基因工程的概念和工具

基因工程基因工程专题专题1每每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1979年，美国将年，美国将人的胰岛素基因人的胰岛素基因重组到重组到大肠杆菌大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药 据WTO调查：2016年全世界约有糖尿病患者4亿人，我国约1.5亿。胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素思考思考：转基因技术转基因技术转基因技术转基因技术实现了实现了实现了实现了一种生物一种生物一种生物一种生物的某些的某些的某些的某些性状性状性状性状在在在在另一种生物另一种生物另一种生物另一种生物中中中中表达表达表达表达。这些性状的表达与我们学这些性状的表达与我们学这些性状的表达与我们学这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？过的基因的什么过程有关？过的基因的什么过程有关？过的基因的什么过程有关？密码子在生物界是的！密码子在生物界是的！密码子在生物界是的！密码子在生物界是的！DNA(DNA(基因基因基因基因)mRNA mRNA 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质(性状性状性状性状)转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译通用通用基因工程的产物基因工程的产物基因工程的概念基因工程的概念 基因工程基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外计，并通过体外DNADNA重组重组和和转基因转基因等技术，赋予生物等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNADNA分子分子水平水平上进行设计和施工的，因此又叫做上进行设计和施工的，因此又叫做DNADNA重组技术重组技术。供体细胞供体细胞目的基因目的基因受体细胞受体细胞获得新性状获得新性状基因工程的概念基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程DNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNA分子水平分子水平剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达第第1 1节节问题探讨问题探讨手术刀手术刀缝合针缝合针运输工具运输工具培育抗虫棉培育抗虫棉需要哪些基需要哪些基本工具本工具?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，思考下列问题的相关内容，思考下列问题自主学习自主学习1.限制性核酸内切酶主要来源于那种生物？限制性核酸内切酶主要来源于那种生物？2.限制性核酸内切酶如何起作用？限制性核酸内切酶如何起作用？3.限制性核酸内切酶作用之后形成几种末端？限制性核酸内切酶作用之后形成几种末端？原核生物原核生物磷酸二酯键磷酸二酯键一、“分子手术刀”限制性核酸内切酶 识别双链识别双链识别双链识别双链DNADNADNADNA分子的某分子的某分子的某分子的某种种种种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，并，并，并，并且使每一条链中且使每一条链中且使每一条链中且使每一条链中特定部位特定部位特定部位特定部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷酸磷酸磷酸磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键断开。断开。断开。断开。特点：特点：专一性专一性一种限制酶只能识一种限制酶只能识别一种特定核苷酸别一种特定核苷酸序列，并在特定的序列，并在特定的位点切割位点切割磷酸二酯磷酸二酯键键中轴线在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黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 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。SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。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限制酶的切割限制酶的切割当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，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。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的黏性，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。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，细菌中含有某种限通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其制酶的细胞，其DNADNA分子中分子中不具备这种限不具备这种限制酶的识别切割序列制酶的识别切割序列，或者，或者通过甲基化酶通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限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制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的有某种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，被切断，并且可以防止外源并且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。、“分子针线分子针线”DNADNA连接酶连接酶 DNA连接酶可把黏性末端之间的连接酶可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。分子才能形成。思考：思考：DNADNA连接酶连接的是什么部位？连接酶连接的是什么部位？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，Ecoli DNAEcoli DNA连接酶或连接酶或连接酶或连接酶或T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶即即即即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4 DNA DNA连接酶连接酶连接酶连接酶还可把还可把平末端之间的缝隙平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，但效率较低起来，但效率较低T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶要想使两个不同的要想使两个不同的DNA分子重组，必分子重组，必须用须用同一种限制性核酸内切酶切割同一种限制性核酸内切酶切割19类型来源功能差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)、“分子针线分子针线”DNADNA连接酶连接酶恢复磷酸二酯键作用作用：DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相相同同点点作用实质作用实质化学本质化学本质不不同同点点模板模板作用对象作用对象 作用结果作用结果用途用途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DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将单个核苷只能将单个核苷酸连接到已有的酸连接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键在在两个两个DNADNA片段片段之间之间形成磷酸形成磷酸二酯键二酯键三、基因的载体载体的作用：载体的作用：将外源基因转移到受体细胞中去。将外源基因转移到受体细胞中去。常用的载体有：常用的载体有：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，动植物病毒等，动植物病毒等质粒结构特点是什么质粒结构特点是什么?质粒作为载体有那些必要条件？质粒作为载体有那些必要条件？常用的载体：质粒常用的载体：质粒有有有有复制区复制区复制区复制区，能，能，能，能复制并带着插复制并带着插复制并带着插复制并带着插入的目的基因入的目的基因入的目的基因入的目的基因一起复制一起复制一起复制一起复制有目的基因有目的基因有目的基因有目的基因插入位点插入位点插入位点插入位点有有有有标记基因标记基因标记基因标记基因的的的的存在，可用含存在，可用含存在，可用含存在，可用含氨苄青霉素的氨苄青霉素的氨苄青霉素的氨苄青霉素的培养基鉴别培养基鉴别培养基鉴别培养基鉴别质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有）之外，并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。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载体的种类“分子运输车分子运输车”运载体运载体1 1 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 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 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。1 1 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 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。1.以下说法正确的是以下说法正确的是 （）A、所所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：具具有有多多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、DNA连连接接酶酶使使黏黏性性末末段段的的碱碱基基之之间间形形成氢键成氢键C练习练习2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能能复复制制 （）B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD3.有关基因工程的叙述中，错误的是（有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、基基因因工工程程技技术术能能定定向向地地改改造造生生物物的的遗遗传传性性状状，培育生物新品种培育生物新品种 B、重组、重组DNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体B D