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1、欢迎进入朱建标老师之生命课堂选修三 现代生物科技专题专题一 基因工程专题二 细胞工程专题三 胚胎工程专题四 生物技术的安全性和伦理问题专题五 生态工程1欢迎进入朱建标老师之生命课堂选修三 现代生物科技专题教学目标：简述DNA重组技术所需要三种工具的作用；认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新教学重点：DNA重组技术所需要三种工具的作用教学难点：基因工程载体需要具备的条件课时安排：共3课时2欢迎进入朱建标老师之生命课堂3欢迎进入朱建标老师之生命课堂4欢迎进入朱建标老师之生命课堂专题一什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通
2、过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。5一、基因工程的概念一、基因工程的概念1 1、原理：、原理：2 2、操作水平：、操作水平：3 3、又称：、又称：4 4、优点：、优点：基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平DNADNA重组技术或基因拼接技术重组技术或基因拼接技术 定向改造生物性状定向改造生物性状 克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍 育种周期短育种周期短6欢迎进入朱建标老师之生命课堂 艾弗里艾弗里证明证明DNA是遗传物质是遗传物质，DNA可从可从一种生物个体一种生物个体转移转移到另一种生物个体。到另一种生物
3、个体。二、基因工程的诞生二、基因工程的诞生 P2-3（一）基础理论：（一）基础理论：7欢迎进入朱建标老师之生命课堂沃森、克里克沃森、克里克建立了建立了DNA的的双螺旋结构双螺旋结构模型模型8欢迎进入朱建标老师之生命课堂梅塞尔松、斯塔尔梅塞尔松、斯塔尔证明证明DNA的的半保留复制半保留复制9欢迎进入朱建标老师之生命课堂科技探索之路克里克克里克等提出等提出中心法则中心法则DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译逆转录逆转录复制复制10欢迎进入朱建标老师之生命课堂 1963年年尼伦伯格尼伦伯格和和马太马太破译编码氨基酸的破译编码氨基酸的遗传密码遗传密码，1966年年霍拉纳霍拉纳用实验加以证明。用实验
4、加以证明。11欢迎进入朱建标老师之生命课堂1)基因转移载体的发现2)工具酶的发现3)DNA合成和测序技术的发明4)DNA体外重组的实现5)重组DNA表达实验的成功6)第一例转基因动物问世7)PCR技术的发明（二）技术发明：（二）技术发明：12欢迎进入朱建标老师之生命课堂三、DNA重组技术的基本工具基因工程培育抗虫棉的简要过程：剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达13欢迎进入朱建标老师之生命课堂基因工程培育抗虫棉的简要过程：在以上过程中关键步骤或难点是什么？普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因通过运载体导入转基因棉花含抗虫基因转基因棉花产生伴胞晶体转基因棉花有抗虫特性14欢迎进入朱
5、建标老师之生命课堂解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞“分子手术刀”限制性核酸内切酶“分子缝合针”DNA连接酶“分子运输车”基因进入受体细胞的载体15欢迎进入朱建标老师之生命课堂三、DNA重组技术的基本工具限制性核酸内切酶“分子手术刀”来源：主要从原核生物中分离纯化出来。种类：已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。作用：1.能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列2.使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。16欢迎进入朱建标老师之生命课堂磷酸二酯键：磷酸二
6、酯键磷酸二酯键5 3 3517欢迎进入朱建标老师之生命课堂磷酸二酯键：一个核苷酸核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称又3,5磷酸二酯键。18欢迎进入朱建标老师之生命课堂限制性核酸内切酶“分子手术刀”作用特点：具有特异性（专一性）。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，限制酶的识别序列：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成19欢迎进入朱建标老师之生命课堂限制酶的识别序列：20欢迎进入朱建标老师之生命课堂EcoRI限制酶的切割：中轴线中轴线在在G与与A之间切割之间切割大肠杆菌的
7、一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。21欢迎进入朱建标老师之生命课堂EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端22欢迎进入朱建标老师之生命课堂EcoRI限制酶的切割：中轴线中轴线黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端在在G与与A之间切割之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。23欢迎进入朱建标老师之生命课堂C C C G G GG G G C C CSmaI限制酶的切割：只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线中轴线24欢迎进入朱建标老师之生命课堂Sma平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端25欢迎进入
8、朱建标老师之生命课堂C C C G G GG G G C C CSmaI限制酶的切割：只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线中轴线C C CG G GG G GC C C26欢迎进入朱建标老师之生命课堂C C C G G GG G G C C CSmaI限制酶的切割：只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线中轴线C C CG G GG G GC C C平末端平末端平末端平末端27欢迎进入朱建标老师之生命课堂限制酶的作用结果：产生黏性末端或平末端。28欢迎进入朱建标老师之生命课堂限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条
9、中心轴线(如图)，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复、互补排列的。29欢迎进入朱建标老师之生命课堂你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？P4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。30欢迎进入朱建标老师之生命课堂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(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末
10、端。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？会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。31欢迎进入朱建标老师之生命课堂作用（二）“分子缝合针”DNA连接酶把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.作用原理催化磷酸二酯键形成32欢迎进入朱建标老师之生命课堂GAATTCCTTAAG33欢迎进入朱建标老师之生命课堂AATTCGGCTTAA34欢迎进入朱建标老师之生命课堂AATTCGGCTTAA35欢迎进入朱建标老师之生命课堂GAATTCCTTAAG36欢迎进入朱建标老师之生命课堂GAATTCCTTAAG
11、37欢迎进入朱建标老师之生命课堂GAATTCCTTAAG38欢迎进入朱建标老师之生命课堂类型二“分子缝合针”DNA连接酶类型来源功能相同点差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)39 可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，Ecoli DNAEcoli DNA连接酶或连接酶或连接酶或连接酶或T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的即恢复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40欢迎进入朱建标老师之生命课堂T T4 4DNADNA连
12、接酶连接酶连接酶连接酶DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T T4 4 DNA DNA连接酶连接酶还可把还可把平末端之间的缝隙平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，但效率较低起来，但效率较低41欢迎进入朱建标老师之生命课堂DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶区别区别相同点相同点寻根问底寻根问底寻根问底寻根问底DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗聚合酶是一回事吗?为什么为什么?只能将只能将单个核苷单个核苷酸酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，片段上，形成磷酸二酯键形成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
13、段片段之间之间形成磷酸二形成磷酸二酯键酯键42欢迎进入朱建标老师之生命课堂（三）（三）“分子运输车分子运输车”运载体运载体3 3、种类：、种类：1 1、需要具备的条件：、需要具备的条件：（1）在受体细胞中稳定存在，能自我复制）在受体细胞中稳定存在，能自我复制（2）有一个或多个切割位点）有一个或多个切割位点（3）有标记基因）有标记基因（4）对受体细胞无害）对受体细胞无害质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒等噬菌体衍生物、动植物病毒等2、载体的作用、载体的作用将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。43欢迎进入朱建标老师之生命课堂最常用的质粒最常用的质粒大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒试分析其
14、作为载体的优点？试分析其作为载体的优点？44欢迎进入朱建标老师之生命课堂小结小结基因工程基因工程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性(识别序列识别序列)切开切开DNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键 种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4 DNADNA连接酶连接酶运载运载工工 具具具备的具备的条件条件结构简单结构简单,大小适中大小适中能在宿主细胞中自能在宿主细胞中自我复制并稳定存在我复制并稳定存在具一个具一个或或多个限制酶切位点多个限制酶切位点具标记基因具标记基因质粒、质粒、噬菌体衍生物噬菌体衍生
15、物、动植物病毒、动植物病毒45欢迎进入朱建标老师之生命课堂补充补充知识点：知识点：1.1.原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子启动子：启动子：位于基因首端一段能与位于基因首端一段能与RNARNA聚合酶结合并能起始聚合酶结合并能起始mRNAmRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。终止子：终止子：位于基因的尾端的一段特殊的位于基因的尾端的一段特殊的DNADNA片断，它能阻片断，它能阻碍碍RNARN
16、A聚合酶的移动，并使其从聚合酶的移动，并使其从DNADNA模板链上脱离下来，模板链上脱离下来，使转录终止。使转录终止。RNARNA聚合酶聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质的一种蛋白质.(.(以模板转录然后脱落以模板转录然后脱落)46欢迎进入朱建标老师之生命课堂不能转录为信使不能转录为信使RNARNA，不能编码蛋白质。不能编码蛋白质。：能转录相应的信使：能转录相应的信使RNARNA，能编码蛋白质能编码蛋白质 编码区编码区非编码区非编码区原核原核细胞细胞的的 基因基因结构结构有调控遗传信息表达的核有调控遗传信息表达的核 苷酸序列，在该序列中
17、，苷酸序列，在该序列中，最重要的是位于编码区上最重要的是位于编码区上 游的游的RNARNA聚合酶结合位点。聚合酶结合位点。非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终止子47欢迎进入朱建标老师之生命课堂编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内不能够编码蛋白质的序列叫做内含子含子启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 内含子：内含子：外显子：
18、外显子：补充补充知识点：知识点：2.2.真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构48欢迎进入朱建标老师之生命课堂真核真核细胞细胞的的 基因基因结构结构编码区编码区非编码区非编码区外显子：能编码蛋白质的序列外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：有调控作用的核苷酸序列，：有调控作用的核苷酸序列，包括位于编码区上游的包括位于编码区上游的RNARNA 聚合酶结合位点等。聚合酶结合位点等。非编码序列：非编码序列：包括非编码区和内含子包括非编码区和内含子49欢迎进入朱建标老师之生命课堂原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞不同点不同点编码区是编码区是_的的编码区是间隔的、编码区是间隔的、_的的相同点相同点都由能够编码蛋白质的都由能够编码蛋白质的_和具和具有调控作用的有调控作用的_区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较思考思考编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？细胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续连续不连续不连续编码区编码区非编码非编码50欢迎进入朱建标老师之生命课堂作业：基训相关内容P7填充题P910练习51