1、設(shè)想一能否培育出具有抗蟲(chóng)性狀的抗蟲(chóng)棉？1胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來(lái)只能從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，產(chǎn)量低，成本高。而微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制。設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素等珍貴藥物？2這些設(shè)想能實(shí)現(xiàn)嗎？ 經(jīng)過(guò)多年的努力，科學(xué)家終于在20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)基因工程3生物選修3專題1 基因工程基因工程：指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。4基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象

2、操作水平基本過(guò)程實(shí)質(zhì)結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)基因重組5基因工程培育抗蟲(chóng)棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：蘇云金芽孢桿菌抗蟲(chóng)基因提取普通棉花（無(wú)抗蟲(chóng)特性）與運(yùn)載體DNA拼接，導(dǎo)入棉花細(xì)胞（含抗蟲(chóng)基因）棉花植株（有抗蟲(chóng)特性）表達(dá)小結(jié):切割、改造、修飾、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)實(shí)現(xiàn)這一精確操作需要哪些工具？6生物選修3莆田市第十五中學(xué)生物組 王敏華1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具專題1 基因工程7基因工程培育抗蟲(chóng)棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)關(guān)鍵步驟二：抗蟲(chóng)基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因進(jìn)入棉花細(xì)胞81、噬菌體侵

3、染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如何？噬菌體侵染細(xì)菌結(jié)果：細(xì)菌的DNA被破壞，細(xì)菌裂解死亡92、現(xiàn)存的生物為什么沒(méi)有在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)呢？3、單細(xì)胞生物如何抵抗入侵的外源DNA，保護(hù)自身？4、怎樣才能讓DNA失效？生物體都有各自的保護(hù)機(jī)制如動(dòng)物的免疫系統(tǒng)，植物的保護(hù)組織只有讓外來(lái)的DNA失效DNA酶5、DNA酶的作用及其結(jié)果如何？水解DNA，使DNA失效6、DNA酶會(huì)使生物自身的DNA失效嗎？會(huì)107、到哪里尋找這種能使外源DNA失效又不破壞自身DNA的酶？到單細(xì)胞的生物中去找8、為什么在單細(xì)胞中能尋找到這種能使外源DNA失效又不破壞自身DNA的酶？單細(xì)胞生物比

4、多細(xì)胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，使其必須有處理外源DNA的酶。9、這到底是一種怎樣的酶？限制性核酸內(nèi)切酶11“分子手術(shù)刀”1、限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)主要是原核生物4000種 （1）來(lái)源： （2）化學(xué)本質(zhì)：（3）作用特點(diǎn)：1212345脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)13 G1234512345 A3,5-磷酸二酯鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵14中軸線在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。EcoRI限制酶的作用15黏性末端黏性末端EcoRI限制酶

5、的切割 被限制酶切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。16SmaI只能識(shí)別CCCGGG序列，并在C和G之間切開(kāi)。中軸線SmaI限制酶的作用在G與C之間切割17平末端平末端SmaI限制酶的切割當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開(kāi)時(shí)，切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。181、兩種不同生物的DNA，用同種限制酶切割，那么會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？出現(xiàn)相同的黏性末端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 T

6、T C GEcoRI切割位點(diǎn)黏性末端黏性末端 思考與討論192、要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？3、限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)體現(xiàn)了酶的哪種特性？ 思考與討論限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并且只能在特定部位切割，這說(shuō)明了酶具有專一性。兩個(gè)20你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、

7、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。尋根問(wèn)底為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過(guò)甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。 21T GA C T T A AA A T T C C G G T G A C T T A A A A T T C C G G不同生物的DNA片段會(huì)不會(huì)結(jié)合呢？這兩個(gè)缺口如何“縫合”呢？22“分子縫合針”2、DNA連接酶把切下來(lái)的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和

8、磷酸連接起來(lái)催化形成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用23磷酸二酯鍵DNA連接酶24兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來(lái)DNA連接酶的縫合作用可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的DNA單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！25DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，但效率較低DNA連接酶的縫合作用26AG T AC AA A T GCGACGGTTATTADNA聚合酶27AG T AC AA A T GCGCGGTTATTATDNA聚合酶28AG T AC AA A T GGCGGTTATTATCDNA聚合酶2

9、9AG T AC AA A T GGCGGTTATTATCDNADNA聚合酶具有連接單鏈DNA的本領(lǐng)30DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)化學(xué)本質(zhì)不同點(diǎn)模板作用對(duì)象 作用結(jié)果用途都能催化形成磷酸二酯鍵都是蛋白質(zhì)不需要需要形成完整的重組DNA分子形成DNA的一條鏈基因工程DNA復(fù)制DNA連接酶與DNA聚合酶的比較只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵31大腸桿菌T4噬菌體E.coliDNA連接酶:T4DNA連接酶:來(lái)源：作用：只連接互補(bǔ)的黏性末端來(lái)源：作用：對(duì)于兩種末端都能連接，但對(duì)平末端的連接效率較低DNA連接酶的種類32單純的DNA片段

10、是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，所以切割下來(lái)的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞就需要有一個(gè)“分子運(yùn)輸車”幫助?！胺肿舆\(yùn)輸車”3、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體那么這個(gè)運(yùn)輸車應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)呢？33載體的必要條件1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）具多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。3）具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行鑒定和選擇。4）必須是安全的 ，對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害。5）載體DNA 分子應(yīng)大小適中，以便于提取和操作34載體的作用及種類質(zhì)粒噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒1）作為運(yùn)載工具，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中2）在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制作用：種類：35有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點(diǎn)能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制質(zhì)粒裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。最常用運(yùn)載體質(zhì)粒 實(shí)際上在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的。36DN