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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,抗虫棉,蓝色玫瑰,能生产胰岛素的大肠杆菌,转基因鼠,能发荧光的转基因猪,基因工程得以实现的理论基础： （1）所有生物DNA的化学组成和结构
2、相同。（为不同种生物DNA拼接成功提供物质基础） （2）所有生物共用一套遗传密码子。（为某生物的基因能够在其他生物细胞内正常指导蛋白质合成提供可能。）,都是以4种脱氧核苷酸为基本单位,都是双螺旋结构,基因工程的概念,基因工程：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,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，因此又叫作DNA重组技术或基因拼接技术。,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,获得人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,基因工程的概念,基
3、因工程培育抗虫棉的简要过程：,抗虫棉的培育有哪些关键步骤？,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,DNA 重组技术的基本工具,本节知识内容,1 DNA重组技术的基本工具,专题一 基因工程,“分子手术刀” 限制酶,“分子缝合针” DNA连接酶,“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并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,4000种。,1、来源：,2、种类：,3、作用：,4、结果：,形成两种末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,脱氧核苷酸的结构,G,A,3,5-磷酸二酯键,3端,5端,3端,5端,磷酸二酯键
4、,18,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GAATTC 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。,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
5、DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,限制性内切酶作用过程,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,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
6、，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,26,类型,来源,功能,相同点,差别,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,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),阅读课本第5页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容，填写下表,自主学习,G,连接酶连接磷酸二酯键,DNA连接酶的作用过程：,二、分子缝合针DNA连接酶,T,磷酸
7、二酯键,A,作用部位：,是磷酸二酯键（扶手） 不是氢键（梯子）,DNA连接酶将两条DNA链连接起来的酶。,DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点？,DNA连接酶,DNA聚合酶,连接DNA链,连接部位,双链,在两DNA片断之间形成磷酸二脂键,单链,将单个核苷酸加到已存在的核酸片断3末端形成磷酸二脂键,连接黏性末端,连接黏性末端和平末端,分类,作用,E.coli DNA连接酶,连接酶种类：,T4DNA连接酶,核苷酸分子的连接：,DNA聚合酶连接单链DNA 把单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上,三、分子运输车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
8、这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具就是载体。,基因工程的载体被喻为：,分子运输车,基因工程的载体来源：,作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？,质粒、噬菌体、动植物病毒,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、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核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。,1、能自我复制 2、具有一个或多个限制酶切点 3、具有遗传标记基因 4、对受体细胞无害、易分离
9、5、大小适合，便于操作,质粒作为运载体的条件？,在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在 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
10、。 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,“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片段，需使用（ ） 同种限制酶 B. 两种限制酶 同种连接酶
11、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,比较有关的DNA酶 （1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基 （2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。 （3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。 （4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。,
