3.2基因工程的基本操作程序第1课时课件(共23张PPT)2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.2基因工程的基本操作程序第1课时课件(共23张PPT)2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 52.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-02 05:49:45 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
第3章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序（第1课时）
基因工程的基本操作程序
1、目的基因的筛选与获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
思考：现有研究小组想通过新冠基因组的特定基因研究核酸检测，如何筛选和获取目的基因呢？
筛选方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选
（一）目的基因的筛选
一、目的基因的筛选与获取
①序列数据库，如美国国家生物信息中心GenBank
②序列对比工具（如BLAST)
（二）目的基因的获取
1.人工合成目的基因
2.利用PCR获取和扩增目的基因
2.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
（1）PCR的概念：
中文全称
聚合酶链式反应
DNA半保留复制
体外（PCR扩增仪/PCR仪）
对目的基因的核苷酸序列进行大量复制
原理
操作环境
目的
PCR扩增仪
一、目的基因的筛选与获取
复习：体内DNA复制
1.条件：
（1）DNA模板：亲代DNA分子的_____条母链
（2）原料：4种_____________
（3）酶：__________、__________
（4）能量：__________
2.原则：
____________________
(A-_____;C-______)
2
脱氧核苷酸
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
碱基互补配对原则
T
G
（2）PCR反应过程：
（2）PCR反应的过程：
1）变性：
当温度上升到_______以上时， 断裂，双链DNA解聚为两条 。
氢键
单链DNA
待扩增的DNA片段
第一步：变性
3’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
变性
90℃
思考：变性的温度为何是90℃以上的一个温度范围，而不是95℃？
因为变性的温度与氢键的数量有关。当氢键数量越多时，所需温度就越高；反之，当氢键数量越少时，所需温度也就越低。
（2）PCR反应过程：
2）复性：
当温度下降到50℃左右时，两种引物通过 与两条单链DNA结合。
第二步：复性
引物1
引物2
DNA引物
3’
5’
3’
5’
碱基互补配对
5’
5’
思考：什么是引物？为什么需要引物？引物结合在模板链的什么位置？
①引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
②因为Taq酶不能从0开始添加核苷酸。
③引物结合在DNA模板链 3'端位置，引导子链从 5'端→3'端方向复制。
3’
3’
（2）PCR反应过程：
3）延伸：
当温度上升到______左右时，溶液中的4种____________在耐高温的____________的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。
第三步：延伸
引物1
引物2
Taq酶
Taq酶
3’
5’
3’
5’
脱氧核苷酸
5’
5’
DNA聚合酶
72℃
3’
3’
3’
3’
思考1：为什么温度要上升至72℃？
思考2：Taq酶结合在引物的3’还是5’端？
72℃是Taq酶的最适温度
Taq酶结合在引物的3’端
（2）PCR反应过程：
1个DNA片段
2个DNA片段
4个DNA片段
8个DNA片段
第一轮
第二轮
小结：PCR重复多次后,DNA分子呈指数形式扩增（约为2n）
拓展1：比较PCR反应与体内DNA复制所需的基本条件
在DNA复制中的作用 体内DNA复制条件 PCR反应条件
DNA母链
DNA母链
解旋酶
高温条件（90℃以上）
4种脱氧核苷酸
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
耐高温的DNA聚合酶
一小段RNA
一小段DNA
提供DNA复制的模板
断裂氢键，
打开DNA双链
合成子链DNA的原料
催化形成磷酸二酯键，进而合成DNA子链
使DNA聚合酶结合在引物的3’端，从而开始连接脱氧核苷酸（引物）
1、概念：
引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
2、作用：
引物能使耐高温的DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。
3、结合部位：
引物结合在模板链的_________。
3’端
4、PCR扩增时至少需要______种引物，原因是_________________________________________________________________________________
2
DNA的两条链是反向平行的，用2种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增
拓展2：引物
5、PCR扩增的前提是：
根据一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物
6、设计引物时必须依据：
目的基因的核苷酸序列
7、设计引物的要求：
①同种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是：______________________________
②2种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是：______________________________。
防止引物自身折叠
防止引物之间配对，导致引物
不能与模板链结合
拓展2：引物
1．PCR技术扩增DNA，需要的条件是（ ）
①目的基因
②引物
③四种脱氧核苷酸
④mRNA
⑤DNA聚合酶等
⑥核糖体
A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑤
D
当堂巩固
当堂巩固
2．下列有关PCR的叙述，错误的是（ ）
A．PCR扩增过程中双链DNA的解开不需要解旋酶
B．用于PCR扩增的DNA聚合酶是一种耐高温的酶
C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸
D．复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则
C
3.（2021·全国甲卷·高考真题）PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：
①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；
③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
（1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是_________（用数字序号表示）。（2）操作③中使用的酶是____________________________。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、_____三步，其中复性的结果是________________________________。（3）PCR（多聚酶链式反应）技术是指___________________________________________________________________________________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
一项根据DNA半保留复制的原理，在体外参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术
④②③①
Taq酶(耐高温的DNA聚合酶）
延伸
引物通过碱基互补配对与单链DNA结合
当堂巩固
2、 组成：
质粒
①启动子
RNA聚合酶识别和结合的部位；驱动基因转录出mRNA。
②终止子：
限制酶切割位点
基因的尾端，能终止转录
③标记基因
作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而筛选出含有目的基因的受体细胞
复制原点
④目的基因
抗生素抗性基因，荧光蛋白基因等。
如
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。
1、 目的：
二、目的表达载体的构建
3、构建过程：
质粒（载体）
DNA分子（含目的基因）
1个或2个
两个黏性末端
（平末端）
获得目的基因，带有
两个切口两个黏性末端
（平末端）
DNA 连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
同种 限制酶
（或产生相同末端的限制酶）
二、目的表达载体的构建
二、目的表达载体的构建
1、单酶切（同一种酶）：
（1）目的（结果）：
产生相同的黏性末端，以便进行连接
（2）DNA连接酶处理后会出现几种产物：
①目的基因——载体连接物
②载体——载体连接物
③目的基因——目的基因连接物
②③分别叫做载体的自身环化和目的基因的自身环化
拓展3：限制酶的选择
拓展3：限制酶的选择
2、双酶切
如何防止目的基因和载体的自身环化以及目的基因的反向连接？
-G
-CTTAA
-A
-TCTAG
使用两种限制酶的优点：①防止目的基因和载体的自身环化
②还可以防止目的基因与载体的反向连接
当堂巩固
4、（2022春·陕西渭南·高二统考期末）下列有关基因表达载体的叙述，错误的是（ ）
A．具有复制原点，使目的基因能在受体细胞内扩增
B．具有启动子，作为翻译多肽链的起始信号
C．具有标记基因，有利于目的基因的检测和筛选
D．具有目的基因，以获得特定的基因表达产物
B
当堂巩固
5、（2022春·浙江宁波·高二效实中学校考期中）下图为基因工程中基因表达载体的模式图，相关叙述错误的是（ ）
A．基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建
B．图中启动子位于目的基因的首端，是核糖体识别和结合的部位
C．复制原点是基因表达载体在受体细胞中独立复制和稳定存在所必需的
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
B
第3章 基因工程
第2节 基因工程的基本操作程序（第1课时）
基因工程的基本操作程序
1、目的基因的筛选与获取
2、基因表达载体的构建
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
思考：现有研究小组想通过新冠基因组的特定基因研究核酸检测，如何筛选和获取目的基因呢？
筛选方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选
（一）目的基因的筛选
一、目的基因的筛选与获取
①序列数据库，如美国国家生物信息中心GenBank
②序列对比工具（如BLAST)
（二）目的基因的获取
1.人工合成目的基因
2.利用PCR获取和扩增目的基因
2.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
（1）PCR的概念：
中文全称
聚合酶链式反应
DNA半保留复制
体外（PCR扩增仪/PCR仪）
对目的基因的核苷酸序列进行大量复制
原理
操作环境
目的
PCR扩增仪
一、目的基因的筛选与获取
复习：体内DNA复制
1.条件：
（1）DNA模板：亲代DNA分子的_____条母链
（2）原料：4种_____________
（3）酶：__________、__________
（4）能量：__________
2.原则：
____________________
(A-_____;C-______)
2
脱氧核苷酸
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
碱基互补配对原则
T
G
（2）PCR反应过程：
（2）PCR反应的过程：
1）变性：
当温度上升到_______以上时， 断裂，双链DNA解聚为两条 。
氢键
单链DNA
待扩增的DNA片段
第一步：变性
3’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
变性
90℃
思考：变性的温度为何是90℃以上的一个温度范围，而不是95℃？
因为变性的温度与氢键的数量有关。当氢键数量越多时，所需温度就越高；反之，当氢键数量越少时，所需温度也就越低。
（2）PCR反应过程：
2）复性：
当温度下降到50℃左右时，两种引物通过 与两条单链DNA结合。
第二步：复性
引物1
引物2
DNA引物
3’
5’
3’
5’
碱基互补配对
5’
5’
思考：什么是引物？为什么需要引物？引物结合在模板链的什么位置？
①引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
②因为Taq酶不能从0开始添加核苷酸。
③引物结合在DNA模板链 3'端位置，引导子链从 5'端→3'端方向复制。
3’
3’
（2）PCR反应过程：
3）延伸：
当温度上升到______左右时，溶液中的4种____________在耐高温的____________的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。
第三步：延伸
引物1
引物2
Taq酶
Taq酶
3’
5’
3’
5’
脱氧核苷酸
5’
5’
DNA聚合酶
72℃
3’
3’
3’
3’
思考1：为什么温度要上升至72℃？
思考2：Taq酶结合在引物的3’还是5’端？
72℃是Taq酶的最适温度
Taq酶结合在引物的3’端
（2）PCR反应过程：
1个DNA片段
2个DNA片段
4个DNA片段
8个DNA片段
第一轮
第二轮
小结：PCR重复多次后,DNA分子呈指数形式扩增（约为2n）
拓展1：比较PCR反应与体内DNA复制所需的基本条件
在DNA复制中的作用 体内DNA复制条件 PCR反应条件
DNA母链
DNA母链
解旋酶
高温条件（90℃以上）
4种脱氧核苷酸
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
耐高温的DNA聚合酶
一小段RNA
一小段DNA
提供DNA复制的模板
断裂氢键，
打开DNA双链
合成子链DNA的原料
催化形成磷酸二酯键，进而合成DNA子链
使DNA聚合酶结合在引物的3’端，从而开始连接脱氧核苷酸（引物）
1、概念：
引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
2、作用：
引物能使耐高温的DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。
3、结合部位：
引物结合在模板链的_________。
3’端
4、PCR扩增时至少需要______种引物，原因是_________________________________________________________________________________
2
DNA的两条链是反向平行的，用2种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增
拓展2：引物
5、PCR扩增的前提是：
根据一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物
6、设计引物时必须依据：
目的基因的核苷酸序列
7、设计引物的要求：
①同种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是：______________________________
②2种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是：______________________________。
防止引物自身折叠
防止引物之间配对，导致引物
不能与模板链结合
拓展2：引物
1．PCR技术扩增DNA，需要的条件是（ ）
①目的基因
②引物
③四种脱氧核苷酸
④mRNA
⑤DNA聚合酶等
⑥核糖体
A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑤
D
当堂巩固
当堂巩固
2．下列有关PCR的叙述，错误的是（ ）
A．PCR扩增过程中双链DNA的解开不需要解旋酶
B．用于PCR扩增的DNA聚合酶是一种耐高温的酶
C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸
D．复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则
C
3.（2021·全国甲卷·高考真题）PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：
①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；
③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
（1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是_________（用数字序号表示）。（2）操作③中使用的酶是____________________________。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、_____三步，其中复性的结果是________________________________。（3）PCR（多聚酶链式反应）技术是指___________________________________________________________________________________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
一项根据DNA半保留复制的原理，在体外参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术
④②③①
Taq酶(耐高温的DNA聚合酶）
延伸
引物通过碱基互补配对与单链DNA结合
当堂巩固
2、 组成：
质粒
①启动子
RNA聚合酶识别和结合的部位；驱动基因转录出mRNA。
②终止子：
限制酶切割位点
基因的尾端，能终止转录
③标记基因
作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而筛选出含有目的基因的受体细胞
复制原点
④目的基因
抗生素抗性基因，荧光蛋白基因等。
如
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。
1、 目的：
二、目的表达载体的构建
3、构建过程：
质粒（载体）
DNA分子（含目的基因）
1个或2个
两个黏性末端
（平末端）
获得目的基因，带有
两个切口两个黏性末端
（平末端）
DNA 连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
同种 限制酶
（或产生相同末端的限制酶）
二、目的表达载体的构建
二、目的表达载体的构建
1、单酶切（同一种酶）：
（1）目的（结果）：
产生相同的黏性末端，以便进行连接
（2）DNA连接酶处理后会出现几种产物：
①目的基因——载体连接物
②载体——载体连接物
③目的基因——目的基因连接物
②③分别叫做载体的自身环化和目的基因的自身环化
拓展3：限制酶的选择
拓展3：限制酶的选择
2、双酶切
如何防止目的基因和载体的自身环化以及目的基因的反向连接？
-G
-CTTAA
-A
-TCTAG
使用两种限制酶的优点：①防止目的基因和载体的自身环化
②还可以防止目的基因与载体的反向连接
当堂巩固
4、（2022春·陕西渭南·高二统考期末）下列有关基因表达载体的叙述，错误的是（ ）
A．具有复制原点，使目的基因能在受体细胞内扩增
B．具有启动子，作为翻译多肽链的起始信号
C．具有标记基因，有利于目的基因的检测和筛选
D．具有目的基因，以获得特定的基因表达产物
B
当堂巩固
5、（2022春·浙江宁波·高二效实中学校考期中）下图为基因工程中基因表达载体的模式图，相关叙述错误的是（ ）
A．基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建
B．图中启动子位于目的基因的首端，是核糖体识别和结合的部位
C．复制原点是基因表达载体在受体细胞中独立复制和稳定存在所必需的
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
B