人教版选修3生物《基因工程的基本操作程序》优秀课件.ppt
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1、1、基因工程至少需要哪三种工具?、基因工程至少需要哪三种工具?2、这三种工具分别起什么作用?、这三种工具分别起什么作用?温故知新:温故知新:新课导入新课导入1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1 1、目的基因的获取、目的基因的获取2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序(第(第1课时)课时)一、目的基因的获取一、目的基因的获取新课教学新课教学未知序列未知序列已知序列已知序列补:原核细胞的基因结构补:原核细胞的基因结构非
2、编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子 RNARNA聚合酶能够识别聚合酶能够识别调控序列调控序列中的中的结合位点结合位点,并与其结合。并与其结合。转录开始后,转录开始后,RNARNA聚合酶聚合酶沿沿DNADNA分子移动分子移动,并,并以以DNADNA分子的一条链为模板合成分子的一条链为模板合成RNARNA。转录完毕后,转录完毕后,RNARNA链释放出来,紧接着链释放出来,紧接着RNARNA聚合酶也从聚合酶也从DNADNA模板链上脱落下来。模板链上脱落下来。不能转录为信使不能转录为
3、信使RNARNA,不能,不能 编码蛋白质。编码蛋白质。能转录相应的信使能转录相应的信使RNARNA,能,能 编码蛋白质编码蛋白质 编编码码区区非非编编码码区区原原核核细细胞胞的的 基基因因结结构构有有调控遗传信息表达调控遗传信息表达的核的核 苷酸序列,在该序列中,苷酸序列,在该序列中,最重要的是位于编码区上最重要的是位于编码区上 游的游的RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点。非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终止子补:真核细胞的基因结构补:真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚
4、合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质能够编码蛋白质的序列叫做外显子的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 内含子:内含子:外显子:外显子:结构基因结构基因外显子外显子内含子内含子转录、加工修饰转录、加工修饰mRNA真真核核细细胞胞的的 基基因因结结构构编码区编码区非编码区非编码区外显子:能编码蛋白质的序列外显子:能编码蛋白质的序列内含子:不能编码蛋白质的序列内含子:不能编码蛋白质的序列:有调控作用的核苷酸序列,:有调控作用的核苷酸序列,包括位于编码区上游
5、的包括位于编码区上游的RNARNA 聚合酶结合位点。聚合酶结合位点。非编码序列:非编码序列:包括包括非编码区非编码区和和内含子内含子原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞不同点不同点编码区是编码区是_的的编码区是间隔的、编码区是间隔的、_的的相同点相同点都由能够编码蛋白质的都由能够编码蛋白质的_ _ _ 和具有调和具有调控作用的控作用的_ 区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较思思考考编码相同数目氨基酸的蛋白质,原核编码相同数目氨基酸的蛋白质,原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗?细胞与真核细胞基因结构一样长吗?连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码DN
6、AmRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译(一一)从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因 将含有某种生物将含有某种生物不同基因不同基因的许多的许多DNA片断,片断,导入导入到到受体菌的群体受体菌的群体中储存,各个受体菌分别中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因,称为含有这种生物的不同基因,称为基因文库基因文库1.1.基因文库概念基因文库概念2.2.基因文库类型基因文库类型()(cDNA文库)文库)(未知序列)(未知序列)新课教学新课教学基因组文基因组文库与部分库与部分基因文库基因文库的关系的关系提取某种生物的全部提取某种生物的全部DNADNA用适当的用适当的 限制酶限制酶一定大小的
7、一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段片段 与载体连接与载体连接导入受体菌中储存导入受体菌中储存基因组文库基因组文库3.3.基因文库的构建基因文库的构建(1 1)基因组文库的构建基因组文库的构建直接分离法直接分离法(鸟枪法鸟枪法)提取某种生物的某器官提取某种生物的某器官或或特定特定发育时期的发育时期的mRNAmRNA单链单链DNADNA双链双链cDNAcDNA片段片段重组载体重组载体与载体与载体 连接连接cDNAcDNA文库文库反(逆)转录酶反(逆)转录酶DNA DNA 聚合酶聚合酶导入受体菌导入受体菌 中储存中储存基因重组基因重组反转录酶反转录酶mRNAmRNAcDNAcDNA(
8、2 2)cDNA文库的构建文库的构建(反转录法)(反转录法)以目的基因转录成的以目的基因转录成的信使信使RNA为模板,再为模板,再反转反转录酶录酶的催化下反转录成互补的单链的催化下反转录成互补的单链DNA,然后在,然后在DNA聚合酶的作用下合成双链聚合酶的作用下合成双链DNA,即,即cDNA,从,从而获得所需的基因。而获得所需的基因。思考思考 为什么用生物发育某个时期的为什么用生物发育某个时期的mRNA反转反转录得的录得的DNA只有这种生物的部分基因?只有这种生物的部分基因?某个时期的发育是某个时期的发育是基因选择性表达基因选择性表达的结果的结果基因组基因组DNADNA文库文库cDNAcDNA
9、文库文库基因组基因组DNADNA文库与文库与cDNAcDNA文库的比较文库的比较小小大大无无有有无无有有某种生物的部分基因某种生物的部分基因 某种生物的全部基因某种生物的全部基因可以可以部分基因可以部分基因可以怎样从基因文库中得到我们所需的目怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢的基因呢?根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNAmRNA、基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。例例1、构建基因组构建基因组DNA文库时,首先应分离细胞文库时,首
10、先应分离细胞 ()A、染色体、染色体DNA B、线粒体、线粒体DNAC、总、总mRNA D、tRNA 例例2、目的基因可从基因文库中获得,下列有关基因目的基因可从基因文库中获得,下列有关基因 文库的描述正确的是(文库的描述正确的是()A、某生物的全套基因就是一个基因文库、某生物的全套基因就是一个基因文库B、将含有某种生物不同的许多、将含有某种生物不同的许多DNA片段,导入某个生片段,导入某个生 物物 体内,则这个生物就是一个基因文库体内,则这个生物就是一个基因文库C、含有一种生物所有基因的基因文库叫做基因组文库、含有一种生物所有基因的基因文库叫做基因组文库D、含有一种生物的一部分基因的基因文库
11、叫、含有一种生物的一部分基因的基因文库叫cDNA文库文库AC合作运用合作运用1 1、概念:、概念:PCRPCR全称为全称为_,是一项在生,是一项在生 物物_复制复制_的核酸合成技术的核酸合成技术 3 3、条件:、条件:2 2、原理:、原理:_多聚酶链式反应多聚酶链式反应体外体外特定特定DNA片段片段DNA复制复制(二二)利用利用PCRPCR技术技术扩增目的基因扩增目的基因模板模板(目的基因)(目的基因)原料原料(脱氧核苷酸脱氧核苷酸)引物引物(一小段单链(一小段单链DNADNA)热稳定热稳定DNADNA聚合酶(耐高温)聚合酶(耐高温)温度控制温度控制一段已知目的基因的核苷酸序列,一段已知目的基
12、因的核苷酸序列,以便合成引物。以便合成引物。(已知序列)(已知序列)新课教学新课教学PCR技术技术PCR扩增仪扩增仪 以以_方式扩增,方式扩增,即即_(n n为扩增循环的次数)为扩增循环的次数)指数指数2 2n n5、扩增形式、扩增形式在短时间内大量扩增目的基因在短时间内大量扩增目的基因6、扩增结果、扩增结果7 7、过程:、过程:a a、变性、变性(90-9590-95):双链):双链DNADNA模板在热作模板在热作 用下,用下,_断裂,形成断裂,形成_b b、退火(复性)、退火(复性)(55-6055-60):系统温度降低,引物):系统温度降低,引物 与与DNADNA模板结合,形成局部模板结
13、合,形成局部_。c c、延伸、延伸(70-7570-75):在):在TaqTaq酶的作用下,从酶的作用下,从 引物开始进行碱基互补配对,合成与引物开始进行碱基互补配对,合成与 模板互补的模板互补的_。氢键氢键单链单链DNA双链双链DNA链链n 过程变性、退火、延伸三步曲变性变性退火退火延伸延伸模板DNA95PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点50引物1引物2DNA引物PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点引物1引物2DNA引物72Taq酶Taq酶PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点72第1轮结束第2轮开始PCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PC
14、R的特点955072TaqTaqTaqTaqPCR的基本原理PCR反应条件PCR过程PCR的特点72第2轮结束PCR的基本反应步骤的基本反应步骤变性变性90-95C延伸延伸70-75C退火退火55-60CPCRPCR总结:总结:思考?思考?1 1个个DNADNA分子进行分子进行PCRPCR扩增扩增,循环循环4 4次,次,理论上至少需要几个引物?理论上至少需要几个引物?2(2n-1)(n为循环次数为循环次数)(24-1)2=30PCR技术扩增与技术扩增与DNA复制的比较复制的比较PCRPCR技术技术DNADNA复制复制相相同同点点原理原理原料原料条件条件不不同同点点解旋解旋方式方式场所场所酶酶结
15、果结果碱基互补配对碱基互补配对四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸模板、能量、酶模板、能量、酶DNADNA在高温下在高温下变性解旋变性解旋解旋酶催化解旋酶催化体外复制体外复制细胞核内细胞核内热稳定的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶 细胞内的细胞内的DNADNA聚合酶聚合酶大量的大量的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子例例1 1、PCRPCR技术扩增技术扩增DNA,DNA,需要的条件是(需要的条件是()目的基因目的基因 引物引物 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 DNADNA聚合酶等聚合酶等 mRNA mRNA 核糖体核糖体 A A、B B、C C、D D、A合作运用合作运用C 例例2
16、、多聚酶链式反应多聚酶链式反应(PCR)(PCR)是一种体外迅速扩增是一种体外迅速扩增DNADNA片片段的技术。段的技术。PCRPCR过程一般经历下述三十多次循环:过程一般经历下述三十多次循环:9595下使模板下使模板DNADNA变性、解链变性、解链5555下复性(引物与下复性(引物与DNADNA模板模板链结合)链结合)7272下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关链)。下列有关PCRPCR过程的叙述中不正确的是(过程的叙述中不正确的是()A A变性过程中破坏的是变性过程中破坏的是DNADNA分子内碱基对之间的氢键,分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶
17、实现也可利用解旋酶实现B B复性过程中引物与复性过程中引物与DNADNA模板链的结合是依靠碱基互补模板链的结合是依靠碱基互补 配对原则完成配对原则完成C C延伸过程中需要延伸过程中需要DNADNA聚合酶、聚合酶、ATPATP、四种核糖核苷酸、四种核糖核苷酸D DPCRPCR与细胞内与细胞内DNADNA复制相比所需要酶的最适温度较高复制相比所需要酶的最适温度较高合作运用合作运用(三)人工合成法(三)人工合成法DNA合成仪合成仪推测推测推测推测合成合成1 1、前提、前提:基因比较小、核苷酸序列已知基因比较小、核苷酸序列已知基因基因DNA的核苷酸的核苷酸序列序列(序列已知)(序列已知)2 2、方法:
18、、方法:通过通过DNADNA合成仪用化学方法直接合成目的基因合成仪用化学方法直接合成目的基因3 3、过程:、过程:新课教学新课教学1、如果不知道目的基因的核苷酸序列,可采、如果不知道目的基因的核苷酸序列,可采用用_总结:获取目的基因的三种方法应用总结:获取目的基因的三种方法应用1、如果知道目的基因两端的核苷酸序列,而、如果知道目的基因两端的核苷酸序列,而且基因比较大,可采用且基因比较大,可采用_ 2、如果知道目的基因的序列,而且基因比较、如果知道目的基因的序列,而且基因比较小,可采用小,可采用_PCR技术扩增技术扩增化学方法人工合成化学方法人工合成从基因文库获取的方法从基因文库获取的方法方法方
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