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1、第第2节节 基因工程及其应用基因工程及其应用第第6章章 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程微生物可以快速繁殖并分泌产物微生物可以快速繁殖并分泌产物 以往，治疗糖尿病以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从中提取的，从100100千克千克猪、牛等动物的胰腺只猪、牛等动物的胰腺只能提取能提取4 45 5克胰岛素，克胰岛素，治疗一个患者需宰杀治疗一个患者需宰杀40405050头牛，用这种方法头牛，用这种方法生产的胰岛素产量低，生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远远不能满价格昂贵，远远不能满足需求。足需求。【资料分析资料分析】由此我们可以提出什么对人类有益的设想呢？由此我
2、们可以提出什么对人类有益的设想呢？设想（2 2）能否让水稻等植物也能够固定空气中的氮？）能否让水稻等植物也能够固定空气中的氮？）能否让水稻等植物也能够固定空气中的氮？）能否让水稻等植物也能够固定空气中的氮？（3 3）能否让人拥有鹰的眼睛、狼的耳朵，豹的）能否让人拥有鹰的眼睛、狼的耳朵，豹的）能否让人拥有鹰的眼睛、狼的耳朵，豹的）能否让人拥有鹰的眼睛、狼的耳朵，豹的速度，熊的力量速度，熊的力量速度，熊的力量速度，熊的力量（1 1）能否让微生物产生出人的胰岛素呢？）能否让微生物产生出人的胰岛素呢？）能否让微生物产生出人的胰岛素呢？）能否让微生物产生出人的胰岛素呢？ 经过科学家们的努力，一些设想已经
3、经过科学家们的努力，一些设想已经经过科学家们的努力，一些设想已经经过科学家们的努力，一些设想已经成为了现实。下面我们就来看看课本成为了现实。下面我们就来看看课本成为了现实。下面我们就来看看课本成为了现实。下面我们就来看看课本“ “问问问问题探讨题探讨题探讨题探讨” ”中中中中实例实例实例实例。为什么能把一种生物的基因为什么能把一种生物的基因“嫁接嫁接”到另一种生物上呢？到另一种生物上呢？ 不同生物的不同生物的DNADNA在在结构上是统一性的；几结构上是统一性的；几乎所有的生物都共用一乎所有的生物都共用一套密码子。套密码子。 问题探讨问题探讨“嫁接嫁接”了人胰岛素了人胰岛素基因的大肠杆菌基因的大
4、肠杆菌这种这种“嫁接嫁接”是如何实现的呢，杂交育种是如何实现的呢，杂交育种可以做到吗？可以做到吗？提示：从不同生物的提示：从不同生物的DNADNA分子结分子结构特点和构特点和不同生物不同生物基因表达所用基因表达所用的密码子特点进行分析。的密码子特点进行分析。1 1、概念：、概念：一、基因工程的概念一、基因工程的概念3 3、基本原理：、基本原理：基因重组基因重组操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程优点优点2 2、对概念的理解、对概念的理解基因基因可以定向地改造生物的遗传性状，可以定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。剪切剪切拼接拼接导入
5、导入表达表达分子水平分子水平生物体外生物体外二、基因工程的基本工具二、基因工程的基本工具1 1、基因的、基因的“剪刀剪刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制性核酸内切酶（简称限制酶）2 2、基因的、基因的“针线针线”DNADNA连接酶连接酶3 3、基因的运载体、基因的运载体（1 1）特性：）特性：专一性专一性，即一种限制酶只能识别一，即一种限制酶只能识别一种种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并在，并在特定的特定的切点上切割切点上切割DNADNA分子。分子。 （2 2）来源：）来源：主要来源于微生物。主要来源于微生物。（3 3）实实例例：大肠杆菌的大肠杆菌的EcoREcoR限制酶能专一识限制
6、酶能专一识别别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间将这段序列切开。之间将这段序列切开。 1 1、基因的、基因的“剪刀剪刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制性核酸内切酶（简称限制酶）（1 1）切割后产生的两个黏性末端有什么特点？）切割后产生的两个黏性末端有什么特点？思考思考:（2 2）要想从）要想从DNADNA分子中部剪切下某个目的基因，分子中部剪切下某个目的基因，需要几个切口，产生几个黏性末端？需要几个切口，产生几个黏性末端？是相同的是相同的2 2个个 4 4个个黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端2 2、基因的、基因的“针线针线”DNADNA连接酶连接酶碱基互补配
7、对形成氢键碱基互补配对形成氢键（1 1）两种来源不同的）两种来源不同的DNADNA用同种限制酶切割用同种限制酶切割后，黏性末端通过什么方式连接起来？后，黏性末端通过什么方式连接起来？提问：提问：磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键氢键氢键氢键连接过程：连接过程：动画动画（2 2）DNADNA连接酶连接的是什么部位连接酶连接的是什么部位? ?连接脱氧核糖与磷酸之间的缺口连接脱氧核糖与磷酸之间的缺口 接下来我们通过构建一个模型来练习一下限制酶和接下来我们通过构建一个模型来练习一下限制酶和DNADNA连接酶的使用。连接酶的使用。以以EcoRI 为例构建
8、重组为例构建重组DNA分子模型分子模型 【模型构建模型构建】（1 1）使用使用EcoRIEcoRI 切割切割DNADNA分子分子（2 2）模拟用）模拟用DNADNA连接酶连接连接酶连接DNADNA片段片段如何将外源基因送入受体细胞呢？如何将外源基因送入受体细胞呢？3 3、基因的运载体、基因的运载体（1 1）作用：）作用：将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。（2 2）常见种类：）常见种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒等。、噬菌体和动植物病毒等。（3 3）质粒）质粒本质：存在于许多细菌本质：存在于许多细菌及酵母菌等生物的细胞及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外中，是拟核或细胞核外能
9、够自主复制的很小的能够自主复制的很小的环状环状DNADNA分子。分子。结构：见右图结构：见右图大肠杆菌质粒的分子结构示意图大肠杆菌质粒的分子结构示意图 根据质粒的结构及其作用，推测根据质粒的结构及其作用，推测运载体应该具有什么特点运载体应该具有什么特点? ?1 1、能够在宿主细胞内复制并、能够在宿主细胞内复制并稳定保存；稳定保存；、具有一个或多个限制酶、具有一个或多个限制酶切割位点，以便与外源基因切割位点，以便与外源基因相连；相连； 、具有标记基因，便于进、具有标记基因，便于进行筛选。行筛选。提取提取目的基因目的基因1目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合2将目的基因将目的基因导入导入受体细
10、胞受体细胞3目的基因的目的基因的检测检测和和鉴定鉴定4三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤提取目的基因提取目的基因目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞目的基因的目的基因的检测和鉴定检测和鉴定提取目的基因提取目的基因目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞提取目的基因提取目的基因目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合目的基因的目的基因的检测和鉴定检测和鉴定将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞提取目的基因提取目的基因目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合基基因因工工程程基因工程的概念基因
11、工程的概念基因工程的原理基因工程的原理基因工程的基因工程的基本工具基本工具基因工程的基因工程的操作步骤操作步骤DNADNA连接酶连接酶运载体运载体限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶目的基因的检测和鉴定目的基因的检测和鉴定将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞提取目的基因提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合1 1下列有关基因工程技术的正确叙述是下列有关基因工程技术的正确叙述是( )( )A A、重组、重组DNADNA技术所用的工具酶是限制酶、连接技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体酶和运载体B B、所有的限制酶都只能识别同一种特定的核、所有的限制酶都只能识别同一种特定的核
12、苷酸序列苷酸序列C C、选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为、选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快细菌繁殖快D D、只要目的基因进入了受体细胞就能成功实、只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达现表达C C【课堂巩固课堂巩固】2 2下列黏性末端最可能由同一种限制酶切割下列黏性末端最可能由同一种限制酶切割而成的是而成的是( () )B BA A B B C C D D限制酶限制酶（EcoREcoR）作用过程作用过程DNADNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG （1 1）使用使用EcoRIEcoRI 切割切割DNADNA分子分子CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 黏性末端黏性末端目的基因目的基因GGCATCTTAAAATTCCGTAG （2 2）模拟用）模拟用DNADNA连接酶连接连接酶连接DNADNA片段片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNADNA分子分子甲片段甲片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG TAAGAGGGAGTCCCTCTTAA AATTCTCCCTGAGGGAGAAT乙片段乙片段TAAGAGGGAGTCCCTCTTAA 乙片段乙片段
