基因工程复习课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第三章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具 1.限制酶 (1)来源：主要是原核生物，有数千种 (2)作用：识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 (3)识别序列：多数由6个核苷酸组成，少数4、8或其他。 (4)末端类型：黏性末端（切割位点在中轴线两侧）；平末端（切割位点在中轴线） (5)限制酶在原核生物中的作用：切割外源DNA，保护自身 (6)限制酶不切割原核生物序列的原因：没有限制酶的识别序列，或序列被修饰 2.DNA连接酶 (1)来源：E.coli DNA连接酶（大肠杆菌）、T4DNA连接酶(T4噬菌体） (2)作用：连接DNA片段，形成磷酸二酯键 (3)两种连接酶区别：E.coli DNA连接酶连接平末端的效率低于 T4 DNA 连接酶。 (4)易混淆：DNA聚合酶（催化单个脱氧核苷酸形成DNA子链） 第1节 重组DNA技术的基本工具 3.载体 (1)种类：质粒、噬菌体、动植物病毒; (2)作用：将外源基因送入细胞; (3)载体具备的条件：a.有一个至多个限制酶切割位点; b.能自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制; c.具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选; d.无毒害作用。 (4)质粒：一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外， 并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 4.DNA的粗提取与鉴定： (1)试剂及作用： ①研磨液：破碎细胞，溶解核物质 ②95%的酒精：溶解蛋白质，析出DNA ③2mol/L 的NaCl溶液：溶解DNA ④二苯胺试剂：鉴定DNA，沸水浴，显蓝色 第1节 重组DNA技术的基本工具 4.DNA的粗提取与鉴定： (2)关键操作点： a.研磨液的滤液低温放置/预冷酒精： b.玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌： c.不选择哺乳动物成熟红细胞原因： ①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解； ②抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出； ③低温有利于增加DNA的柔韧性，减少其断裂。 减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子 其没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA 第2节 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 （1）筛选：从相关的已知结构和功能清晰的基因中筛选（可以用“测序技术、序列数据库、序列对比工具”）； （2）获取：①人工合成 ②构建基因文库 ③利用PCR获取和扩增目的基因 PCR（聚合酶链式反应）的反应条件 缓冲溶液（添加Mg2+，激活DNA聚合酶）、DNA母链（提供DNA复制的模板） 4种脱氧核苷酸（合成DNA子链的原料）、耐高温的DNA聚合酶（催化合成DNA子链） 2种引物（使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸） 目的基因：基因工程中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物的基因。 主要是指用于编码蛋白质的基因。 需要引物的原因：DNA聚合酶只能从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 第2节 基因工程的基本操作程序 PCR（聚合酶链式反应）的反应过程 变性：温度上升到90℃以上，双链DNA解聚为单链； 复性：当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合； 延伸：温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。 一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的模板，成指数形式扩增，约为2n。 2.基因表达载体的构建（基因工程的核心工作） （1）目的：让基因在细胞中稳定存在，且遗传给下一代；让目的基因表达并发挥作用。 （2）表达载体的元件：限制酶切割位点、复制原点、目的基因 启动子：DNA片段，基因的上游，RNA聚合酶识别和结合的部位；驱动基因转录出mRNA 终止子：DNA片段，基因的下游，终止基因的转录 标记基因：一般是抗生素的抗性基因，便于重组DNA分子的筛选 （3）限制酶的选择技巧：①不破坏目的基因，切割位点在目的基因两端；②不破坏载体的启动子、终止子、复制原点等；③目的基因应插入在启动子与终止④至少保留一个标记基因。 第2节 基因工程的基本操作程序 3.将目的基因导入受体细胞 （1）植物细胞：花粉管通道法、农杆菌转化法 农杆菌转化法 ①农杆菌特点：侵染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有侵染能力。 ②转化原理：农杆菌Ti质粒上的T-DNA可以转移到被侵染的受体细胞，并将其整合到该细胞染色体DNA上。 ②转化过程： Ti质粒 目的基因 植物细胞 植物细胞 染色体DNA 农杆菌 基因表达载体 导入 插入 表达 新性状 植株 转入 构建 a.两次拼接：①目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上； ②插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上 第2节 基因工程的基本操作程序 农杆菌转化法 b.两次导入：①含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌（Ca2+处理法） ②含目的基因的T-DNA导入受体细胞（农杆菌转化法） 3.将目的基因导入受体细胞 （1）植物细胞：花粉管通道法、农杆菌转化法 （2）动物细胞：显微注射法 受体细胞：受精卵， 原因：①体积大，易操作。②易表现出全能性。 （3）微生物细胞：Ca2+处理法 受体细胞：常用原核生物，大肠杆菌最广泛， 原因：遗传物质相对较少，繁殖快，多为单细胞，易培养。 Ca2+作用：使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，便于重组的基因表达载体导入。 第2节 基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 ①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因 ③检测目的基因是否翻译成蛋白质或 目的基因是否成功表达 ——抗原—抗体杂交技术 （2）个体生物学水平鉴定 （1）分子水平检测 抗性检测： 功能活性比较： PCR技术或DNA分子杂交技术 抗虫/抗病接种实验； 基因工程产品与天然产品的功能活性比较 ——检测是否具有抗性以及抗性强度等 ②检测目的基因是否转录出了mRNA 第3节 基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 基因工程被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。 如：转基因抗虫/抗病/抗除草剂植物，改良植物的品质、提高动物的生长速率、改良畜产品的品质。 2.基因工程在医药卫生领域的应用 对微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域！ （1）乳腺生物反应器 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成转基因动物在进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产药物。 第3节 基因工程的应用 （2）器官移植 a.猪的作为器官供体的优点：①猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似； ②猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物。 b.难题：免疫排斥 c.解决：在器官供体的基因组中导入某种调控因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法去除抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应转基因克隆猪器官。 3.基因工程在食品工业方面的应用 （1）基因工程菌：用基因工程的方法， 使外源基因得到高效表达的菌类。 （2）利用基因工程技术产酶的优点：纯度高，成本低， 生产效率高。 利用基因工程菌，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 第4节 蛋白质工程原理和应用 1.蛋白质工程崛起的缘由 ①基因工程原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质； ②天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 2.蛋白质工程的技术原理 (1)概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 (2)基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 (3)特点：逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反。 第4节 蛋白质工程原理和应用 (4)区分基因工程与蛋白质工程 是否合成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 (5)蛋白质工程的应用 ①产生速效胰岛素（基因定点突变） ②延长干扰素的体外保存时间（基因定点突变）③生产人鼠嵌合抗体，降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应（基因融合） ④提高蛋白质的热稳定性（基因定点突变） $