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1、设想一,能否培养出具有抗虫 性状的抗虫棉呢？,胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。 而微生物生长迅速，容易控制。于是科学家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，并得以表达，就不仅能解决产量问题，还能大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。,设想二,能否让微生物产生出人的 胰岛素等珍贵药物？,这些定向改造基因 的设想能实现吗？,经过多年的努力，科学家终于在20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术 基因工程,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转基因实例,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,专题1 基因工程,
2、基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞中，定向地改造生物的遗传性状。,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,定向改造生物性状或获得基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,一、基因工程的概念,优点：, 定向改造生物性状, 克服远缘杂交不亲和的障碍, 育种周期短,
3、二、基因工程的诞生,（一）基础理论：,1、DNA是遗传物质的证明 2、DNA双螺旋结构和中心法则的确立 3、遗传密码的破译,（二）技术发明：,1、基因转移载体的发现 2、工具酶的发明 3、DNA合成和测序技术的发明 4、DNA体外重组的实现 5、重组DNA表达实验的成功 6、第一例转基因生物的问世 7、PCR技术的发明,（二）技术发明：,1 DNA重组技术的基本工具,培育抗虫棉需要哪些工具？,细菌,供体细胞,取出质粒,取出DNA,用限制酶切断DNA,用连接酶连接目的基因,将重组DNA导入受体细胞,扩增,基因工程图解,限制性内切酶作用过程,点击播放,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并
4、且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要是原核生物,约4000多种。,4、来源：,5、种类：,1、作用：,2、结果：,形成两种末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,3、特点：,具有专一性（特异性）,G,A,3,5-磷酸二酯键,3端,5端,3端,5端,磷酸二酯键,17,仔细观察各限制酶 识别的特定序列有何 特点？,限制酶的识别序列,限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 ，称为回文序列,中轴线,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAA
5、TTC 序列，并在G和A之间切开。,EcoRI限制酶的作用,黏性末端,黏性末端,EcoRI限制酶的切割,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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,中轴线,SmaI限制酶的作用,在G与C之间切割,平末端平末端,SmaI限制酶的切割,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。,思考,在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一种 生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？ 那么这类生物为什么没有在长期的进化过程中被外源 DNA的入侵而
6、灭绝，它们有何保护机制？,限制酶切割外源DNA,使之失效， 从而达到保护自身的目的！,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？,原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会 利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切 割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的 目的。,寻根问底,为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？,通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将
7、甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。,基因的针线：DNA连接酶,两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来,DNA连接酶的缝合作用,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口，但不能连接单链DNA！,把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯键,DNA连接酶的作用,限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？,连接黏性末端,连接黏性
8、末端和平末端,分类,作用,E.coli DNA连接酶,连接酶,T4DNA连接酶,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低,DNA连接酶的缝合作用,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类： 2、作用部位：,两类,是磷酸二酯键（扶手） 不是氢键（梯子）,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA聚合酶的作用,返回,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D
9、NA的一条链,基因工程,DNA复制,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,基因进入受体细胞的载体,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是载体。,基因工程的载体被喻为：,分子运输车,作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？,议一议,2、能否用SARS病毒作为基因载体？,3、作为载体，若没有切割位点将怎样？,4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？,5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？,1、从化学组成来看
10、，载体应含有什么成分？,双链DNA,不能,不能进行DNA的重组,载体上应有标记基因,可能造成基因丢失,载体的作用,载体的必要条件,载体的种类,阅读课本第6页“分子运输车”运载体的相关内容，填写下表,自主学习,1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2）具一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。 4）对受体细胞无害。,1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中 2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制,质粒 病毒：噬菌体衍生物、动植物病毒等。,有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。,有切割位点,能复制并带着插入的目的基因一起复制,质粒裸露的、结构
11、简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。,最常用运载体质粒,实际上在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。,课本知识回顾,基因工程又叫做 或 。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加以 _，然后放到另一种生物的细胞里， 改造生物的遗传性状。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,修饰改造,定向地,DNA 重组技术的基本工具,“分子手术刀” ,“分子缝合针” ,“分子运输车”,限制（性核酸内切）酶,DNA连接酶,基因进入受体细胞的载体,限制性核酸内切酶,主要是从 的一种酶。 识别双链DNA 分子的
12、某种 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 形成两种末端,原核生物中分离纯化出来,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,粘性末端,平末端,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类： 2、作用部位：,两类,连接黏性末端,Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,磷酸二酯键,连接黏性末端和平末端,基因进入受体细胞的载体,通常有三种: 作为载体的条件： 在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在,质粒,噬菌体衍生物,动植物病毒,天然质粒,人工改造,的,能自我复制；有切割位点； 有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离,基础上进行过,，在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA
13、片段，需使用（ ） 同种限制酶 B. 两种限制酶 同种连接酶 D. 两种连接酶,不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,练习,3) 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,练习,限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。 （1）请画出质粒被限制酶切割
14、后所形成的黏性末端。 （2）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。 （3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？,可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）,小试身手,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.520.9.5Saturday, September 5, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11:02:4011:02:4011:029/5/2020 11:02:40 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.511:02:4011:02Sep-205-Sep-2
15、0 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。11:02:4011:02:4011:02Saturday, September 5, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.520.9.511:02:4011:02:40September 5, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月5日星期六上午11时2分40秒11:02:4020.9.5 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月上午11时2分20.9.511:02September 5, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月5日星期六11时2分40秒
16、11:02:405 September 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午11时2分40秒上午11时2分11:02:4020.9.5 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/5/2020 11:02:40 AM11:02:402020/9/5 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/5/2020 11:02 AM9/5/2020 11:02 AM20.9.520.9.5 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。5-Sep-205 September 202020.9.5 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, September 5, 20205-Sep-2020.9.5 14、
