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1、第一章第一章 基因工程基因工程第一节第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生工具酶的发现和基因工程的诞生n现代生物学技术和生物工程现代生物学技术和生物工程n基因工程及理论基础基因工程及理论基础n工程酶的发现及作用工程酶的发现及作用n基因工程的诞生基因工程的诞生l限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶基因的剪刀基因的剪刀lDNA连接酶连接酶基因的针线基因的针线l质粒质粒基因的运载体基因的运载体n课堂练习课堂练习生物学技术生物学技术利用生物学手段利用生物学手段利用生物学手段利用生物学手段定向控制定向控制定向控制定向控制生物或生物或生物或生物或改造改造改造改造生物，以获得优生物，以获得优生物，以获得优生物，以
2、获得优良的良的良的良的生物生物生物生物或所需的或所需的或所需的或所需的生物产品生物产品生物产品生物产品现代生物学技术的特征现代生物学技术的特征对生物材料的机构进行对生物材料的机构进行对生物材料的机构进行对生物材料的机构进行拆分拆分拆分拆分、修改修改修改修改、增删增删增删增删、重组重组重组重组、探、探、探、探讨生物结构和功能的关系，并以此满足人类生存、健讨生物结构和功能的关系，并以此满足人类生存、健讨生物结构和功能的关系，并以此满足人类生存、健讨生物结构和功能的关系，并以此满足人类生存、健康、发展上的需求康、发展上的需求康、发展上的需求康、发展上的需求现代生物工程现代生物工程细胞工程和胚胎工程细
3、胞工程和胚胎工程细胞工程和胚胎工程细胞工程和胚胎工程 基因工程基因工程基因工程基因工程 发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程 蛋白质和酶工程蛋白质和酶工程蛋白质和酶工程蛋白质和酶工程 乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛（阿根廷）基因牛（阿根廷）基因牛（阿根廷）基因牛（阿根廷）转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄的番茄的番茄把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要把一种生物的基因转入另一种生物体
4、中，使其产生我们需要的的的的基因产物基因产物基因产物基因产物，或者让它获得新的，或者让它获得新的，或者让它获得新的，或者让它获得新的遗传性状遗传性状遗传性状遗传性状。其。其。其。其核心核心核心核心是是是是构建重构建重构建重构建重组组组组DNADNA分子分子分子分子（又称（又称（又称（又称重组重组重组重组DNADNA技术）技术）技术）技术） 。基因工程及理论基础基因工程及理论基础n基因工程的理论基础基因工程的理论基础基因工程的理论基础基因工程的理论基础基因工程的理论基础基因工程的理论基础n19531953年年年年DNADNA分子双螺旋结构的发现和分子双螺旋结构的发现和分子双螺旋结构的发现和分子双
5、螺旋结构的发现和DNADNA是是是是遗传物质的确立遗传物质的确立遗传物质的确立遗传物质的确立n2020世纪世纪世纪世纪6060年代遗传密码子的破译和年代遗传密码子的破译和年代遗传密码子的破译和年代遗传密码子的破译和“ “中心法则中心法则中心法则中心法则” ”的确立的确立的确立的确立所有生物的基因（所有生物的基因（所有生物的基因（所有生物的基因（DNADNA）都具有相同的化学组）都具有相同的化学组）都具有相同的化学组）都具有相同的化学组成成分和空间结构成成分和空间结构成成分和空间结构成成分和空间结构几乎所有生物都的基因复制、表达的机制都相几乎所有生物都的基因复制、表达的机制都相几乎所有生物都的基
6、因复制、表达的机制都相几乎所有生物都的基因复制、表达的机制都相同，并共用一套密码子同，并共用一套密码子同，并共用一套密码子同，并共用一套密码子n结论：结论：结论：结论：基因具有基因具有基因具有基因具有独立性独立性独立性独立性，可将一个基因转移到不同生物体内，可将一个基因转移到不同生物体内，可将一个基因转移到不同生物体内，可将一个基因转移到不同生物体内独立独立独立独立复制复制复制复制传递、并传递、并传递、并传递、并表达表达表达表达出自身出自身出自身出自身特定的基因产物特定的基因产物特定的基因产物特定的基因产物n转基因抗虫棉的培育转基因抗虫棉的培育转基因抗虫棉的培育转基因抗虫棉的培育转基因抗虫棉转
7、基因抗虫棉抗虫棉抗虫棉抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉普通棉普通棉pp如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNADNA分子中切割下来分子中切割下来分子中切割下来分子中切割下来pp如何将切下来的抗虫基因与运载体如何将切下来的抗虫基因与运载体如何将切下来的抗虫基因与运载体如何将切下来的抗虫基因与运载体DNADNA连接起来连接起来连接起来连接起来pp如何将重组的如何将重组的如何将重组的如何将重组的DNADNA运送到棉花细胞运送到棉花细胞运送到棉花细胞运送到棉花细胞“分子手术刀分
8、子手术刀分子手术刀分子手术刀” ”“分子缝合针分子缝合针分子缝合针分子缝合针” ”“分子运输车分子运输车分子运输车分子运输车” ”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） l分布分布分布分布l作用特点作用特点作用特点作用特点 l作用结果作用结果作用结果作用结果实例实例实例实例l种类种类种类种类l作用及作用部位作用及作用部位作用及作用部位作用及作用部位识别识别识别识别DNADNA分子中分子中分子中分子中某一特定的核苷酸序列某一特定的核苷酸序列某一特定的核苷酸序列某一特定的核苷酸序列并在特定并在特定并在特定并在特定位点将位点将位点将位点将DNADNA以一定的形式切开以一定的形式
9、切开以一定的形式切开以一定的形式切开的酶的酶的酶的酶 主要在主要在主要在主要在微生物微生物微生物微生物中中中中已经发现了已经发现了已经发现了已经发现了数千种数千种数千种数千种 切割切割切割切割DNADNA分子分子分子分子分子分子分子分子内部内部内部内部有有有有特异性特异性特异性特异性。即。即。即。即一种一种一种一种限制酶只能限制酶只能限制酶只能限制酶只能识别一种特识别一种特识别一种特识别一种特定核苷酸序列定核苷酸序列定核苷酸序列定核苷酸序列，并，并，并，并在特定的切点上切割在特定的切点上切割在特定的切点上切割在特定的切点上切割DNADNA分子分子分子分子产生产生产生产生黏性未端黏性未端黏性未端
10、黏性未端EcoREcoR BamHBamH 等等等等EcoRIA AGTTCCTTA A GCTTA AGGAATTC黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌中的一种限制酶中的一种限制酶中的一种限制酶中的一种限制酶识别识别识别识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在序列，并在序列，并在GG和和和和A A之间切开之间切开之间切开之间切开切开的切开的切开的切开的DNADNA两条单链的切口，两条单链的切口，两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们，他们，他们，他们之间正好之间正好之间正好之间
11、正好互补配对互补配对互补配对互补配对，这样的切，这样的切，这样的切，这样的切口叫口叫口叫口叫黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端l l不同不同不同不同DNADNA用用用用同一限制酶同一限制酶同一限制酶同一限制酶能够能够能够能够切出相同粘性末端切出相同粘性末端切出相同粘性末端切出相同粘性末端l l用特定内切酶可用特定内切酶可用特定内切酶可用特定内切酶可切取切取切取切取DNADNA分子中的分子中的分子中的分子中的含基因片段含基因片段含基因片段含基因片段切口切口切口切口BamHI识别识别识别识别GGATCCGGATCCGGATCCGGATCC序列，并在序列，并在序列，并在序列，并在G G G G和和和和
12、G G G G之间将其切开之间将其切开之间将其切开之间将其切开 G GA AG GT TC CC CC CC CT TA AG GG G基因基因基因基因1 1基因基因基因基因1 1l切取切取切取切取DNADNA上的一个基因上的一个基因上的一个基因上的一个基因CGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGT T A AA A T TGCGCGCTAATCGT T A AA A T TGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA同一限制酶切出相同粘性末端同一限制酶切出相同粘性末端DNA连接酶连接酶 n作用作用作用作用n连接部
13、位连接部位连接部位连接部位n注意：注意：注意：注意：CGGCCGTTAAAATTGCTATA将配对黏连后的两个相同的黏性末端将配对黏连后的两个相同的黏性末端将配对黏连后的两个相同的黏性末端将配对黏连后的两个相同的黏性末端连接连接连接连接起来起来起来起来两条链的骨架部分，形成两条链的骨架部分，形成两条链的骨架部分，形成两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNADNA连接酶的作用部位都连接酶的作用部位都连接酶的作用部位都连接酶的作用部位都是是是是磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键，只是一个是，只
14、是一个是，只是一个是，只是一个是切开切开切开切开，一个是，一个是，一个是，一个是连接连接连接连接基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体n作用作用作用作用n载体必须具备的条件载体必须具备的条件载体必须具备的条件载体必须具备的条件 利用它在受体细胞内利用它在受体细胞内利用它在受体细胞内利用它在受体细胞内对外源基因进行大量复制对外源基因进行大量复制对外源基因进行大量复制对外源基因进行大量复制 作为作为作为作为运载工具运载工具运载工具运载工具，将外源基因送入受体细胞，将外源基因送入受体细胞，将外源基因送入受体细胞，将外源基因送入受体细胞n常用种类常用种类常用种类常用种类质粒质粒质粒质粒、噬菌体和
15、某些动植物病毒、噬菌体和某些动植物病毒、噬菌体和某些动植物病毒、噬菌体和某些动植物病毒 能能能能在宿主细胞内自我复制在宿主细胞内自我复制在宿主细胞内自我复制在宿主细胞内自我复制 有一个或多个有一个或多个有一个或多个有一个或多个限制酶切点限制酶切点限制酶切点限制酶切点 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 对受体细胞无害对受体细胞无害对受体细胞无害对受体细胞无害 以便外源基因以便外源基因以便外源基因以便外源基因扩增扩增扩增扩增和和和和传递传递传递传递以便外源基因以便外源基因以便外源基因以便外源基因插入插入插入插入到载体上到载体上到载体上到载体上便于进行便于进行便于进行
16、便于进行筛选筛选筛选筛选n质粒是最好和最常用的运载体质粒是最好和最常用的运载体质粒是最好和最常用的运载体质粒是最好和最常用的运载体质粒质粒是是是是大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒，其中常其中常其中常其中常含有含有含有含有抗药基因抗药基因抗药基因抗药基因n思考：思考：思考：思考：质粒上存在的标记基质粒上存在的标记基质粒上存在的标记基质粒上存在的标记基因有什么用途？因有什么用途？因有什么用途？因有什么用途？ 可以检测质粒是否导入了受体可以检测质粒是否导入了受体可以检测质粒是否导入了受体可以检测质粒是否导入了受体细胞。细胞。细胞。细胞。 n结构结构结构结构n分布分布分布分布许
17、多许多许多许多细菌细菌细菌细菌及及及及酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌等生物中。等生物中。等生物中。等生物中。能自主复制的小型能自主复制的小型能自主复制的小型能自主复制的小型双链环状双链环状双链环状双链环状DNADNA分子分子分子分子n最常用的质粒最常用的质粒最常用的质粒最常用的质粒基因工程的诞生基因工程的诞生l l19721972年，斯坦福大学，年，斯坦福大学，年，斯坦福大学，年，斯坦福大学， 完成首次完成首次完成首次完成首次DNADNA的人工重组的人工重组的人工重组的人工重组l l19731973年，斯坦福大学，年，斯坦福大学，年，斯坦福大学，年，斯坦福大学， 首次完成细菌之间性状转移首次完成细菌
18、之间性状转移首次完成细菌之间性状转移首次完成细菌之间性状转移标志标志标志标志基因工程诞生基因工程诞生基因工程诞生基因工程诞生取出取出同一同一限制限制性核酸内性核酸内切酶处理切酶处理A含四环素抗性含四环素抗性基因质粒基因质粒B含卡那霉素抗含卡那霉素抗性基因质粒性基因质粒含相同粘含相同粘性末端性末端配对配对DNA连接酶连接酶移入大肠移入大肠杆菌杆菌同时抗四环素和卡那霉素同时抗四环素和卡那霉素1 1 1 1、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实
19、施该工程的最终目的是基因工程，实施该工程的最终目的是基因工程，实施该工程的最终目的是基因工程，实施该工程的最终目的是 A. A. A. A. 定向提取生物体的定向提取生物体的定向提取生物体的定向提取生物体的DNADNADNADNA分子分子分子分子 B. B. B. B. 定向地对定向地对定向地对定向地对DNADNADNADNA分子进行分子进行分子进行分子进行“剪切剪切剪切剪切” C. C. C. C. 在生物体外对在生物体外对在生物体外对在生物体外对DNADNADNADNA分子进行改造分子进行改造分子进行改造分子进行改造 D. D. D. D. 定向地改造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状
20、定向地改造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状2 2 2 2、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNADNADNADNA片段，片段，片段，片段，需使用需使用需使用需使用 A A A A、同种限制酶、同种限制酶、同种限制酶、同种限制酶 B. B. B. B. 两种限制酶两种限制酶两种限制酶两种限制酶 C C C C、同种连接酶、同种连接酶、同种连接酶、同种连接酶 D. D. D. D. 两种连接酶两种连接酶两种连接酶两种连接酶【答案：答案：答案：答案：D D】【答
21、案：答案：答案：答案：A A】练习练习3 3、基因工程又叫重组、基因工程又叫重组、基因工程又叫重组、基因工程又叫重组DNADNA技术。技术。技术。技术。 假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将切割后的载体与目的基因片段混合，并加入切割后的载体与目的基因片段混合，并加入切割后的载体与目的基因片段混合，并加入切割后的载体与目的基
22、因片段混合，并加入DNADNA连接酶。连接产物至少有连接酶。连接产物至少有连接酶。连接产物至少有连接酶。连接产物至少有 种环状种环状种环状种环状DNADNA分分分分子，它们分别是：子，它们分别是：子，它们分别是：子，它们分别是： 3 3运载体与运载体相连、目的基因与目的基运载体与运载体相连、目的基因与目的基运载体与运载体相连、目的基因与目的基运载体与运载体相连、目的基因与目的基因相连、运载体与目的基因相连因相连、运载体与目的基因相连因相连、运载体与目的基因相连因相连、运载体与目的基因相连4 4 4 4、下图是将人的生长激素基因导入、下图是将人的生长激素基因导入、下图是将人的生长激素基因导入、下
23、图是将人的生长激素基因导入B B B B细胞内制造细胞内制造细胞内制造细胞内制造“工程菌工程菌工程菌工程菌”示示示示意图，所用载体为质粒意图，所用载体为质粒意图，所用载体为质粒意图，所用载体为质粒A A A A。已知细菌。已知细菌。已知细菌。已知细菌B B B B细胞内不含质粒细胞内不含质粒细胞内不含质粒细胞内不含质粒A A A A，也不含也不含也不含也不含质粒质粒质粒质粒A A A A上的基因，质粒上的基因，质粒上的基因，质粒上的基因，质粒A A A A导入细菌导入细菌导入细菌导入细菌B B B B后，其上的基因能得到表达。后，其上的基因能得到表达。后，其上的基因能得到表达。后，其上的基因能
24、得到表达。请回答下列问题：请回答下列问题：请回答下列问题：请回答下列问题：(1)(1)(1)(1)若把通过鉴定证明导入了若把通过鉴定证明导入了若把通过鉴定证明导入了若把通过鉴定证明导入了普通质粒普通质粒普通质粒普通质粒A A A A或重组质粒的细菌或重组质粒的细菌或重组质粒的细菌或重组质粒的细菌放在含有氨苄青霉素的培养放在含有氨苄青霉素的培养放在含有氨苄青霉素的培养放在含有氨苄青霉素的培养基上培养，会发生的现象是：基上培养，会发生的现象是：基上培养，会发生的现象是：基上培养，会发生的现象是： 其原理是：其原理是：其原理是：其原理是： (2)(2)(2)(2)导入导入导入导入B B B B细胞中的目的基因成细胞中的目的基因成细胞中的目的基因成细胞中的目的基因成功表达的标志是：功表达的标志是：功表达的标志是：功表达的标志是： 有的能生长有的能生长有的能生长有的能生长, , , ,有的不能生长有的不能生长有的不能生长有的不能生长普通质粒含氨苄青霉素基因；普通质粒含氨苄青霉素基因；普通质粒含氨苄青霉素基因；普通质粒含氨苄青霉素基因；重组质粒氨苄青霉素基因被重组质粒氨苄青霉素基因被重组质粒氨苄青霉素基因被重组质粒氨苄青霉素基因被破坏。破坏。破坏。破坏。能能能能合成人的生长激素合成人的生长激素合成人的生长激素合成人的生长激素
