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1、The camelecow,基因工程的产物,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于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。,每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取45g。,1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。,治疗糖尿病特效药,据WTO调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。,胰岛素,思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状 在另一种生物中表达。这些性
2、状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？,密码子在生物界是 的！,通用,问题探讨：,苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。 想一想需要做哪些关键工作？,普通棉花 抗虫棉,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,在以上过程中关键步骤或难点是什么？,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,通过运载体导入,转基因棉花含抗虫基因,转基因棉花产生毒蛋白,转基因棉花有抗虫特性,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,抗虫基因与棉花DNA“缝合”,关键步骤三：,抗虫基因
3、进入棉花细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,“分子手术刀” 限制性核酸内切酶,“分子缝合针” DNA连接酶,“分子运输车” 基因进入受体细胞的运载体,1.1、DNA重组技术的基本工具,什么叫基因工程？,基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。,基因工程的概念,基因工程的概念,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,（一）基因的剪刀
4、限制性内切酶（简称限制酶）,基因操作的工具,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶识别GAATTC序列并在G和A之间切开。,基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）,限制酶,1、来源：,主要来自原核生物,2、特点：,具有专一性（特异性）,表现在两方面：,(1)识别双链DNA中特定核苷酸序列,(2)切割特定序列中的特定位点,3、作用：,特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键断开,4、结果：,产生黏性末端或平末端,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。,EcoR,黏性末端,黏性末端,Sma,平末端 平末端,什么叫平末端？,
5、要切两个切口，产生几个 黏性末端？,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,四个,（二）“分子缝合针”DNA连接酶,1、种类：, Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶,2、作用：,作用:,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.,作用原理：,催化磷酸二酯键形成,T,磷酸二酯键,A,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶 或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“
6、缝合”起来，但效率较低,基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,EcoliDNA连接酶与T4DNA连接酶比较,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复 磷酸 二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率较低),相同点,差别,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?,1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,2)以一条DN
7、A链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链,2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,限制性内切酶与DNA解旋酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键,将DNA两条链的氢键打开形成两条单链,2,7,4,8,3,6,1,5,Go back,DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？,迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,基因操作的工具,（三）导入过程需要运输工具运载体。,运载体,作用： 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。条件
8、：,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运载体。,将外源基因送入受体细胞。,运载体需要的条件：有1多个限制酶切点对受体细胞无害导入基因能在受体细胞中复制、表达有某些标记基因，便于筛选 常用运载体：细菌的质粒噬菌体或某些动植物病毒,假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？,作为分子运输车载体，如果没有切割位点将会怎样？,霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？,目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？,3.载体的作用：a、将外源基因转移到受体细胞中去。b、利用运
9、载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。,2.常用的运载体有：人工改造的质粒，动植物病毒， 噬菌体的衍生物等,最常用的质粒大肠杆菌的质粒,试分析其作为载体的优点？,（1）在受体细胞中稳定存在，能自我复制（2）有一个或多个切割位点（3）有标记基因（4）对受体细胞无害,天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？,提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：,（1）在受体细胞中稳定存在，能自我复制 （2）有一个或多个切割位点 （3）有标记基因 （4）对受体细胞无害,因此，作为运载体都是人工改造过的。,1.以下说法正确的是 （ ）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,C,练习,2.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.有关基因工程的叙述中，错误的是（ ）A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种B、重组DNA的形成在细胞内完成C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、质粒都可作为运载体,B D,练习,
