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1、生物生物 选修选修3 3现代生物科技专题现代生物科技专题选修三专题一基因工程课件目 录q专题1 基因工程q专题2 细胞工程q专题3 胚胎工程q专题4 生物技术的安全性和伦理问题q专题5 生态工程选修三专题一基因工程课件专题1 基因工程选修三专题一基因工程课件基础理论和技术的发展催生了基因工程20世纪中叶，基础理论取得了重大突破q1.DNA是遗传物质的证明q2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立q3.遗传密码的破译选修三专题一基因工程课件技术发明使基因工程的实施成为可能q1.基因转移载体的发现q2.工具酶的发现q3.DNA合成和测序技术的发明q4.DNA体外重组的实现q5.重组DNA表达实验的成功
2、q6.第一例转基因动物问世q7.PCR技术的发明选修三专题一基因工程课件基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。选修三专题一基因工程课件基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果基因拼接技术或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 表达基因重组基因工程的概念选修三专题一基因工程课件 转基因抗虫棉花转入苏云金杆菌的一个抗虫基因，是中国目前最主要的转基因作物。 选修三专题一基因工程课件基因工程培育抗虫棉的简
3、要过程：普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )苏云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与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞( (含含抗虫基因抗虫基因) )棉花植株棉花植株( (有有抗虫特性抗虫特性) )上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？选修三专题一基因工程课件关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来。提取出来。关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNA连接连接。关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导
4、入导入受体（棉花）细胞。受体（棉花）细胞。通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键的步骤是什么？关键步骤一的工具：基因的关键步骤一的工具：基因的剪刀剪刀限制性内切酶。限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的关键步骤二的工具：基因的针线针线DNADNA连接酶。连接酶。关键步骤三的工具：基因的关键步骤三的工具：基因的运输工具运输工具运载体。运载体。选修三专题一基因工程课件1.1 DNA重组技术的基本工具基本工具：q限制性核酸内切酶“分子手术刀”qDNA连接酶“分子缝合针”q基因进入受体细胞的载体“分子运输车”选修三专题一基因工程课件选修三专题一基因工程课件识别双链识别双链识别双链识别双链DNADNADN
5、ADNA分子的某种特定的核苷酸序分子的某种特定的核苷酸序分子的某种特定的核苷酸序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列，并且使每一条链中特定部位的两个列，并且使每一条链中特定部位的两个列，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。核苷酸之间的磷酸二酯键断开。核苷酸之间的磷酸二酯键断开。核苷酸之间的磷酸二酯键断开。主要是从原核生物中分离纯化出来的一主要是从原核生物中分离纯化出来的一主要是从原核生物中分离纯化出来的一主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。能将外来的种酶。能将外来的种酶。能将外来的种酶。能将外来的DNADNADNADNA切断，由于这种切断，由于
6、这种切断，由于这种切断，由于这种切割作用是在切割作用是在切割作用是在切割作用是在DNADNADNADNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。名限制性核酸内切酶。名限制性核酸内切酶。名限制性核酸内切酶。40004000种。种。 1 1、来源：、来源： 2 2、种类：、种类：3 3、作用：、作用：4 4、结果：、结果：形成两种末端形成两种末端形成两种末端形成两种末端粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端平末端平末端平末端平末端限制性核酸内切酶选修三专题一基因工程课件什么叫磷酸二酯键？选修三专题一基因工程课件 T磷磷酸酸二二酯酯键键123451234
7、5 A选修三专题一基因工程课件大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别 GAATTCGAATTC序列序列，并在，并在G G和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶什么叫黏性末端？选修三专题一基因工程课件限制限制限制限制酶酶酶酶什么叫黏性末端？选修三专题一基因工程课件被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口，带两条单链的切口，带有几个有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间，他们之间正好互补正好互补配对配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。什么叫黏性末端？选修三专题一基因工程课件什么叫平末端？当限制酶当限制酶从识别序列的中心
8、轴线处切开时，从识别序列的中心轴线处切开时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是两条单链的切口，是平整平整的，的，这样的切口叫这样的切口叫平末端平末端。选修三专题一基因工程课件切割切割切割切割DNADNADNADNA分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端选修三专题一基因工程课件 限制酶所识别的序列有什么特点？q限制酶所识别的序列，无论是限制酶所识别的序列，无论是6 6个碱基还是个碱基还是4 4个碱基，都可以找到一条个碱基，都可以找到一条中心轴线中心轴线, ,中轴线中轴线两侧的双链两侧的双链DNADNA上的碱基是反向对称重复排上的碱
9、基是反向对称重复排列的。列的。选修三专题一基因工程课件中轴线两侧的双链中轴线两侧的双链中轴线两侧的双链中轴线两侧的双链DNADNADNADNA上的碱基是反向对称排列的。上的碱基是反向对称排列的。上的碱基是反向对称排列的。上的碱基是反向对称排列的。选修三专题一基因工程课件q用同一种限制性酶处理不同用同一种限制性酶处理不同DNADNA片段，会形片段，会形成成同样的黏性末端同样的黏性末端，可进行重组。，可进行重组。选修三专题一基因工程课件 原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNADNA的入的入侵，限制酶是原核生物的一种侵，限制酶是原核生物的一种防御性工防御性工具具，当外源，当外源D
10、NADNA侵入时，会利用限制酶侵入时，会利用限制酶将外源将外源DNADNA切割掉，使之失效，达到保切割掉，使之失效，达到保证自身的安全的目的。证自身的安全的目的。限制酶在原核生物中的作用是什么？选修三专题一基因工程课件q因为微生物在长期的进化过程中形成了因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的一套完善的防御机制防御机制，对于外源入侵的，对于外源入侵的DNADNA可以降解；含有某种限制酶的细胞，可以降解；含有某种限制酶的细胞，其其DNADNA分子中或者分子中或者不具备这种限制酶的不具备这种限制酶的识别切割序列识别切割序列，或者通过甲基化酶，或者通过甲基化酶将甲将甲基转移到所识别序列的碱基上基
11、转移到所识别序列的碱基上，使限制，使限制酶不能将其切开。酶不能将其切开。为什么细菌中限制酶不剪切本身的DNA？选修三专题一基因工程课件qEcoli DNA 连接酶qT4 DNA 连接酶DNA连接酶选修三专题一基因工程课件作用部位：作用部位：磷酸二酯键磷酸二酯键 DNADNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的这样一个重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。DNA连接酶选修三专题一基因工程课件区别：区别：qqEcoliEcoli DNA DNA 连接酶连接酶qq 只能将
12、双链只能将双链DNADNA片段互补的粘性末端之片段互补的粘性末端之间连接起来，不能将双链间连接起来，不能将双链DNADNA片段平末端之片段平末端之间进行连接间进行连接qqT T4 4 DNA DNA 连接酶连接酶qq 既可既可“ “缝合缝合” ”双链双链DNADNA片段互补的黏性片段互补的黏性末端，又可以末端，又可以“ “缝合缝合” ”双链双链DNADNA片段的平末片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低端，但连接平末端之间的效率比较低DNA连接酶选修三专题一基因工程课件 DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？q相同点：相同点：q两者都是形成磷酸二酯键。两者都是形成磷酸二酯键。q不同点：不同
13、点：qDNADNA连接酶连接酶: :是将是将DNADNA双链上的两个缺口同双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板。时连接起来，不需要模板。 qDNADNA聚合酶聚合酶: :是以一条是以一条DNADNA链为模板，将单链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合个核苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的成的DNADNA单链中，形成一条与模板链互补单链中，形成一条与模板链互补的的DNADNA链；链；选修三专题一基因工程课件DNADNA聚合酶聚合酶: :是以一条是以一条DNADNA链为模板，将单个核链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的DNADNA单单
14、链中，形成一条与模板链互补的链中，形成一条与模板链互补的DNADNA链；链；选修三专题一基因工程课件基因进入受体细胞的运载体q常用运载体：常用运载体：质粒质粒、 噬菌体衍生物、噬菌体衍生物、 动植物病毒动植物病毒q质粒质粒q存在：主要存在于存在：主要存在于细菌细菌的染色体的染色体以外。以外。q特性：是很小的特性：是很小的环状环状DNADNA分子，在细胞分子，在细胞染色体外能够染色体外能够自我复制自我复制。选修三专题一基因工程课件大肠杆菌质粒的分子结构示意图选修三专题一基因工程课件大肠杆菌质粒的分子结构示意图选修三专题一基因工程课件作为运载体的条件：q（1 1）必需有一个或多个限制酶的切割必需有
15、一个或多个限制酶的切割位点位点，以便目的基因可以插入到运载体，以便目的基因可以插入到运载体上去。上去。q（2 2）必需具备自我复制的能力必需具备自我复制的能力，或整，或整合到受体染色体合到受体染色体DNADNA上随染色体上随染色体DNADNA的复的复制而同步复制。制而同步复制。 q（3 3）必需带有标记基因必需带有标记基因，以便重组后，以便重组后进行重组进行重组DNADNA分子的辨认和筛选。分子的辨认和筛选。选修三专题一基因工程课件q（4 4）必需是安全的，不会对受体细胞必需是安全的，不会对受体细胞有害有害，也就是能够安全地，也就是能够安全地“借居借居”在在受体细胞中。受体细胞中。q（5 5）
16、分子大小应适合分子大小应适合，以便提取和在，以便提取和在体外进行操作。体外进行操作。q实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒DNADNA分子并不完分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。后才能用于基因工程操作。选修三专题一基因工程课件课本知识回顾 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。基因拼接技术基因拼接技术DNADNA重组技术重组技术基因基因修饰改造修饰改造定向地定向地选修三专题一基因工程课件“分子手术刀分子手术刀” “分子缝合针分
17、子缝合针” “分子运输车分子运输车” 限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体选修三专题一基因工程课件限制性核酸内切酶q主要是从主要是从 的一种酶。的一种酶。q识别双链识别双链DNA 分子的某种分子的某种 ，并且使每一条链中并且使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之间的两个核苷酸之间的的 断开。断开。q形成两种末端形成两种末端原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端平末端平末端平末端平末端选修三专题一基因工程课件DNA连接酶1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：两类两类Ecoli DNAEcoli DNAEcoli DNAEcoli DNA连接酶连接酶连接酶连接酶T4 DNAT4 DNAT4 DNAT4 DNA连接酶连接酶连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键选修三专题一基因工程课件基因进入受体细胞的载体通常有三种:质粒质粒质粒质粒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动植物病毒动植物病毒动植物病毒选修三专题一基因工程课件
