1、結合圖片來說一說什么是基因工程？,基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術，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。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術或基因拼接技術。,基因拼接技術或DNA重組技術,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, 導入, 表達,基因重組,基因工程的概念,基礎理論和技術的發(fā)展催生了基因工程,DNA是遺傳物質(zhì)的證明 DNA雙螺旋結構和中心法則的確立 遺傳密碼的破譯 基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 工具酶的發(fā)明 DNA合成和測序技術的發(fā)明 DNA體外

2、重組的實現(xiàn) 重組DNA表達實驗的成功 第一例轉(zhuǎn)基因動物問世 PCR技術的發(fā)明,基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：,普通棉花(無抗蟲特性),蘇云金芽孢桿菌,提取,抗蟲基因,棉花細胞(含抗蟲基因),棉花植株(有抗蟲特性),重組DNA,導入,拼接,上述培育抗蟲棉的關鍵步驟是什么？,普通棉花不具有抗蟲性，科學家發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌能夠產(chǎn)生一種毒蛋白，對棉鈴蟲有一定的殺傷作用。 試設計一個簡單的方案，使棉花對棉鈴蟲也有抵抗作用.,基因工程培育抗蟲棉的關鍵步驟：,關鍵步驟一：,抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來,關鍵步驟二：,抗蟲基因與棉花DNA“縫合”,關鍵步驟三：,抗蟲基因進入棉花細胞,解決培育抗蟲棉的

3、關鍵步驟需要哪些工具？,“分子手術刀” 限制性核酸內(nèi)切酶,“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,第一節(jié) DNA重組技術的基本工具,DNA重組技術的基本工具,準確切割DNA的工具（“分子手術刀”） DNA片段的連接工具（“分子縫合針”） 基因轉(zhuǎn)移工具（“分子運輸車”）,基因的大小以納米計算，要對它進行剪切、拼接等操作，沒有非常精細的工具是不行的。進行基因操作最少需要以下三種工具：,一、 “分子手術刀” 限制性核酸內(nèi)切酶,閱讀課本4-5頁“限制性核酸內(nèi)切酶分子手術刀”的相關內(nèi)容，填寫下表,自主學習,主要從原核生物中分離純化而來,已經(jīng)分離出大約4000種,1、識別雙鏈

4、DNA分子的某種特定核苷酸序列,2、使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。,形成兩種末端：黏性末端或平末端,脫氧核苷酸的結構,G,A,3,5-磷酸二酯鍵,3端,5端,3端,5端,磷酸二酯鍵,13,仔細觀察各限制酶 識別的特定序列有何 特點？,限制酶的識別序列,限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列的 ，稱為回文序列,中軸線,在G與A之間切割,大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)只能識別GAATTC 序列，并在G和A之間切開。,EcoRI限制酶的作用,黏性末端,黏性末端,Eco

5、RI限制酶的切割,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，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。,SmaI只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。,中軸線,SmaI限制酶的作用,在G與C之間切割,平末端平末端,SmaI限制酶的切割,當限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。,你能推測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 在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機 制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細 菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會 利用限制酶將外源DN

6、A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，從而達到保護自身的 目的。,尋根問底,為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？,通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中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。,19,類型,來源,功能,相同點,差別,EcoliDNA連接酶,T4DNA連接酶,大腸桿菌,T4噬菌體,恢復磷 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),閱讀課

7、本第5頁“分子縫合針”DNA連接酶的相關內(nèi)容，填寫下表,自主學習,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催化形成磷酸二酯鍵,DNA連接酶的作用,兩DNA片段要具有互補的黏性末端才能拼起來,DNA連接酶的縫合作用,可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，,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！,DNA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，但效率較低,DNA連接酶的縫合作用,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復制

8、,DNA連接酶與DNA聚合酶的比較,只能將單個核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵,在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點是GGATCC，限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點是GATC。在質(zhì)粒上有酶的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶的切點。 （1）請畫出質(zhì)粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。 （2）請畫出目的基因兩側被限制酶切割后所形成的黏性末端。 （3）在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？,可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互補的）,載體的作用,載體的必要條件,載體的種類,閱讀課本第6頁

9、“分子運輸車”運載體的相關內(nèi)容，填寫下表,自主學習,1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。 2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。 3）具有某些標記基因，便于進行鑒定和選擇。 4）必須是安全的 ，對受體細胞無害。 5）載體DNA 分子應大小適中，以便于提取和操作,1）作為運載工具，將目的基因?qū)胧荏w細胞中 2）在受體細胞內(nèi)對目的基因進行大量復制,細菌的質(zhì)粒 病毒：噬菌體衍生物、動植物病毒等。,有標記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。,有切割位點,能復制并帶著插入的目的基因一起復制,質(zhì)粒裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體（即擬核DNA）之外，并具有自我復制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。,最常用運載體質(zhì)粒,實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)粒的基礎上進行過人工改造的。,隨堂練習：,1、關于限制酶的說法中，正確的是（ ） A、限制酶是一種酶，只識別GAATTC堿基序 列 B、EcoRI切割的是GA之間的氫鍵 C限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切 割外源DNA D限制酶只存在于原核生物中,答案：C,2. （多選）有關基因工程的敘述中，錯誤的是 A、基因工程技術能定向地改造生物的遺傳 性狀，培育生物新品種 B、重組DNA的形成在細胞內(nèi)完成