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1、选修3,专题1.基因工程,让细菌制造胰岛素让细菌“吐出”蚕丝让细菌生产出粮食让水稻也能固氮,让烟草生产医用蛋白质,不同种生物的DNA能进入加一种生物体内吗?,我们人类可不可以故意把某种生物的DNA引入另一种生物体内呢?,专题1.基因工程的基本内容,基因工程的概念,1.1 基因工程的基本工具,1.2 基因工程的基本操作程序,基因工程的发展史,1.3 基因工程的应用,1.4 蛋白质工程的崛起,基因工程的概念,基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。,人类需要的基因产物,结果,剪切拼接导入表达
2、,基本过程,DNA分子水平,操作水平,基因,操作对象,生物体外,操作环境,基因拼接技术或DNA重组技术,基因工程的别名,抗虫害的玉米,转基因鲑鱼,基因工程产品,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),科技探索之路_基因工程发展史,1.1944年艾弗里(O.Avery)等进行了肺炎双球菌体外转化实验,证明了DNA是生物的遗传物质,并且证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,成为基因工程的先导,是基础理论和技术的发展催生了基因工程,2.1953年沃森和克里克建立了双螺旋结构模型,使生物学进入分子水平。,1958年梅塞尔松和斯塔尔,以大肠杆菌为实验材料,运用同
3、位素示踪技术,用实验证明了DNA的复制是以半保留方式进行的.,1957年克里克提出中心法则的确立,20世纪中叶,基础理论取得重大突破,3.1963年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验,破译编码氨基酸的遗传密码.,1.1967年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制能力,为基因转移找到一种运载工具.,2.1970年阿尔伯(W.Arber)、内森斯(D,Nathans)、史密斯(H.C.Smith)细菌中发现了第一个限制酶,3.1965年桑格发明了氨基酸序列分析技术,4.1972年伯格(P.Berg)首先在体外进行了DNA改造的研究,成功地构建了第一个人工体外重组DNA分子.,技术发明命使基因工程的
4、实施成为可能,1977年科学家又发明了DNA序列分析方法,DNA合成仪的问世,科技探索之路_基因工程发展史,5.1973年博耶和科恩使重组DNA转入大肠杆菌中,转录出相应的mRNA,并使外源基因可以在原核细胞中成功表达,至此表明基因工程正式问世.,技术发明命使基因工程的实施成为可能,1973年科学家才将质粒作为基因的载体使用,这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验,1973年科恩第一个建成“基因工程菌”，并创立基因工程模式,1973年称这“基因工程元年”，,科恩被称为基因工程发展史上的创始人,科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的专利技术,科技探索之路_基因工程发展史,6.1980年第
5、一个转基因小鼠问世,1982年采用显微注射技术培养目出”超级小鼠”,1983年培育出第一例转基因烟草,7.1988年穆里斯发明了PCR技术,使基因工程技术得到了进一步的发展和完善.获1993年诺贝尔化学奖,1993年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗棉铃虫的转基因抗虫棉,技术发明命使基因工程的实施成为可能,1.1 DNA重组技术的基本工具,是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品,分析概念：,工具,为什么要加工,什么是表达,用什么导入,基因的
6、“分子手术刀(剪刀)”,基因的“分子缝合针(针线)”,基因的“分子运输车(运载体)”,1.1DNA重组技术的基本工具,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,运载体,分布：主要在原核生物中。作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。切点：磷酸二酯键 结果：产生黏性未端和平末端 举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶,1.1.1、基因工程的“分子手术刀”,限制酶的识别特点,以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC,黏性末端和平末端,粘性末端,特定的核苷酸序列(6),特定的切点(磷酸二酯键),EcoRI限制酶,中轴线,不同
7、的限制酶所形成的黏性末端不同,特定的核苷酸序列(4),特定的切点(磷酸二酯键),粘性末端,不同的限制酶所形成的黏性末端不同,特定的核苷酸序列(6),特定的切点(磷酸二酯键),平末端,平末端,Smal酶,限制酶在原核生物中的作用,原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列
8、，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。,指“DNA连接酶”,作用：,连接“梯子”断口的“扶手”(DNA链之间的磷酸二酯键)而非“梯子”中间的“踏板”,种类：,EcoliDNA连接酶,只能连接黏性末端,T4DNA连接酶,两种末端都可连接,只连接DNA链上的磷酸 二酯键,思考：DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？它们有什么不同点？,指某些小型DNA分子,1.1.3、基因工程的“分子运输车”,思考：具备什么条件才能充当“分子运输车？,载体的作用：1、将外源基因转移到受体细胞中去。2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。,载体必须具备的条件：1、能够在宿
9、主细胞中复制并稳定地保存；2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）4、对受体细胞无害 5、载体DMA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。,常用的载体有：质粒，噬菌体的衍生物，动植物病毒等,质粒是什么？,质粒是细菌染色体以外的小的环状的DNA分子，它不是细菌生存所必须的，但可复制、并稳定地遗传下去,思考：为什么在进行基因操作时，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行人工改造的？,练习,在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）同种限制酶 B.两种限制酶同种连
10、接酶 D.两种连接酶基因工程常用的受体细胞有（）(1)大肠杆菌（2）枯草杆菌（3）支原体（4）动植物细胞A.（3）（4）B.（1）（2）（4）C.（2）（3）（4）D.（1）（2）（3）,不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制（）B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,练习,2、下列说法正确的是：（）A、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、重组技术所用的工具酶是限制酶、连接酶、运载体 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 进行大量复制的过程可称为“克隆”,审题,模拟制作：重组DNA分子的模拟制作,剪刀EcoR透明胶条DNA连接酶,EcoR的识别序列：GAATTC,模拟制作：重组DNA分子的模拟制作,思考和讨论：你模拟插入DNA片段能称得上是一个基因吗？如果你操作失误，碱基不能配对，可能是什么原因造成的？进一步模拟操作：如果你有兴趣，可自制Sma切割位点的纸板，然后按照上述步骤剪切和连接，制成一个新的重组DNA分子,1.1 DNA重组技术的基本工具,
