3.3基因工程第一节 课件（28张ppt）-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

(共28张PPT)
基因工程
专题1
2020年3月16日，中国科学家陈薇院士团队研制的重组新冠疫苗通过临床研究注册审评，获批进入临床试验。重组新冠疫苗的制备流程如图。回答下列问题。
（1） 步骤②需要_____________作为原料。步骤③中对S蛋白基因进行扩增，需要的工具酶是________。
（2） 被用作载体的Ad5应具有的特点是_______________（答出1点即可）
脱氧核苷酸
Taq酶（热稳定的DNA聚合酶）
能自我复制
（3） 步骤④是_____________________。
（4） 重组疫苗注入志愿者体内后，S蛋白基因指导合成的S蛋白作为________，刺激机体产生能与之相结合的抗体，抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足的条件之一是________（填“有”或“无”）SARS-CoV-2感染史，理由是________。
抗原
无
有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中存在一定量的相应抗体，会对实验结果产生干扰。
基因表达载体的构建
基因工程的基本原理和理论基础
DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸
DNA分子都遵循碱基互补配对原则
DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋
基因是控制性状的基本单位
遗传信息的传递都遵循中心法则
生物界共用一套遗传密码
基因工程的别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
原理
结果
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
人类需要的生物类型和生物产品
剪切
→ 拼接
→ 导入
→ 表达
基因重组
知识点一：基因工程的概念
DNA 重组技术的基本工具
1、“分子手术刀” ──限制酶
2、“分子缝合针” ──DNA连接酶
3、“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源：
⒉种类：
⒊作用特点：
4.限制酶识别序列：
5.作用结果：
①识别——识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列
②切割——并且使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
主要从原核生物中分离纯化
产生黏性末端或平末端
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成
少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
约4000种
（专一性）
G
A
A
B
限制酶作用是A处还是B处？
A处
限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列：
在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端　　　平末端
什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
1.限制酶选择时的两种特例:
难点突破——构建基因表达载体时限制酶的选择方法
(1)限制酶具有特异性，一般情况下，不同限制酶切割形成的黏性末端不同。但也有不同限制酶处理后形成的黏性末端相同，可以用DNA连接酶进行连接。如G↓GATCC和↓GATC，识别的序列不同，但处理后形成的黏性末端相同。
(2)一般情况下，用同一种限制酶分别处理质粒和目的基因，使其具有相同的黏性末端。但如果都用相同的两种限制酶分别处理，也可形成分别对应的相同黏性末端，例如目的基因的两端分别有BamH Ⅰ和HindⅢ的酶切位点，质粒上也有这两种酶的切点。这种选择可以避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，如图所示：
2.限制酶选择的注意事项
(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类
1、下表中列出了几种限制酶的识别序列及其切割位点，图1、图2中的箭头表示相关限制酶的酶切位点。下列说法错误的是（）
限制酶 BamHⅠ Hind Ⅲ EcoRⅠ SmaⅠ
识别序 列及切 割位点 G↓GATC C C CTAG↑G A↓AGCT T T TCGA↑A G↓AATT C C TTAA↑G CCC↓GGGGGG↑CCC
A
A.一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割后，含有4个游离的磷酸基团
B.用图1中的质粒和图2中的目的基因构建重组质粒，不能用SmaⅠ切割
C.图2中为防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状，不能使用EcoRⅠ
D.为了获得重组质粒，最好用BamHⅠ和HindⅢ同时切割质粒和DNA
2、下图甲、乙分别表示某质粒、含目的基因和酶切位点的DNA片段，构建基因表达载体时应用酶B和酶C进行切割，不应用酶A切割运载体和DNA片段，其原因不包括（ ）
A．防止目的基因和运载体发生反向连接 B．保证构建的重组质粒中含有标记基因
C．防止目的基因或运载体重新自身环化 D．保证构建的重组质粒中含有启动子
D
二．DNA 连接酶——“分子缝合针”。
(1)作用：
(2)类型：
①E·coli DNA 连接酶：
a．来源：大肠杆菌。
b．作用：使双链 DNA 互补的黏性末端之间连接。
②T4DNA 连接酶：
a．来源：T4噬菌体。
b．作用：既能使黏性末端连接也能使平末端连接，但后者效率较低。
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
使双链 DNA 片段“缝合”起来。
连接的部位 磷酸二酯键（梯子的扶手）
而不是氢键（梯子的踏板）。
基因的针线——DNA连接酶
DNA 连接酶 DNA 聚合酶
作用实质
是否需要模板
连接的 DNA 链
作用过程
作用结果
1．DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的区别：
【拓展延伸】几种酶的比较：
都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键
不需要
双链
需要
单链
在两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键(用于基因工程操作)
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(用于 DNA 的复制)
将存在的 DNA 片段连接成重组 DNA 分子
合成新的 DNA 分子
项目 种类 作用底物 作用部位 作用结果
限制酶
DNA 连接酶
DNA 聚合酶
DNA(水解)酶
DNA 解旋酶
【拓展延伸】2.几种酶的比较：
DNA 分子
DNA 分子片段
脱氧核苷酸
DNA 分子
DNA 分子
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
碱基对间的氢键
形成黏性末端或平末端
形成重组 DNA 分子
形成新的 DNA 分子
形成脱氧核苷酸
形成单链 DNA 分子
选项 ① ② ③ ④
A DNA酶 DNA连接酶 解旋酶 DNA聚合酶
B 限制酶 DNA连接酶 解旋酶 DNA聚合酶
C DNA酶 DNA连接酶 解旋酶 RNA聚合酶
D 限制酶 DNA连接酶 解旋酶 RNA聚合酶
3、如图各个过程用到的酶依次是（ ）
D
通常以质粒作为载体
质粒——裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
氨苄青霉素抗性基因
质粒
拟核
大肠杆菌细胞
目的基因插入位点
复制原点
三．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”。
（1）具备的条件：
①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。
③具有特殊标记基因，以便进行筛选。
④对受体细胞无害。
(2)种类：
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。
（3）作用：
质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等
4、（江苏生物·节选）图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒P0具有四环素抗性基因（tetr）和氨苄青霉素抗性基因（ampr）。请回答下列问题：
（1）EcoR V酶切位点为
，EcoR V酶切出来的线性载体P1为________末端。
（2）用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段，其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理，在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在________酶作用下，形成重组质粒P3。
平
胸腺嘧啶（T）
DNA连接
5、凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员利用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。如图表示在质粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上EcoRⅠ、BamHⅠ、PstⅠ三种限制酶的切割位点。请回答下列问题：
（1）为了尽快获得大量的凝乳酶基因，可通过_______技术进行扩增，该技术的原理是_______。
（2）根据图中三种限制酶的切割位点分析，为了避免质粒和目的基因的反向连接，最适宜用来切割外源DNA和质粒的限制酶是 ，将切割后的质粒和目的基因连接起来需要_______酶。
PCR
DNA双链复制
BamHⅠ和PstⅠ
DNA连接
6、（江苏生物·节选）图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，现有Msp I、BamH I、Mbo I、Sma I4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题
（1）若用限制酶SmaI完全切割图1中DNA片段，产生的末端是 末端，其产物长度为 。
（2）若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma I完全切割，产物中共有 种不同长度的DNA片段。
平
537bp、790bp、661bp
4