生物選修3

現(xiàn)代生物科技專題目錄專題1基因工程專題2細(xì)胞工程專題3胚胎工程專題4生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題專題5生態(tài)工程專題1基因工程是指按照人們的愿望，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，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。一、基因工程的概念由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程原理（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分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基因重組二、基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程

20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論取得了重大突破1.DNA是遺傳物質(zhì)的證明2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立3.遺傳密碼的破譯二、基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程

20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論取得了重大突破1.DNA是遺傳物質(zhì)的證明2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立3.遺傳密碼的破譯技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能1.基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)2.工具酶的發(fā)現(xiàn)3.DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明4.DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)5.重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功6.第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世7.PCR技術(shù)的發(fā)明問(wèn)題探討：

蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因。讓細(xì)菌的毒蛋白基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)，可培育出抵抗棉鈴蟲(chóng)害的抗蟲(chóng)棉。

蘇云金芽孢桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲(chóng)棉1.1DNA重組技術(shù)的基本工具想一想：需要做哪些關(guān)鍵工作？基因工程培育抗蟲(chóng)棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：普通棉花(無(wú)抗蟲(chóng)特性)蘇云金桿菌提取抗蟲(chóng)基因與運(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)上述培育抗蟲(chóng)棉的關(guān)鍵步驟是什么？1.1DNA重組技術(shù)的基本工具基因工工程培培育抗抗蟲(chóng)棉棉的關(guān)關(guān)鍵步步驟：：關(guān)鍵步步驟一一：從蘇云云金桿桿菌細(xì)細(xì)胞內(nèi)內(nèi)提取出出抗蟲(chóng)蟲(chóng)基因因關(guān)鍵步步驟二二：抗蟲(chóng)基基因與與運(yùn)載體體DNA拼拼接關(guān)鍵步步驟三三：抗蟲(chóng)基基因?qū)胧苁荏w(棉花花)細(xì)細(xì)胞1.1DNA重組組技術(shù)術(shù)的基基本工工具準(zhǔn)確切切割DNA的工工具———““分分子手手術(shù)刀刀”DNA片片段的連連接工具具——““分子子縫合針針”基因轉(zhuǎn)移移工具———““分子運(yùn)運(yùn)輸車””基因的大大小以納納米計(jì)算算，要對(duì)對(duì)它進(jìn)行行剪切、、拼接等等操作，，沒(méi)有非非常精細(xì)細(xì)的工具具是不行行的。進(jìn)進(jìn)行基因因操作最最少需要要以下三三種工具具：DNA重重組技術(shù)術(shù)的基本本工具思考：1.在自自然界中中有一些些生物的的DNA可能進(jìn)進(jìn)入另一一種生物物的細(xì)胞胞中。我我們有沒(méi)沒(méi)有學(xué)過(guò)過(guò)相關(guān)的的實(shí)例？？2,現(xiàn)今今存在的的生物為為什么沒(méi)沒(méi)有在長(zhǎng)長(zhǎng)期的進(jìn)進(jìn)化過(guò)程程中被外外源DNA的入入侵而滅滅絕，仍仍能保持持一種穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)？原核生物物細(xì)胞中中的限制制酶會(huì)將將外源DNA切切割掉，，使之失失效，以以保證自自身的安安全，但但是不會(huì)會(huì)切割自自身的DNA，，這是原原核生物物在長(zhǎng)期期進(jìn)化過(guò)過(guò)程中形形成的一一套防御御機(jī)制。。3.怎樣樣才能使使外來(lái)的的DNA失效從從而保護(hù)護(hù)自身？？限制酶常常常伴隨隨一到兩兩種修飾飾酶(甲甲基化酶酶)出現(xiàn)現(xiàn).后后者的作作用是保保護(hù)細(xì)胞胞自身的的DNA不被限限制酶破破壞.修修飾酶識(shí)識(shí)別的位位點(diǎn)與限限制酶識(shí)識(shí)別位點(diǎn)點(diǎn)相同,但只甲甲基化每每條鏈中中的一個(gè)個(gè)堿基,而不是是切開(kāi)DNA鏈鏈,甲基基化的DNA無(wú)無(wú)法被限限制酶作作用.注:限制酶與與修飾酶酶在不同同的情況況下,可可能是兩兩種不同同的蛋白白質(zhì),也也可能是是同一蛋蛋白質(zhì)的的不同功功能部位位.一、限制制性核酸酸內(nèi)切酶酶——““分子手手術(shù)刀””①來(lái)源：：主要從原核生物物中分離純純化出來(lái)來(lái)。②種類：：已從近300種微生物中中分離出約4000種限制酶。③作用：1.能識(shí)別雙鏈DNA的的某種特定核苷酸序序列2.使每條鏈鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。磷酸二酯鍵：：具有特異性。一種限制酶只能識(shí)別一種種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子，④作用特點(diǎn)：：大多數(shù)限制酶的識(shí)別別序列由6個(gè)核苷酸組成少數(shù)的識(shí)別序序列由4、5或8個(gè)核苷苷酸組成⑤限制酶的識(shí)識(shí)別序列：一、限制性核核酸內(nèi)切酶———“分子手手術(shù)刀”⑥形成兩種末端端粘性末端平末端EcoRI限制酶的的切割：SmaI限制酶的切割1.大腸桿菌菌的一種限制制酶（EcoRⅠ）能識(shí)識(shí)別GAATTC序列，，并在G和A之間切開(kāi)形形成黏性末端端。2.SmaⅠⅠ能識(shí)別CCCGGG序序列，并在C和G之間切切割形成平末末端。GAATTC

CTTAAG

中軸線CTTAA

G

AATTCG

CCCGGG

GGGCCC

CCCGGG

GGGCCC

黏性末端平末端大腸桿菌的一一種限制酶（（EcoRⅠⅠ)能識(shí)別GAATTC序列，SmaⅠ識(shí)別CCCGGG序列:磷酸二酯鍵即脫氧核糖、、磷酸之間的的連接ATGGCATCTTCGAA切割DNA分分子時(shí)產(chǎn)生的的兩種不同末末端限制酶切割DNA后形成成的末端———黏性末端、、平末端是如如何形成的？？思考：什么叫黏性末末端？當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的的中心軸線兩兩側(cè)切開(kāi)時(shí)，，被限制酶切開(kāi)開(kāi)的DNA兩兩條單鏈的切切口，帶有幾幾個(gè)伸出的核苷酸酸，他們之間正正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口口叫黏性末端。什么叫平末端端？當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的的中心軸線處處切開(kāi)時(shí)，切開(kāi)的DNA兩條單鏈的的切口，是平平整的，這樣樣的切口叫平末端。ＥcoRI限制酶SmaI限制酶識(shí)別序列－ＣＣＣＧＧＧＧ－切割位點(diǎn)Ｇ和Ａ之間Ｃ和Ｇ之間未端類型平末端黏性末端－ＣＴＴＡＡＡＧ－－ＧＧＧＣＣＣＣ－－ＧＡＡＴＴＴＣ－4、切割后的的形式：2種末端注：1.限制酶是一大大類酶，不是是一種酶。2.限制酶大多多可以專一性性識(shí)別雙鏈DNA分子上上的某種特定定核苷酸序列列，限制酶所所識(shí)別的序列列，無(wú)論是6個(gè)堿基還是是4個(gè)堿基，，都可以找到到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)側(cè)的雙鏈DNA上的堿基基是反向?qū)ΨQ稱，重復(fù)排列列的。3.如果所識(shí)別別的序列是奇奇數(shù)如5個(gè)堿堿基,則中軸軸線在中間的的堿基對(duì)上,除了中軸線線外,兩側(cè)的的雙鏈DNA上的堿基是是反向?qū)ΨQ黏性末端平末端1.要想獲得得某個(gè)特定性性狀的基因必必須要用限制制酶切幾個(gè)切切口？可產(chǎn)生生幾個(gè)黏性(平)末端？？要切兩個(gè)切口口，產(chǎn)生四個(gè)個(gè)黏性(平)末端。3.如果把兩兩種來(lái)源不同同的DNA用用同一種限制制酶來(lái)切割，，會(huì)怎樣呢？？會(huì)產(chǎn)生相同的黏性(平)末端，然后讓兩者者的黏性(平平)末端黏合起來(lái)，就似乎乎可以合成重重組的DNA分子了。思考?2.切下的特特定片段上有有幾個(gè)黏性(平)末端?如果直接用DNA連接酶酶連接會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)什么情形?兩個(gè)黏性(平平)末端;會(huì)會(huì)出現(xiàn)自身環(huán)環(huán)化現(xiàn)象4.如何避免免自身環(huán)化現(xiàn)現(xiàn)象?分別用不同的的限制酶切割割兩個(gè)部位,這樣就不會(huì)會(huì)出現(xiàn)相同的黏黏性(平)末末端.思考與探究為什么限制酶酶不剪切細(xì)菌菌本身的DNA？通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)進(jìn)化，細(xì)菌中中含有某種限限制酶的細(xì)胞胞，其DNA分子中或者者不具備這種限制酶的的識(shí)別切割序列列，或者通過(guò)甲甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列列的堿基上上，使限制酶不不能將其其切開(kāi)。這樣，，盡管細(xì)細(xì)菌中含含有某種種限制酶酶也不會(huì)會(huì)使自身身的DNA被切切斷，并并且可以以防止外外源DNA的入入侵。DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點(diǎn)DNA連連接酶與與DNA聚合酶酶是一回回事嗎?為什么么?1)只能能將單個(gè)核苷苷酸連接到已已有的核核酸片段段上，形形成磷酸酸二酯鍵鍵形成磷酸二酯酯鍵1)在兩個(gè)DNA片段段之間形成磷酸酸二酯鍵鍵2)以一條DNA鏈為為模板，將單個(gè)核苷苷酸通過(guò)磷酸酸二酯鍵鍵連接成一一條互補(bǔ)補(bǔ)的DNA鏈2)將DNA雙雙鏈上的的兩個(gè)缺口口同時(shí)連連接起來(lái)，不需要模模板二、DNA連接接酶———“分子縫縫合針””二、DNA連接接酶—““分子縫縫合針””1、作用用：形成磷酸酸二酯鍵鍵恢復(fù)被限限制酶切切開(kāi)的兩兩個(gè)核苷苷酸之間間的磷酸酸二酯鍵鍵。2、類型型：類型E·coliDNA連連接酶T4DNA連連接酶來(lái)源功能大腸桿菌菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接接黏性末端端能連接黏性末端端和平末端(效率較較低)相同點(diǎn)差別二、DNA連接接酶—““分子縫縫合針””DNA聚聚合酶將外源基因因送入受體細(xì)胞胞。①載體的的作用：：三、基因因進(jìn)入受受體細(xì)胞胞的載體體——“分分子運(yùn)輸輸車”②作為載體體的必要要條件：：有切割位位點(diǎn)——供外外源DNA片段段(基因因)插入入。能自我復(fù)復(fù)制——并能能帶著插插入的目目的基因因一起復(fù)復(fù)制有遺傳標(biāo)標(biāo)記基因因——供重重組DNA的鑒鑒定和選選擇。載體DNA必需需是安全全的——不會(huì)對(duì)受受體細(xì)胞胞有害，，或不能能進(jìn)入到到除受體體細(xì)胞外外的其他他生物細(xì)細(xì)胞中去去。載體DNA分子子大小應(yīng)應(yīng)適合——以便便提取和和在體外外進(jìn)行操操作，太太大就不不便操作作。實(shí)際上自自然存在在的質(zhì)粒粒DNA分子并并不完全全具備上上述條件件，都要要進(jìn)行人人工改造造后才能能用于基基因工程程操作。。質(zhì)粒：裸露的、、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的、、獨(dú)立于細(xì)細(xì)菌擬核DNA之外外，并具具有自我復(fù)制制能力的很很小的雙雙鏈環(huán)狀DNA分子。三、基因因進(jìn)入受受體細(xì)胞胞的載體體——“分分子運(yùn)輸輸車”質(zhì)粒質(zhì)粒：能復(fù)制并并帶著插插入的目目的基因因一起復(fù)復(fù)制有切割位位點(diǎn)有標(biāo)記基基因的存存在，可可用含氨氨芐青霉霉素的培培養(yǎng)基鑒鑒別。三、基因因進(jìn)入受受體細(xì)胞胞的載體體——“分分子運(yùn)輸輸車”說(shuō)明沒(méi)有有危害，，大腸桿桿菌是非非致病菌菌，且分分裂快，，也便于于從大量量復(fù)制個(gè)個(gè)體中分分離出來(lái)來(lái)。質(zhì)粒λ噬菌體的的衍生物物動(dòng)植物病病毒等③載體的種種類：三、基因因進(jìn)入受受體細(xì)胞胞的載體體——“分分子運(yùn)輸輸車”小結(jié)基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有專一性(識(shí)別序列)切開(kāi)DNA分子的磷酸二酯鍵DNA連接酶連接磷酸二酯鍵種類E.coliDNA連接酶T4

DNA連接酶運(yùn)載工具條件結(jié)構(gòu)小而穩(wěn)定能自我復(fù)制具多個(gè)限制酶切位點(diǎn)具標(biāo)記基因等質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒等隨堂練習(xí)習(xí)1、關(guān)于于限制酶酶的說(shuō)法法中，正正確的是是（））A、限制制酶是一一種酶，，只識(shí)別別GAATTC堿基序序列B、EcoRI切割的的是G——A之間間的氫鍵鍵C．限