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1、选修选修3.3.专题一：专题一：基因工程的产物：基因工程的产物：多彩小鱼多彩小鱼转基因小鼠转基因小鼠转基因小猪转基因小猪蓝色妖姬蓝色妖姬黑籽番茄黑籽番茄转基因金大米转基因金大米基因工程的应用：基因工程的应用：20052005年全世界约有糖尿病患者年全世界约有糖尿病患者1.81.8亿亿,我国约我国约60006000万。万。治疗糖尿病特效药治疗糖尿病特效药胰岛素。胰岛素。每每100kg 100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取猪或牛的胰腺中仅可提取4 45g5g。19791979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。
2、实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。DNA(DNA(基因基因基因基因)mRNA mRNA 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质(性状性状性状性状)转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译思考：基因的表达过程思考：基因的表达过程,与密码子的哪一特性有关？与密码子的哪一特性有关？密码子在生物界是密码子在生物界是密码子在生物界是密码子在生物界是的！的！的！的！通用通用基因工程的概念：基因工程的概念：基因工程，又叫基因工程，又叫DNADNA重组重组技术。通俗的说，就是技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取提取出来，出来，加以加以修饰改造修饰改造，然后，然后放
3、到放到另一种生物的细胞里，另一种生物的细胞里，定向定向地改造生物的遗传特性地改造生物的遗传特性。基因工程别称基因工程别称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分子水平分子水平剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达工具问题探讨：问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一种可以苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。害的抗虫棉。普通棉花普通棉花抗虫棉抗虫棉想一想：完成抗虫棉的培育，
4、需要哪些想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作关键工作？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)提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因通过通过通过通过运载体运载体运载体运载体导入导入导入导入转基因棉花含转基因棉花含抗虫基因抗虫基因转基因棉花有转基因棉花有抗虫特性抗虫特性苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌转基因棉花产生伴胞晶体转基因棉花产生伴胞晶体思考：在以上过程中关键步骤是什么？思考：在以上过程中关键步骤是什么？基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌
5、细胞内细胞内提取提取出来出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因与棉花抗虫基因与棉花DNA“DNA“缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入导入棉花细胞棉花细胞“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”载体载体一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”1 1来源：来源：限制性核酸内切酶，又称限制酶限制性核酸内切酶，又称限制酶主要从主要从原核生物原核生物中分离纯化。中分离纯化。2 2作用特点：作用特点：识别特定核苷酸序列识别特定核苷酸序列，使每条链中，使每条链中特定部位的两个核苷
6、酸之间的特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开磷酸二酯键断开。（大多数限制酶的识别序列由（大多数限制酶的识别序列由（大多数限制酶的识别序列由（大多数限制酶的识别序列由6 6 6 6个核苷酸组成个核苷酸组成个核苷酸组成个核苷酸组成少数的识别序列由少数的识别序列由少数的识别序列由少数的识别序列由4 4 4 4、5 5 5 5或或或或8 8 8 8个核苷酸组成）个核苷酸组成）个核苷酸组成）个核苷酸组成）3 3作用结果：作用结果：使目的基因两端和运载体产生使目的基因两端和运载体产生黏性黏性末端末端或或平末端平末端。思考：限制酶在原核生物细胞中的作用？思考：限制酶在原核生物细胞中的作用？1.1.种类与
7、命名种类与命名 现在已经从约现在已经从约300300种微生物中分离出了约种微生物中分离出了约40004000 种限制性内切酶种限制性内切酶(限制酶限制酶)。粘质沙雷氏杆菌粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）SmaSma大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌（Escherichia coli REscherichia coli R）EcoREcoR命名方法命名方法1.1.作用特点作用特点断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键 T12345 A12345HHHHHO T12345 A12345HHHHOH2O+磷酸二酯键磷酸二酯键神神 图图!1.1.限制酶作用特点限制酶作用特
8、点断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键限制酶限制酶DNA解旋酶解旋酶区别区别限制性内切酶与限制性内切酶与限制性内切酶与限制性内切酶与DNADNADNADNA解旋酶的区别解旋酶的区别解旋酶的区别解旋酶的区别切割特定的核苷酸序切割特定的核苷酸序列的列的磷酸二酯键磷酸二酯键将将DNADNA两条链的两条链的氢键氢键打开打开形成两条单链形成两条单链限制酶限制酶DNA水解酶水解酶区别区别限制性内切酶与限制性内切酶与限制性内切酶与限制性内切酶与DNADNADNADNA水解酶的区别水解酶的区别水解酶的区别水解酶的区别切割切割特定核苷酸序列特定核苷酸序列的磷酸二酯键，形成的磷酸二酯键，形成DNADNA的片段的片段.切割
9、切割DNADNA的的所有所有磷磷酸二酯键，形成单酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸个的脱氧核苷酸1.1.作用特点作用特点断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键限制酶的识别序列限制酶的识别序列回文序列回文序列回文序列：回文序列：在切割部位，一条链正向读的碱基顺序在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。与另一条链反向读的顺序完全一致。1.1.作用特点作用特点断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端1.1.作用特点作用特点断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键Sma平末端平末端 平末端平末端二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶1 1种类种类 ：Eco
10、li DNAEcoli DNA连接酶连接酶 （分离自大肠杆菌）（分离自大肠杆菌）T4 DNAT4 DNA连接酶连接酶 （分离自（分离自T T4 4噬菌体）噬菌体）2 2作用：作用：恢复恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间被限制酶切开的两个核苷酸之间 的的磷酸二酯键磷酸二酯键。3 3作用原理：作用原理：催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成1.Ecoli DNA1.Ecoli DNA连接酶或连接酶或T T4 4DNADNA连接酶连接酶恢复恢复恢复恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的被限制酶切开的两个核苷酸之间的被限制酶切开的两个核苷酸之间的被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸
11、二酯键2 2、T T4 4DNADNA连接酶连接酶 T T4 4 DNA DNA连接酶连接酶可以连接可以连接黏性末端，黏性末端，还可还可把把平末端平末端之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合”起来，但连接起来，但连接平末端效率较低平末端效率较低T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶3.3.连接酶类型总结连接酶类型总结类型类型EcoliEcoliDNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶来源来源来源来源功能功能功能功能大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体恢复恢复恢复恢复磷酸磷酸磷酸磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键只连接只连接
12、只连接只连接黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端能连接能连接能连接能连接黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端和和和和平末端平末端平末端平末端(效率低效率低效率低效率低)相同点相同点相同点相同点差别差别差别差别连接与聚合酶4.4.比较：比较：DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶区别区别1 1区别区别2 2相同点相同点将将单个核苷酸单个核苷酸连接到已连接到已有的核酸片段上，形成有的核酸片段上，形成磷酸二酯键磷酸二酯键形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键在在两个两个DNADNA片段之间片段之间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键以以一条一条DNADNA链为模板
13、链为模板，将将将将单个核苷酸单个核苷酸单个核苷酸单个核苷酸通过磷酸通过磷酸通过磷酸通过磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键连接成一条互补连接成一条互补的的DNADNA链链将将DNADNA双链上的双链上的两个两个缺口同时连接缺口同时连接起来，起来，不需模板不需模板三、三、“分子运输车分子运输车”目的基因进入受体细胞的目的基因进入受体细胞的载体载体载体需要的条件：载体需要的条件：有有11多个限制酶切点多个限制酶切点对受体细胞无害对受体细胞无害导入基因导入基因能在受体细胞中复制、表达能在受体细胞中复制、表达有某些标记基因，便于鉴定、选择有某些标记基因，便于鉴定、选择常用运载体：常用运载体：细菌的质粒细菌的质
14、粒 噬菌体衍生物噬菌体衍生物或某些动植物病毒或某些动植物病毒3.3.效果：效果：（1 1）携外源）携外源DNADNA片段的质粒在受体细胞中自我复制片段的质粒在受体细胞中自我复制 （2 2）整合到染色体）整合到染色体DNADNA上，同步复制上，同步复制 注：天然质粒经过人工改造后，才能被用作载体。注：天然质粒经过人工改造后，才能被用作载体。假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？作为分子运输车载体，如果没有切割位点将会怎样？霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？子运输车吗？目的基因有没有进入受体细胞，如何
15、去发现？目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？常用的载体：质粒常用的载体：质粒能复制并带着能复制并带着能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制因一起复制因一起复制有限制酶的有限制酶的有限制酶的有限制酶的切割位点切割位点切割位点切割位点有有有有标记基因标记基因标记基因标记基因的存在，可的存在，可的存在，可的存在，可用含氨苄青用含氨苄青用含氨苄青用含氨苄青霉素的培养霉素的培养霉素的培养霉素的培养基基基基鉴定、选鉴定、选鉴定、选鉴定、选择择择择总结：总结：3 3种工具种工具1 1、限制性内切酶：、限制性内切酶：来源、作用、结果来源、作用、结果2
16、2、DNADNA连接酶：连接酶：种类、来源、作用种类、来源、作用3 3、载、载 体：体：种类、必要条件种类、必要条件 课堂练习：1.在基因工程中，切割运载体和含有在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的目的基因的DNA片段，需使用（片段，需使用（）A.同种限制酶同种限制酶 B.两种限制酶两种限制酶C.同种连接酶同种连接酶 D.两种连接酶两种连接酶A课堂练习：2.不属于质粒被选为基因运载体的不属于质粒被选为基因运载体的理由是理由是（）A、能复制、能复制 B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD课堂练习：3.以下说法正确的是以下说法正确
17、的是 （）A、所有的限制酶只能识别一种特定的、所有的限制酶只能识别一种特定的 核苷酸序列核苷酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个、运载体必须具备的条件之一是：具有多个 限制酶切点，以便与外源基因连接限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来C科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论达尔文达尔文达尔文达尔文提出提出提出提出生物进化论生物进化论生物进化论生物进化论科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基
18、因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论孟德尔孟德尔孟德尔孟德尔提出基因的提出基因的提出基因的提出基因的分离定律分离定律分离定律分离定律和和和和自由组合定律自由组合定律自由组合定律自由组合定律科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论摩尔根摩尔根摩尔根摩尔根证明证明证明证明基因在染色体上基因在染色体上基因在染色体上基因在染色体上，并提出基因的并提出基因的并提出基因的并提出基因的连锁互换定律连锁互换定律连锁互换定律连锁互换定律。科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基
19、基础础理理论论艾弗里艾弗里艾弗里艾弗里证明证明证明证明DNADNA是主要遗传物质是主要遗传物质是主要遗传物质是主要遗传物质，DNADNA可可可可从一种生物个体从一种生物个体从一种生物个体从一种生物个体转移转移转移转移到另一种生物个体。到另一种生物个体。到另一种生物个体。到另一种生物个体。科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论 沃森沃森沃森沃森、克里克克里克克里克克里克提出提出提出提出DNADNADNADNA的的的的双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构模型。模型。模型。模型。科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论
20、和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论梅塞尔松梅塞尔松梅塞尔松梅塞尔松、斯塔尔斯塔尔斯塔尔斯塔尔证明证明证明证明DNADNADNADNA的的的的半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早早期期基基础础理理论论克里克克里克克里克克里克等提出等提出等提出等提出中心法则中心法则中心法则中心法则DNADNADNADNARNARNARNARNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译逆转录逆转录逆转录逆转录复制复制复制复制科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程早
21、早期期基基础础理理论论1963196319631963年年年年尼伦伯格尼伦伯格尼伦伯格尼伦伯格和和和和马太马太马太马太破译编码氨基酸的破译编码氨基酸的破译编码氨基酸的破译编码氨基酸的遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码，1966196619661966年年年年霍拉纳霍拉纳霍拉纳霍拉纳用实验加以证明。用实验加以证明。用实验加以证明。用实验加以证明。科技探索之路：基础理论和技术发展催生了基因工程基础理论和技术发展催生了基因工程1)1)基因转移载体的发现基因转移载体的发现2)2)工具酶的发现工具酶的发现3)DNA3)DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明4)DNA4)DNA体外重组的实现体外重组的实现5)5)重组重组DNADNA表达实验的成功表达实验的成功6)6)第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世7)PCR7)PCR技术的发明技术的发明