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1、第第2 2节节 基基因因工工程程及及其其应应用用 蛛丝是自然界最奇特的物质之蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家蚕同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。养蜘蛛的农场。3030多年来，科学家多年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。制造蛛丝的办法。细菌是在自然界分布细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的生最广、个体数量最多的生物。细菌具有物。细菌具
2、有代谢旺盛，代谢旺盛，繁殖能力强繁殖能力强的特点。的特点。思考：思考：要把蜘蛛的合成丝蛋白的基因要把蜘蛛的合成丝蛋白的基因“嫁接嫁接”到细菌上，关键步骤是什么？到细菌上，关键步骤是什么？关键步骤一：怎样提取合成蚕丝蛋白的基因？关键步骤一：怎样提取合成蚕丝蛋白的基因？关键步骤二：怎样将基因运输到细菌体内？关键步骤二：怎样将基因运输到细菌体内？关键步骤三：怎样将基因与运载体连接起来？关键步骤三：怎样将基因与运载体连接起来？基因的剪刀基因的剪刀限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶基因的针线基因的针线DNADNA连接酶连接酶基因的运载工具基因的运载工具运载体运载体原理：原理：基因重组基因重组 基因工程：又
3、叫做基因工程：又叫做DNADNA重组技术重组技术或或基因拼接基因拼接技术技术。是把一种生物体内的某种基因提取出来，。是把一种生物体内的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向定向地改造生物的遗传性状。地改造生物的遗传性状。1 1、基因的剪刀、基因的剪刀限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是微生物主要是微生物)内的一种酶，能将外内的一种酶，能将外来的来的DNADNA切断，由于这种切割作用是在切断，由于这种切割作用是在DNADNA分子内部进行的，分子内部进行的，故名限制性
4、核酸内切酶。故名限制性核酸内切酶。特点：特点：（1 1）只能识别一种特定的核苷酸序列）只能识别一种特定的核苷酸序列（2 2）只能在特定的位点上切割）只能在特定的位点上切割DNADNA分子分子特异性特异性(专一性专一性)限制性内切酶限制性内切酶识别位点识别位点EcoREcoRXbaXbaXhoXhoNdeNdeGAATTCGAATTCTCTAGATCTAGACTCGAGCTCGAGCATATGCATATG表：几种常用限制性表：几种常用限制性内切酶及其酶切位点内切酶及其酶切位点一、基因操作的工具一、基因操作的工具 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)(E.coli)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别
5、GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。例如：例如：限制酶限制酶黏性末端黏性末端切割位置：切割位置：磷酸二酯键磷酸二酯键如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的黏性末，然后让两者的黏性末端端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A
6、 A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割2 2、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶黏性末端的黏合：黏性末端的黏合：连接位置：连接位置：磷酸二酯键磷酸二酯键互补的碱基形成氢键连接互补的碱基形成氢键连接黏性末端的连接：黏性末端的连接：DNADNA连接酶连接酶连接缺口连接缺口？如何将外源基因送入受体细胞呢？如何将外源基因送入受体细胞呢？3 3、基因的运载工具、基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）质粒质粒 2 2）噬菌体噬菌体或某些动植物或某些动植物病毒病毒原理：原理：利用运
7、载体侵染宿主细胞的能力，将目的基因利用运载体侵染宿主细胞的能力，将目的基因导入宿主细胞。导入宿主细胞。质粒：质粒：质粒是基因工程质粒是基因工程最常用最常用的运载体。的运载体。质粒存在于细菌、酵母菌等生物中，是细胞染质粒存在于细菌、酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够进行色体外能够进行自主复制自主复制的很小的的很小的环状环状DNADNA分子。分子。(1)(1)能在宿主细胞中能在宿主细胞中复制复制并并稳定保存；稳定保存；(2)(2)具有具有多个限制酶的切点，多个限制酶的切点，便于与不同的目的基因连接；便于与不同的目的基因连接；(3)(3)具有某些具有某些标记基因标记基因，便于筛选成功导入的受体，便于
8、筛选成功导入的受体细胞。细胞。运载体的特点运载体的特点普通细菌普通细菌蜘蛛蜘蛛提提取取丝蛋白基丝蛋白基因因与运载体与运载体DNADNA结合结合导入导入转基因细菌转基因细菌(含蜘蛛含蜘蛛丝蛋白基因丝蛋白基因)蜘蛛丝蛋白蜘蛛丝蛋白（二）基因工程的步骤（二）基因工程的步骤如何让细菌如何让细菌“吐蛛丝吐蛛丝”呢？简述其过程。呢？简述其过程。基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果实质实质基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平定向改造生物的遗传性状定向改造生物的遗传性状基因重
9、组基因重组棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNA结合结合导入导入棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)（三）基因工程的应用（三）基因工程的应用基因工程与药物研制基因工程与药物研制许多药品的生产是从许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生微生物生长迅速，容易控制，适于大规
10、模工业化生产。产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。能大大降低生产成本。（三）基因工程的应用（三）基因工程的应用胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，取，100100KgKg胰腺只能提取胰腺只能提取4-54-5g g的胰岛素，的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每菌，每20002000L L培养液就能产生培养
11、液就能产生100100g g胰胰岛素！使其价格降低了岛素！使其价格降低了30%-50%30%-50%!（三）基因工程的应用（三）基因工程的应用环境保护：环境保护：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解能吞食和分解多种污染环境的物质。多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育中的一种烃类，用基因工程培育成功的成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分能吞食转化汞、镉等重金属，分解解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。（三）基因工程的应用（三）基因工程的应用转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!?!