1、基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),1,基因工程（geneticengineering）：又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。,定向改造生物的性狀,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),2,第1節(jié)基因工程的基本原理和技術(shù),一、基因工程研究的理論基礎(chǔ),1、DNA是主要的遺傳物質(zhì),2、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制,3、DNA中遺傳信息的表達(dá),基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),3,二、基因工程的操作技術(shù)（工具）

2、,1、DNA分子的切割工具,2、DNA分子的連接工具,3、DNA分子的運(yùn)載工具,工欲善其事必先利其器,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),4,限制性內(nèi)切酶,作用,會識別DNA上某種核苷酸的序列和位置。,（大多數(shù)限制酶的識別序列為6個(gè)核苷酸，少數(shù)為4、5或8個(gè)核苷酸。）,“分子手術(shù)刀”,能將識別位置上的DNA分子一刀兩斷。,1、DNA分子的切割工具,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),5,不同的酶識別的序列不同,識別序列為一個(gè)迴文對稱序列：中軸線雙側(cè)的DNA堿基呈反向?qū)ΨQ如：GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCC,難點(diǎn)解析,Sma,EcoR,中軸線,中軸線,基因工程的基本原理和技術(shù)(北

3、師大),6,1,2,5,4,3,6,磷酸二酯鍵,限制酶切割的部位？,難點(diǎn)解析,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),7,限制性內(nèi)切酶作用過程,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),8,什么叫黏性末端？,當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線兩側(cè)切開時(shí)，被限制酶切開的DNA切口帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),9,EcoR,中軸線,Sma,黏性末端,平末端平末端,黏性末端,不同的限制酶識別位點(diǎn)不同，切割位點(diǎn)也不同，形成的末端也不同。,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),10,CCCGGGGGGCCC,GAATTCCTTAAG,EcoR限制酶

4、酶切位點(diǎn),Sma限制酶酶切位點(diǎn),你會做嗎？,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),11,目前已發(fā)現(xiàn)4000多種限制酶，主要存在于微生物中。,限制性內(nèi)切酶,“分子手術(shù)刀”,不同的限制性內(nèi)切酶識別的序列不同，切割的位點(diǎn)也不同，則可形成不同的末端。,選擇切割DNA的限制性內(nèi)切酶必須是能完整切取目的基因的限制酶。,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),12,兩種不同生物的DNA，用同種限制酶切割，那么會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？,出現(xiàn)相同的黏性末端,GAATTCCTTAAG,GAATTCCTTAAG,GCTTAA,AATTCG,GCTTAA,AATTCG,EcoRI切割位點(diǎn),黏性末端,黏性末端,基因工程的基本原理和

5、技術(shù)(北師大),13,DNA連接酶“分子縫合針”,2、DNA分子的連接工具,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),14,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),15,磷酸二酯鍵,DNA連接酶,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),16,作用：,連接、修復(fù)磷酸二酯鍵,DNA連接酶,作用結(jié)果,將兩條雙鏈DNA片斷連接起來形成重組DNA分子,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),17,DNA,DNA聚合酶,具有連接成單鏈DNA的本領(lǐng),基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),18,都是蛋白質(zhì),連接兩條雙鏈DNA片斷,將單個(gè)脫氧核苷酸連接在DNA單鏈上,DNA斷裂修復(fù),DNA復(fù)制,質(zhì)疑與解惑,將兩個(gè)DNA片段連接成重

6、組DNA分子,形成新的DNA單鏈,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),19,多種與DNA相關(guān)的酶,解旋酶DNA聚合酶DNA連接酶限制性內(nèi)切酶DNA水解酶,用于解螺旋，作用于氫鍵,用于DNA復(fù)制時(shí)，將單個(gè)核苷酸連接起來形成磷酸二酯鍵，從而形成單鏈DNA。,用于DNA的修復(fù)，使兩個(gè)DNA片段重新結(jié)合。,用于DNA切割，使DNA分子的磷酸二酯鍵斷裂。,將DNA水解為基本單位脫氧核苷酸。,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),20,要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因（目的基因）在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去！,“分子運(yùn)輸車”,3、DNA分子的運(yùn)載工具,運(yùn)載體,基因工程的基本原

7、理和技術(shù)(北師大),21,“分子運(yùn)輸車”,運(yùn)載體,（1）作用：,將目的基因運(yùn)輸?shù)绞荏w細(xì)胞內(nèi)。,目的基因利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定遺傳并表達(dá)。,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),22,作為載體沒有切割位點(diǎn)將怎樣？,條件,假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能保存和復(fù)制將怎樣？,1,如果載體對受體細(xì)胞有害將怎樣？,3,2,目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺？,4,載體的條件,討論,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),23,能自由進(jìn)出細(xì)胞（分子比較?。?。載體必需是安全的不會對受體細(xì)胞有害。有多個(gè)限制性內(nèi)切位點(diǎn)供外源DNA片段(基因)插入。能自我復(fù)制以便在受體細(xì)胞中大量復(fù)制并保存下來。有遺傳標(biāo)記基因篩選

8、出含重組DNA的受體細(xì)胞。,（2）載體的必要條件,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),24,（3）載體的種類,質(zhì)粒是一種裸露的、簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA分子之外的，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。,擬核,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),25,常用的載體：質(zhì)粒,有復(fù)制原點(diǎn),有切割位點(diǎn),有標(biāo)記基因,質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物細(xì)胞中。,在進(jìn)行基因工程操作中,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)行過人工改造的。,自我復(fù)制,供目的基因插入,篩選重組DNA,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),26,DNA重組技術(shù)的基本工具,“分子手術(shù)刀”,“分子縫合針”,“分子運(yùn)輸車

9、”,限制酶,DNA連接酶,載體,工具酶,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),27,例、所用激素過去主要是從動物的內(nèi)臟中提取，數(shù)量有限，現(xiàn)大多采用基因工程的方法生產(chǎn)（如圖所示）。d為。獲得f，必須先用切割b和d，使它們產(chǎn)生相同的黏性末端，再加入適量的方可形成。b的名稱是，其化學(xué)本質(zhì)為。,目的基因,同種限制酶,DNA連接酶,質(zhì)粒,DNA,我相信我能行,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),28,小結(jié),限制酶,主要存在于原核生物中具有專一性(識別序列)切開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T4DNA連接酶,運(yùn)載工具,具備條件,結(jié)構(gòu)簡單,大小適中能在宿主

10、細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定存在具一個(gè)或多個(gè)限制酶切位點(diǎn)具標(biāo)記基因,質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),29,在基因工程中，切割運(yùn)載體和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同種限制酶B.兩種限制酶C.同種連接酶D.兩種連接酶,A,不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是（）A、能復(fù)制B、有多個(gè)限制酶切點(diǎn)C、具有標(biāo)記基因D、它是環(huán)狀DNA,D,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),30,以下說法正確的是（）A、所有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運(yùn)載體C、運(yùn)載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接D、DNA連接酶使黏性末段的堿基之間形成氫鍵,C,基因工程的基本原理和技術(shù)(北師大),31,例1、下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的理解正確的是A、其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)B、DNA連接酶可以恢復(fù)