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1、,转基因大豆？,专题一 基因工程,第1讲 DNA重组技术的基本工具,温故知新：核酸的类型,概念：细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。,脱氧核糖核酸(DNA),核糖核酸(RNA),基本单位：,脱氧核糖核苷酸,核糖核苷酸,碱基种类：,A、G、C、T,基本单位：,碱基种类：,A、G、C、U,类型,温故知新：核酸的空间结构,1.DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成的双螺旋结构,2.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧,3.两条链上的碱基通过氢键连接起来,形成碱基对,且遵循碱基互补配对原则。,温故知新
2、：基因,概念：基因是有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的 结构单位和功能单位。作用：控制生物性状，指导蛋白质的生物合成。,温故知新：基因工程,概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 基因提取出来，加以修饰改造，然后转入到另一种生物 的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。也称为转基因技术。,原理：基因重组,优点：克服了远缘杂交不亲和的障碍；周期短；目的性强,为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上并成功表达？,1、大多数生物的遗传物质都是DNA，且主要为双螺旋结构，即不同生物的DNA分子基本结构是相同的，都遵循碱基互补配对原则。所以
3、不同的生物DNA可以嫁接。2、地球上的所有生物共用一套遗传密码，所以，一种生物的基因可以在另外一种生物体内得以表达。,思考与讨论,基因工程的应用之一：,生产胰岛素,（复习糖尿病相关知识）,人的细胞,提取,胰岛素基因,与运载体DNA拼接导入,上述生产胰岛素的关键步骤是什么？,细菌(含胰岛素基因),生产胰岛素,基因工程生产胰岛素简要过程：,胰岛素基因的获取,胰岛素基因导入受体细胞,胰岛素基因与运载体连接,基因工程生产胰岛素的关键步骤：,基因的“剪刀”限制性内切酶,基因的“针线”DNA连接酶,基因的运输工具运载体,基因工程的操作工具,操作工具,大肠杆菌的一种ECORI限制酶识别GAATTC序列，并在
4、G和A之间切开）。,基因的“剪刀”限制性核酸内切酶,基因工程的操作工具,基因工程的操作工具,基因的“剪刀”限制性核酸内切酶,酶切位点：特定序列核苷酸的磷酸二酯键,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,黏性末端：,黏性末端,基因工程的操作工具,不同的限制性内切酶得到的黏性末端不同,中轴线,在G与C之间切割,SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,SmaI限制酶的作用,平末端：当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口是平整的，这样的切口叫平末端。,平末端平末端,SmaI限制酶的作用,EcoR,
5、中轴线,Sma,黏性末端,平末端平末端,黏性末端,仔细观察各限制酶识别的特定序列有何特点？,限制酶的识别序列,限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为回文序列,限制酶的识别序列,同一种内切酶要切两个切口，产生四个黏性末端。,会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,Q1：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？,Q2：如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,思考与讨论,基因的针线DNA
6、连接酶,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来(形成磷酸二酯键)，这样一个重组的DNA分子就形成了。,(连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”),基因工程的操作工具,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低,基因工程的操作工具,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,基因工程的操作工具,都能催化形成磷酸二酯键,都是蛋白质,不需要,需要,形成完整的重组DNA分子,形成DNA的一条链,基因工程,DNA复制,只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键,在
7、两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,质粒是存在于细菌细胞质中独立于染色体而自主复制的环状双链DNA分子。,质粒、噬菌体、动植物病毒,基因的运输工具运载体,运载体的种类：,基因工程的操作工具,在宿主细胞中能保存下来并能大量复制。有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有标记基因，以便进行筛选。对受体细胞无害、易分离。载体DNA分子大小应适合，便于提取和操作。,运载体的作用：,运载体必须具备的五个条件：,作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制,基因工程的操作工具,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药
8、基因，如抗四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。,基因工程的操作工具,目的基因所在片段,CTTAA,G,CTTAA,G,CTTAA,CTTAA,G,G,PSt,目的基因与运载体连接,pBR322质粒结构,标记基因,进行筛选,限制性内切酶,识别序列,外源基因连接,通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。,Q3：为什么限制酶不剪切细菌本身的D
9、NA？,思考与讨论,原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但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。,Q4：你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？,思考与讨论,不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：,Q5：天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？,思考与讨论,在宿主细胞中能保存下来并能大量复制。有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有标记基因，以便进行筛选。对受体细胞无害、易分离。载体DNA分子大小应适合，便于提取和操作。,天然的质粒要进行人工改造后才能用于基因工程操作,迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力。具体原因尚不明确，有待研究。,Q6：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？,思考与讨论,
