基因工程專項1學(xué)習(xí)目的1、簡述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進步催生了基因工程。2、簡述基因工程的原理和技術(shù)3、舉例說出基因工程的應(yīng)用4、簡述蛋白質(zhì)工程。青霉菌產(chǎn)生青霉素根瘤菌固氮家蠶吐絲性狀是基因特異性體現(xiàn)的成果。以上幾個生物各自的特定性狀是什么的成果？人類能不能改造基因，使本身沒有某個性狀的生物含有某個性狀？能，通過基因工程——定向改造生物的新技術(shù)思考基因工程的產(chǎn)物什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重組技術(shù)。是指按照人們的愿望，在DNA分子水平上進行嚴格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而發(fā)明出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。復(fù)習(xí)提問：基因工程的概念基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的新生物類型和產(chǎn)品剪切→拼接→導(dǎo)入→體現(xiàn)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)理論達爾文提出生物進化論基礎(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)理論摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖交換定律?；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)理論沃森、克里克、提出DNA的雙螺旋構(gòu)造模型。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的半保存復(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

1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實驗加以證明。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)移載體的發(fā)現(xiàn)2)工具酶的發(fā)現(xiàn)3)DNA合成和測敘技術(shù)的發(fā)明4)DNA體外重組的實現(xiàn)5)重組DNA體現(xiàn)實驗的成功6)第一例轉(zhuǎn)基因動物問世7)PCR技術(shù)的發(fā)明基因工程哺育抗蟲棉的簡要過程：一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程哺育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中核心環(huán)節(jié)或難點是什么？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一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程哺育抗蟲棉的核心環(huán)節(jié)：核心環(huán)節(jié)一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來核心環(huán)節(jié)二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”核心環(huán)節(jié)三：抗蟲基因進入棉花細胞一、DNA重組技術(shù)的基本工具解決哺育抗蟲棉的核心環(huán)節(jié)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胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體一、DNA重組技術(shù)的基本工具（一）限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”①來源：重要從原核生物中分離純化出來。②種類：已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。③作用：1.能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列2.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。磷酸二酯鍵：磷酸二酯鍵：一種核苷酸核糖上第3位的羥基與下一種核苷酸核糖上第5位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。含有特異性。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子，④作用特點：大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸構(gòu)成少數(shù)的識別序列由4、5或8個核苷酸構(gòu)成⑤限制酶的識別序列：（一）限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”限制酶的識別序列：EcoRI限制酶的切割：中軸線黏性末端黏性末端在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)只能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。CCCG

GGGGGCCC中軸線SmaI限制酶的切割：CCCG

GGG

GGCCC平末端平末端只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。產(chǎn)生黏性末端或平末端。⑥限制酶的作用成果：限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都能夠找到一條中心軸線（如圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向、對稱、重復(fù)排列的。想一想限制酶所識別的序列有什么特點？尋根問底你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長久的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以避免外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會運用限制酶將外源DNA切割掉，以確保本身的安全。因此，限制酶在原核生物中重要起到切割外源DNA、使之失效，從而達成保護本身的目的。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(平)末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會如何呢？會產(chǎn)生相似的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來，就似乎能夠合成重組的DNA分子了。思考?（二）“分子縫合針”——DNA連接酶①作用:②作用原理：催化磷酸二酯鍵形成把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(二)“分子縫合針”——DNA連接酶③類型：類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功效大腸桿菌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和平末端(效率較低)相似點差別（二）“分子縫合針”——DNA連接酶DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?1)只能將單個核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵1)在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成一條互補的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，不需要模板將外源基因送入受體細胞。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”①載體的作用：質(zhì)粒λ噬菌體的衍生物動植物病毒等②載體的種類：質(zhì)粒：裸露的、構(gòu)造簡樸的、獨立于細菌染色體（即擬核DNA）之外，并含有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”③作為載體的必要條件：有切割位點——供外源DNA片段(基因)插入。能自我復(fù)制——有遺傳標記基因——供重組DNA的鑒定和選擇。載體DNA必需是安全的——不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其它生物細胞中去。載體DNA分子大小應(yīng)適合——方便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。質(zhì)粒：能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點有標記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”1）不屬于質(zhì)粒被選為基因載體的理由是（）A、能復(fù)制B、有多個限制酶切點C、含有標記基因D、它是環(huán)狀DNAD練習(xí)2）有關(guān)基因工程的敘述中，對的的是（）A、全部的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體C、載體必須含有的條件之一是：含有多個限制酶切點，方便與目的基因連接D、DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵C練習(xí)已知標記基因有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素的基因，現(xiàn)探討某細菌的質(zhì)粒中有無標記基因或標記基因是什么？請設(shè)計實驗、預(yù)期實驗成果，并得出對應(yīng)的實驗結(jié)論。對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素練習(xí)對照組實驗組1實驗組2實驗組3結(jié)論預(yù)期一＋＋＋＋預(yù)期二＋＋－－預(yù)期三＋－＋－預(yù)期四＋－－－對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素既含有抗四環(huán)素基因也含有抗氨芐青霉素基因只含有抗四環(huán)素基因只含有抗氨芐青霉素基因既不含有抗四環(huán)素基因也不含有抗氨芐青霉素基因思考與探究P72、為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？通過長久的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不含有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，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使本身的DNA被切斷，并且能夠避免外源DNA的入侵。3、天然的DNA分子能夠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分子諸多都是質(zhì)粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種能夠自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。與否任何質(zhì)粒都能夠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下列條件：思考與探究P71）載體DNA必需有一種或多個限制酶的切割位點，方便目的基因能夠插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，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必需含有自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同時復(fù)制。3）載體DNA必需帶有標記基因，方便重組后進行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其它生物細胞中去。5）載體DNA分子大小應(yīng)適合，方便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。事實上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全含有上述條件，都要進行人工改造后才干用于基因工程操作。4、DNA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連接酶都不含有連接單鏈DNA的能力，至于因素，現(xiàn)在還不清晰，可能將來會發(fā)現(xiàn)能夠連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7什么是內(nèi)含子和外現(xiàn)子？原核細胞基因的編碼區(qū)是持續(xù)的，真核細胞基因的編碼區(qū)是間隔的、不持續(xù)的.真核生物基因的構(gòu)造特點是：“編碼區(qū)是間隔的、不持續(xù)的。”也就是說：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。真核基因涉及編碼區(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)含子和外現(xiàn)子？在遺傳學(xué)上普通將能編碼蛋白質(zhì)的基因稱為構(gòu)造基因。真核生物的構(gòu)造基因是斷裂的基因。一種斷裂基因能夠含有若干段編碼序列，這些能夠編碼的序列稱為外顯子。在兩個外顯子之間被一段不編碼的間隔序列隔開，這些間隔序列稱為內(nèi)含子。內(nèi)含子（Interveningregion）是一種基因中非編碼DNA片斷，它分開相鄰的外顯子。更