基因、 白基因、植物抗病 基因等。 基因等。
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？ 被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？ DNA是否具有相同的黏性末端
G AA T T C C T T AA G 用同种限制酶切割 G AA T T C G G AA T T C G G AA T T C C T T AA G
质粒
质粒
质粒是能自主复制的双链环状DNA分子 质粒是能自主复制的双链环状DNA分子 双链环状DNA
质粒
质
粒
标记基因，便于进行检测 标记基因，
基因操作的基本步骤
基因操作的基本步骤
1. 获取目的基因 2. 形成重组DNA分子 形成重组DNA DNA分子 3. 将重组DNA分子导入受体细胞 将重组DNA DNA分子导入受体细胞 4.筛选含有目的基因的受体细胞 4.筛选含有目的基因的受体细胞 5.目的基因的表达 5.目的基因的表达
转基因番茄
以色列研究人员日前宣布，他们利用 以色列研究人员日前宣布， 转基因技术培育出一种具有柠檬和玫 瑰香味的新品种番茄。 瑰香味的新品种番茄。生成类胡萝卜 素的其他农作物和花也可以像番茄一 通过转基因技术改变气味和口味。 样，通过转基因技术改变气味和口味。 吃个番茄也能抗乙肝，这绝非天方夜谭。每天坐在家里， 吃个番茄也能抗乙肝，这绝非天方夜谭。每天坐在家里， 吃上三五只西红柿，人们体内就能产生乙型肝炎病毒的抗体， 吃上三五只西红柿，人们体内就能产生乙型肝炎病毒的抗体， 达到和注射疫苗一样的效果。 达到和注射疫苗一样的效果。 中国农科院生物研究所有关研究人员指出， 中国农科院生物研究所有关研究人员指出，“利用转基 因植物生产乙型肝炎口服疫苗”是国家863 863高新生物技术领域 因植物生产乙型肝炎口服疫苗”是国家863高新生物技术领域 中的一项研究，该项研究经过研究人员的共同努力， 中的一项研究，该项研究经过研究人员的共同努力，现已取得 重大成果，科研人员在研制出转基因马铃薯后， 重大成果，科研人员在研制出转基因马铃薯后，现又将乙型肝 炎病毒包膜中蛋白抗原基因成功导入西红柿并获得稳定和高效 表达，这就意味着，人们不必忍痛， 表达，这就意味着，人们不必忍痛，轻松地吃几个西红柿就能 将谈之色变的乙型肝炎轻松拒之于身外。 将谈之色变的乙型肝炎轻松拒之于身外。 问题

③过程
(3) 转化受体细胞 ①转化原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。 ②转化过程 生物种类 植物细胞 农杆菌转化法(主 常用方法 要)、基因枪法和花 粉管通道法 动物细胞 微生物细胞 显微注射 技术
Ca2＋ 处理法
生物种类 受体细胞
植物细胞 体细胞
动物细胞 受精卵
微生物细胞 原核细胞 Ca2 处理细胞
④切割后末端的种类：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片 段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端(如图所示)。 当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别 切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的 中轴线处切开时，产生的则是平末端。
(2)“分子缝合针”——DNA 连接酶 种类 来源 功能特 性 E· coli－ DNA 连接酶 大肠杆菌 T4－ DNA 连接酶 T4 噬菌体
(2)制备重组DNA分子(基因工程的核心) ①目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，且可遗传 给下一代，并能够表达和发挥作用。 ②制备重组 目的基因 启动子：为RNA聚合酶识别和结合部位， 驱动转录mRNA DNA分子 终止子：使转录终止的特殊结构的DNA片段 标记基因：为鉴定受体细胞是否含有目的基因
整合到受体细胞染色体基因组中。
1．下图为利用生物技术获得生物新品种的过程示意图。 据图回答：
(1)随着科技发展，获取目的基因的方法也越来越多，若乙
图中的“抗虫基因”是利用甲图中的方法获取的，该方法
称为____________________________________________。
图中①过程与细胞中DNA复制过程相比，该过程不需要
只能将双链 DNA 片段互补 缝合两种末端，但连 的黏性末端之间的磷酸二 接 平 末 端 之 间 的 效 酯键连接起来 率较低

2.载体的作用和条件 (1)作用： ①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (2)具备的条件： ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。 ②有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，以便与外源基因 连接。 ③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。
【高考警示】 载体的酶切位点及与膜载体的区别 (1)切割质粒需使用限制性核酸内切酶1次，切割目的基因则需 要使用相同的限制性核酸内切酶2次。因为质粒是环状DNA， 而目的基因在DNA分子链上。 (2)质粒DNA分子上限制性核酸内切酶切割位点的选择必须保 证至少有一个标记基因是完整的，如果标记基因全部被切开则 不便于鉴定与选择。
考点 一 基因工程的工具 1.工具酶与其他酶的比较 (1)几种酶的比较：
项目 种类
限制性核 酸内切酶
DNA连接酶
作用底物
DNA分子 DNA分子
片段
Hale Waihona Puke 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键
作用结果
形成黏性末 端或平末端
形成重组 DNA分子
种类
项目
作用底物
作用部位
DNA聚合酶 脱氧核苷酸 磷酸二酯键
DNA(水 解)酶
1.基因工程是利用重组DNA技术将外源DNA直接导入有机体的生 物技术。( × ) 【分析】不一定是直接导入，现在大部分是将目的基因与载体 DNA相连成为重组载体，然后再把这种重组DNA分子导入受体 细 胞。 2.(2010浙江×T2A)用限制性核酸内切酶可以切割烟草花叶病毒 的核酸。( ) 【分析】限制性核酸内切酶是用来切割DNA分子的，而烟草花 叶病毒的核酸是RNA。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
为使载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ

一、获取目的基因
1、目的基因：在基因操作中使用的外源基因。它 主要是 编码蛋白质 的基因，也可以是一些具有调 控作用的因子。
一、获取目的同基因的许多DNA片 段，导入到受体菌的群体中储存，各个受体菌分别 含有这种生物的不同基因，称为基因。三、将目的基因导入受体细胞
1、转化的概念 2、转化的方法 此外 植物：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 还有 动物：显微注射技术
微生物：Ca2+处理法 3、转化的受体细胞
一、获取目的基因
2、获取方法： （2）用PCR技术扩增目的基因
PCR技术：在生物 体外 复制特定 DNA片段 的 核酸合成技术。 PCR技术原理： DNA双链复制 。
一、获取目的基因
2、获取方法： （2）用PCR技术扩增目的基因
过程：
90℃-95℃：目的基因的双链模板在热力作用下， 氢键 断裂，形成单链DNA; 55℃-60℃： 引物 与一、获取目的构建和比较
一、获取目的的基因：
依据基因的核苷酸序列、基因的功能、 基因在染色体上的位置、基因的转录产物 mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特 性来获取目的基因。
因的遗传； （3）具有某些标记基因，以便进行重组DNA的筛选。
（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因 等 ）； （4）对受体细胞无害； （5） 大小合适，以便提取和体外操作。
常用的运载体有：
质粒，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等
质粒是基因工程最 常用的运载体，它广泛 地存在于细菌中，是细 菌拟核DNA外能够自主 复制的很小的环状DNA 分子，大小只有普通细 菌拟核DNA的百分之一。
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以
遗传 给下一代； （2）使目的基因能够

目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
(三)将目的基因导入受体细胞
转化——
导入方法
动物细胞——显微注射法(受精卵)
微生物细胞——感受态细胞（Ca2+）
植物细---
目的基因进入_________内，并且在 受体细胞内维持_____和_____的过程
（第二代基因工程）
2.对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下： （1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。 （2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
限制酶
黏性末端
同一种限制酶
的黏性末端
切口
DNA连接酶
相同
(二)基因表达载体的构建
基因表达载体的组成：
复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因
启动子：结合RNA聚合酶 开始转录mRNA
终止子：位于基因尾端 终止转录mRNA
标记基因：鉴别目3、获取方法：
① 概念：PCR全称为_______________，是一项 在生物____复制__________ _的核酸合成技术
③条件：________ 、 _______________、 ___________ 、 ___________. 前提条件：
DNA探针和目的基因单链杂交
方法：DNA分子杂交
方法:分子杂交
方法：抗原抗体杂交

本章整合
科学地认识、评估和利用转基因生物 转基因植物的食用安全性问题 转基因生物的安全性问题 转基因植物对生态系统的影响 转基因动物对人体健康的影响 转基因动物对生态系统的影响 生物武器 基因工程 类型:霍乱弧菌、炭疽杆菌、埃博拉病毒、天花病毒等具有强大感染力和致病力的微生物 应用:转基因技术能培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物 概念 与基因工程的关系:基因工程是蛋白质工程的关键技术,故蛋白质工程又称为第二代基因工程 过程及原理:结构分析→结构预测与设计→基因工程→蛋白质纯化→功能分析 蛋白质工程 “大改”:设计制造全新的蛋白质 对蛋白质的改造 “中改”:替代一个肽段或一个特定的结构域 “小改”:改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基 应用 改造酶的结构 人工合成或改造抗体
烟草(抗病 毒)、小麦 (抗病毒)
烟草(抗干旱、 抗盐碱);番茄 (抗寒);大豆、玉 米(抗除草剂)
玉米、番茄、 矮牵牛等
特别提 醒
引起植物 生病的微 抗逆是指抵抗 生物有病 不良环境的能 氨基酸
第二节
生态工程实例
-9-
第一章基因工程
Z 重点难点
-11-
第一章基因工程
一 二
Z 重点难点
HONGDIAN NANDIAN
S 随堂练习
UITANG LIANXI
二、我国生态工程建设的实例
1.治污生态工程 (1)内容:固体、液体及有机废弃物的处理、生物肥料的研制、湖区污 染的生态治理、塑料的再生利用等。 (2)治污途径。 ①植物有吸附或富集重金属的能力,可用来回收水中重金属。 ②依靠生态系统自净功能。 (3)实例:江苏省武进市净化污水的人工湿地生态工程。
专题一
专题二
专题三

第十五页，共42页。
2.重组(zhònɡ zǔ)DNA分子的形成
载体
DNA分子(fēnzǐ)(含目的基因)
(zàitǐ)(质粒) 同一种限制性
核酸内切酶切割
获得黏性末端
获得目的基因
DNA连接酶 重组DNA分子(环状重组质粒)
第十六页，共42页。
几点说明(shuōmíng)： (1)限制性核酸内切酶主要切割外源DNA，对自身的DNA不起作用，具有自身 保护的特点。 (2)限制性核酸内切酶只识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，对RNA不起作 用。 (3)用DNA连接酶连接时，可形成3种不同的连接物：目的基因—载体连接物、 载体—载体连接物、目的基因—目的基因连接物，导入受体细胞后，可利用 抗性基因的差异进行筛选。
第十九页，共42页。
【典例训练(xùnliàn)2】(2011·山东高考改编)人类疾病的转基因动物 模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传 性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。
第二十页，共42页。
(1)图中的高血压相关基因作为__________，质粒作为______，二者 需用___________切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有 ________________有关。 (2)重组DNA导入的受体细胞是大鼠的_______细胞，常用的方法是 ____________________。 (3)子代大鼠如果_______和_______，即可分别在分子水平和个体水 平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立(jiànlì)高血 压转基因动物模型。 (4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是 体外受精、早期胚胎培养和_______________。
3.转化_________