2018_2019高中生物第4章基因工程4.1基因工程的基本原理和技术课件北师大版选修3.ppt

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1、第1节 基因工程的基本原理和技术,1.简述基因工程的概念和理论基础。 2.记住限制性内切酶的特点、作用。 3.能说出DNA连接酶的特点、作用方式。 4.记住常用运载体的必需条件、种类及其作用与特点。,1.基因工程的概念,思考： 基因工程依据的原理是什么? 提示:基因重组。,2.基因工程研究的理论基础 20世纪中期,分子生物学的研究主要有三大科学成就,为基因工程的诞生奠定了理论基础。 (1)在20世纪40年代,证实了DNA是主要的遗传物质,它是遗传信息的携带者。 (2)在20世纪50年代,确立了DNA的双螺旋构型,遵循碱基互补原则,DNA进行半保留复制。 (3)在20世纪60年代,提出了“中心法

2、则”和操纵子学说,成功地破译了遗传密码,阐明了遗传信息的流动与表达机制。,3.基因工程操作技术的突破 (1)DNA分子的切割技术 基因工程的“分子手术刀”限制性核酸内切酶(简称限制性内切酶或限制酶),主要存在于微生物中。 限制性内切酶的作用特点是能够识别DNA上某种核苷酸的 序列和位置,并在这个位置切开DNA分子。 限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。 (2)DNA分子的连接技术 “分子缝纫针”连接酶的作用是将两个具有相同末端的DNA片段连接起来。,(3)DNA分子的运载工具 运载体必须具备的条件:必须是一种能够自我复制的较小的DNA分子;能使带进去的DNA在

3、细胞里面进行复制,并且仍然保持原有的特性;作为载体最好具有某些简单的特性,如抗药性、免疫性等。 常用的运载体包括质粒、噬菌体和动植物病毒。最理想的运载体是质粒,它是细菌染色体外的一种很小的环状DNA分子,能进行自我复制,带有某种抗性基因,能在细胞之间钻进穿出。,1.限制性内切酶与DNA连接酶 (1)限制性内切酶,特别提醒限制性内切酶具有专一性,能识别特定的DNA序列,切出能互补配对的黏性末端或平末端。,(2)限制性内切酶与DNA连接酶的比较 区别,两者的关系可表示为:,特别提醒(1)核苷酸分子间的氢键是分子间作用力, 其断裂与重新形成均与限制性内切酶、DNA连接酶无关。 (2)限制性内切酶不切

4、割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 (3)DNA连接酶起作用时不需要模板。,(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的区别,2.几种与DNA相关的酶 (1)几种酶的比较,(2)上述几种酶的作用部位图解作用于图中a(磷酸二酯键)且催化a键断裂的酶有:限制性内切酶、DNA酶。 催化a键形成的酶有:DNA聚合酶、DNA连接酶。 作用于图中b(氢键)的酶:解旋酶。,3.运载体 (1)运载体的作用是将外源基因导入受体细胞,使其在受体细胞内稳定遗传并表达。目前,常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。 (2)运载体必须具备的条件,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程 【典

5、例1】 下列有关基因工程的叙述,不正确的是( ) A.基因工程又叫做DNA重组技术 B.对生物的基因进行改造或重新组合,定向地改造生物的遗传特性 C.在医药卫生、农牧业和环境保护等方面有广泛的应用 D.可对任何物种进行改造,控制生物的进化 解析:基因工程又叫DNA重组技术或基因拼接技术,可以定向地改造生物的遗传特性,但是无法改造物种,更不可能控制生物的进化。 答案:D,题型一,题型二,题型三,题型四,归纳点拨不同生物的DNA能够重组的基础 (1)基本组成单位相同:不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。 (2)空间结构相同:不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规

6、则的双螺旋结构。 (3)碱基配对方式相同:不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基互补配对方式均是A与T配对,G与C配对。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶限制性内切酶 【典例2】 下列关于限制性内切酶的说法,正确的是 ( ) A.限制性内切酶广泛存在于各种生物中,但微生物中很少 B.一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.不同的限制性内切酶切割DNA后都会形成黏性末端 D.限制性内切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键 解析:限制性内切酶主要存在于微生物中,其作用部位是特定序列中两个核苷酸之间的磷酸二酯键。限制性内切酶切割DNA后形成的末端有黏性末端和平末端两种。 答案

7、:B,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟有关限制性内切酶的知识需注意以下几点:(1)限制性内切酶主要存在于微生物中,尤其是原核生物中;(2)限制性内切酶具有特异性,不同的限制性内切酶切割DNA的位点不同;(3)限制性内切酶是一类酶,而不是一种酶;(4)限制性内切酶的化学本质为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的工具酶DNA连接酶 【典例3】 下列有关DNA连接酶和DNA聚合酶的说法,正确的是( ) A.DNA连接酶和DNA聚合酶都需要模板,其目的都是合成DNA分子 B.DNA连接酶不需要四种脱氧核苷酸作为原

8、料 C.DNA连接酶是在细胞核内合成的,而DNA聚合酶是在核糖体上合成的 D.DNA连接酶连接的是氢键和磷酸二酯键,题型一,题型二,题型三,题型四,解析:DNA聚合酶和DNA连接酶都是催化形成磷酸二酯键,只是前者是将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸片段上,后者是将两个DNA片段通过形成磷酸二酯键连接起来。它们的化学本质都是蛋白质,都是在细胞内的核糖体上合成的。DNA聚合酶催化DNA单链合成时需要四种脱氧核苷酸作为原料,且需要模板,但是DNA连接酶催化DNA片段连接时不需要四种脱氧核苷酸作为原料,也不需要模板。 答案:B,题型一,题型二,题型三,题型四,方法规律DNA连接酶作用部位辨析 (1)图

9、示(2)分析 针对上图,不要认为DNA连接酶作用于碱基对之间的氢键。 DNA连接酶作用于图中的“断口”处,形成磷酸二酯键。 比喻:DNA连接酶“不是作用于梯子的踏板处,而是作用于扶手的断口处”。,题型一,题型二,题型三,题型四,基因工程的运载工具运载体 【典例4】 运载体作为基因的运载工具,必须具备的条件及理由是( ) A.能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因 B.具有多个限制性内切酶切点,以便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因,以便为目的基因的表达提供条件 D.能够在受体细胞中复制并稳定保存,以便于进行筛选 解析:运载体能够稳定地在受体细胞内存在且复制的特性,

10、可以达到大量复制目的基因的目的。具有多个限制性内切酶切点,以便于外源DNA分子的插入。具有某些标记基因,以便于鉴定和筛选重组DNA分子。 答案:A,题型一,题型二,题型三,题型四,反思领悟(1)标记基因的作用是便于对目的基因是否导入受体细胞进行检测,起到筛选作用,但是目的基因是否表达不能用标记基因来检测。(2)选择限制性内切酶时,要确定被选的限制性内切酶不能破坏标记基因的核苷酸序列,否则就失去标记基因的作用。(3)基因工程中的运载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的运载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。(4)基因工程中有3种工具,但工具酶

11、只有2种。,1,2,3,4,5,1.下列叙述符合基因工程概念的是( ) A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因 B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株 C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株 D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上 解析:A项属于细胞工程;C项属于诱变育种;D项属于噬菌体侵染细菌;B项中将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株,符合基因工程的概念和特点。 答案:B,1,2,3,4,5,2.下列有关基因工程中限制性内切酶的叙述,错

12、误的是 ( ) A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B.限制性内切酶的活性受温度影响 C.限制性内切酶能识别和切割RNA D.限制性内切酶主要是从原核生物中提取的 解析:限制性内切酶的化学本质是蛋白质,其活性受温度和pH的影响。限制性内切酶的特点是能识别双链DNA中特定的核苷酸序列,可在特定的位点进行切割。限制性内切酶主要是从原核生物体内分离出来的。限制性内切酶不能识别和切割RNA。 答案:C,1,2,3,4,5,3.下图所示为部分双链DNA片段,下列有关叙述错误的是( ) A.切断a处的酶可是限制性内切酶 B.连接a处的酶可是DNA连接酶 C.切断b处的酶为DNA解旋酶 D

13、.连接b处的酶为RNA聚合酶 解析:限制性内切酶能识别特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子,即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)。内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过DNA解旋酶水解。DNA连接酶能将切断的磷酸二酯键进行连接,即连接图中的a处。RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。 答案:D,1,2,3,4,5,4.限制性内切酶Mun 和限制性内切酶EcoR 的识别序列及切割位点分别是CTTAAG和GAATTC。下图表示四种质粒和目的基因,其中箭头所指部位为限制性内切酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因运载体的质粒是( ),解析:由图可知,质粒B上无标记基因,不适合作为运载体;质粒C和D的标记基因上都有限制性内切酶的识别位点;只有质粒A上既有标记基因,且Mun的切割位点不在标记基因上。 答案:A,1,2,3,4,5,5.水母发光蛋白由236个氨基酸构成,其中Asp、Gly和Ser构成发光环,现将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中,这种蛋白质的作用是 ( ) A.促使目的基因导入宿主细胞中 B.促使目的基因在宿主细胞中复制 C.使含目的基因的受体细胞容易被检测出来 D.使目的基因容易成功表达 答案:C,