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1、灵山中学生物组灵山中学生物组 温承焊温承焊专题专题1 基因工程基因工程1设想一 能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？2 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能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？胰岛素等珍贵药物？3 这些定向改造基因的设想能实现吗？ 经过多年的努力，科学家经过多年的努力，科学家终于终于在在2020世纪世纪7070年代创立了年代创立了可以可以定向改造
2、定向改造生物的新技术生物的新技术 基因工程基因工程4专题专题1 1 基因工程基因工程 基基因因工工程程是是指指按按照照人人们们的的愿愿望望，进进行行严严格格的的设设计计，并并通通过过体体外外DNADNA重重组组和和转转基基因因等等技技术术，赋赋予予生生物物以以新新的的遗遗传传特特性性，从从而而创创造造出出更更符符合合人人们们需需要要的的新新的的生生物物类类型型和和生生物物产产品品。由由于于基基因因工工程程是是在在DNADNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计和和施施工工的的，因因此又叫做此又叫做DNADNA重组技术重组技术。 5基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云
3、金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因普通棉花普通棉花(无抗虫特性)棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因)与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNADNADNA拼接，导入拼接，导入拼接，导入拼接，导入棉花植株棉花植株(有抗虫特性)表达表达表达表达培育抗虫棉需要哪些工具？培育抗虫棉需要哪些工具？6DNA DNA 重组技术的基本工具重组技术的基本工具1 DNA1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具专题一专题一 基因工程基因工程“分子手术刀分子手术刀” ” 限制酶限制酶 “分子缝合针分子缝合针” ” DNADNA连接酶连接酶 “分子运输车分子运输车” 基因进入受体细胞的载体基因进
4、入受体细胞的载体 7细菌细菌供体细胞供体细胞取出质粒取出质粒取出取出DNA用限制酶切断用限制酶切断DNA用连接酶连用连接酶连接目的基因接目的基因将重组将重组DNA导导入受体细胞入受体细胞扩扩增增8阅读课本阅读课本4-5页页“限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶分子分子手术刀手术刀”的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习主要从主要从原核生物原核生物中分离纯化而来中分离纯化而来已经分离出大约已经分离出大约4000种种1、识别双链、识别双链DNA分子的某种特定核分子的某种特定核苷酸序列苷酸序列2、使每一条链中使每一条链中特定部位特定部位的两个核的两个核苷酸之间的苷酸之间的磷酸二酯键磷酸
5、二酯键断开。断开。形成两种末端：黏性末端或形成两种末端：黏性末端或形成两种末端：黏性末端或形成两种末端：黏性末端或平末端平末端平末端平末端912345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构10 G1234512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯键键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键1112仔细观察各限制酶仔细观察各限制酶 识别的特定序列有识别的特定序列有何何 特点？特点？限制酶的识别序列限制酶的识别序列限制酶所识别的序列的特点是：限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是呈现碱基互补对称，无论是6个个碱基还是碱基还是4个碱基，都可以找到个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的一条中心
6、轴线，中轴线两侧的双链双链DNA上的碱基是上的碱基是反向对称反向对称重复重复排列的排列的 ，称为，称为回文序列回文序列12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。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用13黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切限制酶的切割割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。14SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之
7、间切开。中轴线SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G与C之间切割15平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端SmaISmaI限制酶的切限制酶的切割割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNADNA两两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端平末端。16你能推测限制酶存在于原核生物中的你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？作用是什么吗？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵，的入侵，但生物但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机在长期的进化过程中形成了一套完善的
8、防御机制，以防止外来病原物的侵害。制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是细就是细菌的一种菌的一种防御性工具，防御性工具，当外源当外源DNA侵入时，会侵入时，会利用限制酶利用限制酶将外源将外源DNA切割掉，切割掉，以保证自身的以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNA、使之失效，使之失效，从而达到从而达到保护自身保护自身的的目的。目的。寻根问底寻根问底为什么限制酶不剪切细菌本身的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通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其的细胞，其DNADNA分子中
9、分子中不具备这种限制酶不具备这种限制酶的识别切割序列的识别切割序列，或者，或者通过甲基化酶将甲通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，并被切断，并且可以防止外源且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 17基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A
10、T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割1819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)阅读课本第阅读课本第5页页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习19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DNADNA连接酶的作用连接酶的作用20两两DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合
11、作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNADNA中的中的DNADNA单链缺口，单链缺口，但不能连接单链但不能连接单链DNADNA！21DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？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DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用22都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链链基因工程基因工程DNA复制复制D
12、NA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将只能将单个核苷单个核苷酸酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键23核苷酸分子的连接：核苷酸分子的连接：ATGCATGCDNADNA聚合酶连接单链聚合酶连接单链DNADNA把单个脱氧核苷酸连接到把单个脱氧核苷酸连接到DNADNA片段上片段上24A A T T A A T T G GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用聚合酶的作用返回返回25
13、议一议议一议2 2 2 2、能否用、能否用、能否用、能否用SARSSARSSARSSARS病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？3 3 3 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？4 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？如何鉴定？如何鉴定？如何鉴定？5 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，
14、、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？将怎样？将怎样？将怎样？1 1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？双链双链双链双链DNADNADNADNA不能不能不能不能不能进行不能进行不能进行不能进行DNADNADNADNA的重组的重组的重组的重组载体上应有标记基因载体上应有标记基因载体上应有标记基因载体上应有标记基因可能造成基因丢失可能造成基因丢失可能造成基因丢失可能造成基因丢失26载体的作用载体的作用载体的必载体的必要条件要条件载体的种类
15、载体的种类阅读课本第阅读课本第6页页“分子运输车分子运输车”运载体运载体的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习1 1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制复制复制并稳定地并稳定地并稳定地并稳定地保存保存保存保存。2 2）具多个）具多个）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点限制酶切点限制酶切点，以，以，以，以便与外源基因连接便与外源基因连接便与外源基因连接便与外源基因连接。3 3）具有某些）具有某些）具有某些）具有某些标记基因标记基因标记基因标记基因，便于进行，便于进行，便于进行，便于进行鉴定鉴定鉴定鉴定和和和和选择选择选择选择。4 4）
16、必须是）必须是）必须是）必须是安全安全安全安全的的的的 ，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞无害无害无害无害。5 5）载体）载体）载体）载体DNA DNA 分子应分子应分子应分子应大小适中大小适中大小适中大小适中，以便于，以便于，以便于，以便于提取提取提取提取和和和和操作操作操作操作1 1）作为）作为）作为）作为运载工具运载工具运载工具运载工具，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中2 2）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行大量复制大量复制大量
17、复制大量复制细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物、动植物病毒等。、动植物病毒等。 27有标记基因的存有标记基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培养基鉴别。素的培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并之外，并具有具有自我复制能力自我复制能力的很小的双链环状的很小的双链环状DNA分子。分子。最常用运载体最常用运载体质粒质粒 实际上在基因实际上在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作载真正被用作载体的质粒
18、，都体的质粒，都是在天然质粒是在天然质粒的基础上进行的基础上进行过人工改造的。过人工改造的。28限制性内切酶限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATCC，限制，限制性内切酶性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在质粒上有。在质粒上有酶酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。的切点。（1）请画出质粒被限制酶）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性切割后所形成的黏性末端。末端。（3）在）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形连接酶作用下，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？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）性末端是相同的（或是可以互补的） 小试身手小试身手29
