基因工程專題1基因工程專題11每100kg豬或牛的胰腺中僅可提取4~5g。1979年，美國將人的胰島素基因重組到大腸桿菌內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌生產(chǎn)胰島素，大大降低了生產(chǎn)成本。治療糖尿病特效藥——據(jù)WTO調(diào)查：2005年全世界約有糖尿病患者1.8億人，我國約6000萬。胰島素思考：轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中表達(dá)。這些性狀的表達(dá)與我們學(xué)過的基因的什么過程有關(guān)？密碼子在生物界是的！DNA(基因)mRNA蛋白質(zhì)(性狀)轉(zhuǎn)錄翻譯通用每100kg豬或牛的胰腺中僅可提取4~5g。1979年2基因工程的產(chǎn)物基因工程的產(chǎn)物3什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。就是按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過體外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。即把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳特性。基因工程的概念什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重組技術(shù)4基因工程的概念DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基因工程的概念DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)生物體外基因DNA5基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論達(dá)爾文提出生物進(jìn)化論基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論達(dá)爾6基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論孟德爾提出基因的分離定律和自由組合定律基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論孟德7基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論

摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖互換定律?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論8基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論9基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

沃森、克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論10基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保留復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論梅塞11基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論克里12基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實(shí)驗(yàn)加以證明?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論13基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路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)基因動物問世

7)PCR技術(shù)的發(fā)明基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉(zhuǎn)移載體14問題探討：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害的抗蟲棉。

想一想需要做哪些關(guān)鍵工作？蘇云金芽孢桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲棉問題探討：蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因。15基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什么？普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因通過運(yùn)載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲基因轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲特性基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什16基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與載體“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽17解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與載體“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體?DNA重組技術(shù)的基本工具解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？“分子手術(shù)刀”——限18思考：⒈自然界是否存在一種生物的DNA進(jìn)入另一生物的情況？2.單細(xì)胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是并沒有在進(jìn)化中滅絕，有何保護(hù)機(jī)制？

可能產(chǎn)生了一些特殊的酶來防范?？啥@種酶能識別外來侵入的DNA并將其分解，而對自身的DNA不能起作用。“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶思考：⒈自然界是否存在一種生物的DNA進(jìn)入另一生物的情況？19尋根問底?限制酶存在于原核生物中的作用是什么？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源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、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。尋根問底?限制酶存在于原核生物中的作用是什么？20思考與探究P7（2）?為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。思考與探究P7（2）?為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的D21一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”⒈主要來源：⒉種類與命名：3.限制酶識別序列4.作用特點(diǎn)（特異性）5.作用結(jié)果：識別特定核苷酸序列，并且使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。主要從原核生物中分離純化產(chǎn)生黏性末端或平末端是回文序列;大多數(shù)由6個核苷酸組成少數(shù)由4、5或8個核苷酸組成。一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”⒈主要來源：識別特定核22要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？

會產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾23二、“分子縫合針”——DNA連接酶①作用:把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.②作用原理：催化磷酸二酯鍵形成二、“分子縫合針”——DNA連接酶①作用:24可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，E·co25

T4DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低T4DNA連接酶T4DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效26③類型：E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端；平末端(效率較低)相同點(diǎn)差別③類型：E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸27尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶的異同不同點(diǎn)：1.都形成磷酸二酯鍵1)DNA聚合酶：需要模板，連接單個核苷酸形成互補(bǔ)的單鏈DNA2)DNA連接酶：不需要模板，連接DNA片段形成雙鏈DNA2.化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)（但組成和性質(zhì)各不相同）相同點(diǎn)：尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶的異同不同點(diǎn)：1.都形成磷28三、“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體1、載體的作用將

轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去。目的基因2、種類質(zhì)粒（常用），最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的）λ噬菌體的衍生物動植物病毒三、“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體1、載體的作用293、載體需要的條件：⑴有一個或多個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。⑵對受體細(xì)胞無害⑶能夠在受體細(xì)胞中自我復(fù)制或整合到受體細(xì)胞染色體DNA上，隨染色體DNA復(fù)制而同步復(fù)制。⑷有某些標(biāo)記基因，便于篩選（5）大小應(yīng)適宜，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大不便操作⑶假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制，轉(zhuǎn)基因生物能有預(yù)想的效果嗎？⑴作為分子運(yùn)輸車——載體，如果沒有切割位點(diǎn)將會怎樣？⑵霍亂菌的質(zhì)粒多個限制酶切點(diǎn)，你會用它來做分子運(yùn)輸車嗎？

⑷目的基因有沒有進(jìn)入受體細(xì)胞，如何去發(fā)現(xiàn)？

3、載體需要的條件：⑶假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制，30

1）質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并且具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。4、質(zhì)粒是基因工程最常用的載體。

2）質(zhì)粒DNA上有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，供外源DNA片段（基因）插入其中。

3）攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。

4）質(zhì)粒DNA上有特殊的標(biāo)記基因，如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。1）質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外31能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在32w11《DNA重組技術(shù)的基本工具》課件(新人教選修3)335）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)行人工改造的。5）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)行人工改造的34274836152748361535天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質(zhì)粒（plasmid），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核染色體DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？不是，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：思考與探究P7天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：思361）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。2）載體DNA必需具備自我復(fù)制的能力或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制的能力。3）載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。5）載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基37DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？

迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？迄今為止，38⒉種類與命名：現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出了約4000種限制性內(nèi)切酶(限制酶)。EcoRⅠSmaⅠ粘質(zhì)沙雷氏桿菌（Serratiamarcesens）大腸桿菌（EscherichiacoliR）Goback練習(xí)：流感嗜血桿菌的d菌株(Haemophilusinfluenzaed)中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ⒉種類與命名：現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分39限制酶的識別序列：能被限制性內(nèi)切酶特異性識別的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。限制酶的識別序列：能被限制性內(nèi)切酶特異性識別的切割部位都具有40T磷酸二酯鍵1234512345AT磷酸二酯鍵1234512345A41w11《DNA重組技術(shù)的基本工具》課件(新人教選修3)42限制性內(nèi)切酶與DNA解旋酶的區(qū)別切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵將DNA兩條鏈的氫鍵打開形成兩條單鏈限制性內(nèi)切酶與DNA解旋酶的區(qū)別切割特定的核苷酸序列的磷酸二43限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中軸線（如圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ、重復(fù)排列的。想一想限制酶所識別的序列有什么特點(diǎn)？限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿44當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，產(chǎn)生的是平末端。當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線兩側(cè)切開時，產(chǎn)生的是黏性末端。當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，產(chǎn)生的是平末端。當(dāng)限制45

EcoRⅠ黏性末端黏性末端EcoRⅠ黏性末端黏性末端46

EcoRⅠ黏性末端黏性末端重復(fù)演示EcoRⅠ黏性末端黏性末端重復(fù)演示47什么叫黏性末端？被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。什么叫黏性末端？被限制酶切開的DNA兩條單鏈48SmaⅠ平末端平末端GobackSmaⅠ平末端平末端Goback49什么是內(nèi)含子和外顯子？原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，真核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的.真核生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：“編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的?！币簿褪钦f：能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質(zhì)的序列叫內(nèi)含子。真核基因包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)，編碼區(qū)又分為外顯子和內(nèi)含子,內(nèi)含子不翻譯蛋白質(zhì)。知識拓展什么是內(nèi)含子和外顯子？原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，知識