(共20张PPT)
选修三专题一基因工程
课前背诵：
1.基因工程的概念、优点
2.基因工程的工具
3.基因工程的基本操作步骤，核心？
4.目的基因导入植物、动物、微生物的方法
5.如何检测目的基因导入受体细胞
【课标解读】
课标要求 细解课标 核心素养
1.简述基因工程的诞生
2.活动要求:DNA的粗提取和鉴定
3.简述基因工程的原理及技术
4.活动要求:利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定,或运用软件进行虚拟PCR实验
5.举例说出基因工程的应用
6.简述蛋白质工程 1.简述基因工程的诞生,掌握基因工程的概念和原理
2.简述限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用
3.分析载体的作用及特点
4.说明基因工程的操作过程
5.说明PCR技术的原理、方法步骤及应用
6.理解基因表达载体的构建过程
7.说出基因工程的应用例子
8.简述蛋白质工程及其实例
9.实验:DNA的粗提取和鉴定 1.生命观念:通过一种生物的基因能够在另一种生物的细胞中表达的事实,培养结构与功能观
2.科学思维:采用归纳与概括、演绎与推理等方法,理解基因工程的原理及技术
3.科学探究:在基因工程中选取恰当的技术和方法,尝试提出初步的工程学构想,进行简单的设计
4.社会责任:就转基因技术的安全问题表明自己的观点并展开讨论
考点一 基因工程的概念与操作工具分析
研析教材 内化基本概念
1.基因工程的概念
(1)手段:按照 ,进行严格的设计,通过体外 和 等技术,赋予生物以新的遗传特性。
(2)目的:创造出更符合人们需要的新的 和 。
(3)水平: 水平。
（4）原理：
(5)优点：克服了远源杂交不亲和的障碍
人们的愿望
DNA重组
转基因
生物类型
生物产品
DNA分子
基因重组
DNA重组
生物体外
DNA分子
基因产物
定向改造
克服远缘杂交不亲和的障碍
基因重组
基因
基因拼接
基因工程的概念
基因工程的别名 技术或_________技术
操作环境 _________
操作对象
操作水平 ___________水平
基本过程
结果 人类需要的_________或生物类型
与诱变育种相比 可_________生物的遗传性状
与杂交育种相比
原理
基因工程的基本原理和理论基础概括如下图
基础
2.基因工程的基本工具
(1)限制性核酸内切酶(限制酶)
①来源:主要从 中分离。
②作用:能够识别双链DNA分子的某种特定 ,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。
③结果:产生 或平末端。
原核细胞
核苷酸序列
磷酸二酯键
黏性末端
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称， 重复排列。
如：GAA TTC CCC GGG
CTT AAG GGG CCC
例：大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_________序列，并切割___和___之间的__________。
切割后产生__________。
GAATTC
G
A
磷酸二酯键
黏性末端
黏性末端
⑵平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处将DNA切开时形成的切口。如图：
限制酶切割DNA时形成的切口
— G A A T T C —
— C T T A A G —
中轴线
—G
—C T T A A
A A T T C —
G —
—C C C G G G—
—G G G C C C—
—C C C G G G—
—G G G C C C—
黏性末端
平末端
EcoRⅠ
SmaⅠ
⑴黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的切口。如图：
中轴线
2、作用部位：磷酸二酯键
把两条双链 之间的缝隙“缝合”起来。
DNA片段
（2）DNA连接酶——“分子缝合针”
1、作用：
3、种类：
⑴E·coli DNA连接酶
⑵T4DNA连接酶
②类型
大肠杆菌
黏性
黏性
平
磷酸二酯键
常用类型 E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶
来源 . T4噬菌体
功能 连接 末端 连接 末端
或 末端
结果 连接被限制酶切开的两个核苷酸之间的 .
【思考】DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
单个核苷酸连接到已有的DNA片段上
两个DNA片段之间
DNA连接酶与DNA聚合酶比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质
化学本质
不
同
点 模板
作用对象
作用结果
用途
(3)载体
①
②其他载体: 的衍生物、 等。
③载体的作用:携带外源DNA片段进入受体细胞。
λ噬菌体
动植物病毒
【深挖教材】
(1)原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA?
提示:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。
双链环状DNA分子
限制酶切割位点
标记基因
(2)为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达?
提示:外源基因在受体内表达的理论基础
①基因是控制生物性状的独立遗传单位;
②遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向;
③生物界共用一套遗传密码。
【自主诊断】
(1)一种限制酶能识别双链DNA分子的多种特定的核苷酸序列( )
解析:一般来说,一种限制酶只能识别双链DNA分子的一种特定的核苷酸序列。
(2)E·coli DNA连接酶既能缝合“黏性末端”,也能缝合“平末端”( )
解析:E?coli DNA连接酶只能“缝合”黏性末端。
×
×
(3)限制酶具有专一性,只能用于切割目的基因( )
解析:限制酶既能用于切割目的基因又能用于切割运载体。
×
(4)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶( )
×
解析:限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具,工具酶只有两种。
思考探究 培养科学思维
1.下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和 SmaⅠ 限制酶的作用示意图。请据图回答:
(1)EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是 ,切割位点在 之间,产生 末端。
(2)SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是 ,切割位点在 之间,产生 末端。
(3)以上结果说明限制酶具有 。
GAATTC
G和A
黏性
CCCGGG
G和C
平
专一性
2.作为载体应具备哪些条件?原因是什么?
稳定存在且数量可扩大
外源基因
标记基因
条件 原因
稳定存在并能复制 目的基因 .
有一个至多个限制酶切割位点 可携带一个至多个 .
具有特殊的 . 便于重组DNA的鉴定和选择
4.载体上标记基因的标记原理:
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞 (填“有”或“没有”)抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应 ,所以在受体细胞的培养体系中加入 就可以只保留转入载体的受体细胞,原理如下图所示:
没有
抗生素
该种抗生素
限制酶
磷酸二酯键
DNA连接酶
连接部位：磷酸二酯键
种类：
E.coliDNA连接酶
载体
作为载体的条件
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
基因工程的基本工具
、T4 DNA连接酶
种类:
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
作用：把两条双链DNA片段拼接起来
四、课堂小结
(共14张PPT)
选修三专题一基因工程
课前背诵：
1.基因工程的概念、优点
2.基因工程的工具
3.基因工程的基本操作步骤，核心？
4.目的基因导入植物、动物、微生物的方法
5.如何检测目的基因导入受体细胞
【课标解读】
课标要求 细解课标 核心素养
1.简述基因工程的诞生
2.活动要求:DNA的粗提取和鉴定
3.简述基因工程的原理及技术
4.活动要求:利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定,或运用软件进行虚拟PCR实验
5.举例说出基因工程的应用
6.简述蛋白质工程 1.简述基因工程的诞生,掌握基因工程的概念和原理
2.简述限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用
3.分析载体的作用及特点
4.说明基因工程的操作过程
5.说明PCR技术的原理、方法步骤及应用
6.理解基因表达载体的构建过程
7.说出基因工程的应用例子
8.简述蛋白质工程及其实例
9.实验:DNA的粗提取和鉴定 1.生命观念:通过一种生物的基因能够在另一种生物的细胞中表达的事实,培养结构与功能观
2.科学思维:采用归纳与概括、演绎与推理等方法,理解基因工程的原理及技术
3.科学探究:在基因工程中选取恰当的技术和方法,尝试提出初步的工程学构想,进行简单的设计
4.社会责任:就转基因技术的安全问题表明自己的观点并展开讨论
1、目的基因的获取
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
考点二 基因工程基本操作的四个步骤
将需要的基因从供体生物 的细胞内提取出来
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可进行遗传、表达和发挥作用
载体进入受体细胞稳定表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化
才能确定目的基因是否真正在受体细胞中稳定遗传和正确表达
考点二 基因工程的基本操作程序及PCR技术
研析教材 内化基本概念
1.基因工程的基本操作程序
(1)目的基因的获取
①目的基因:主要指编码 的基因,也可以是一些具有 作用的因子。
蛋白质
调控
基因文库
PCR技术
化学方法人工合成
从基因文库中直接获取目的基因
1.基因文库的概念（与基因库的区别）
2.基因文库的分类
3.获取目的基因的根据：
基因文库中不是直接保管相应基因，而是保存受体菌，此菌中含该生物的全部基因。
基因组文库： 含有一种生物的全部基因
部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因，
如：cDNA文库
目的基因的有关信息
4.基因文库的构建方法
——直接分离法
① 基因组文库的构建
——反转录法
②cDNA文库的构建
提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶切
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
导入受体菌中储存
基因组文库
基因文库的构建方法
——直接分离法
① 基因组文库的构建
某种生物的单链mRNA
单链互补DNA
双链cDNA片段
导入受体菌中储存
与载体连接
cDNA文库
反（逆）转录酶
DNA聚合酶
——反转录法
②cDNA文库的构建
原核细胞的基因结构(补充内容）
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
①不编码蛋白质
编码区
非编码区
原核细胞的 基因结构
②调控遗传信息表达,上
游有启动子，下游有终止子
RNA聚合酶识别和结合的位点
：能转录成相应的信使RNA，能
编码蛋白质
真核细胞的基因结构
编码区
RNA聚合酶识别和结合的位点
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
真核细胞的 基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列 但内含子能转录为信使RNA
编码区是间隔的、不连续的
特点：
转 录
mRNA前体
不能编码蛋白质的序列=内含子+非编码区序列
编码序列=外显子
1
2
3
4
5
启动子
终止子
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
连续
不连续
编码区
非编码
原核细胞 真核细胞
不同点 编码区是
_____的 编码区是间隔的、_____的
相同点 都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的
注明：非编码序列包括非编码区和内含子的序列
（1）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是 。
（2）依据上图真核生物和原核生物基因结构的不同，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是 。
基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能
被切除，无法表达出蛋白A
在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA
