1、专题1 基因工程 题图：题图： 科技探索之路：科技探索之路： 1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 1.3 基因工程的应用基因工程的应用 1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起选修选修3 3：现代生物科技专题现代生物科技专题专题1 基因工程 DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程应用基因工程应用 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起烟草烟草能产生狂犬病抗体能产生狂犬病抗体蛋白的转基因蛋白的转基因每每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1
2、979年，美国将年，美国将人的胰岛素基因人的胰岛素基因重组到重组到大肠杆菌大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药治疗糖尿病特效药 据据WTOWTO调查：调查： 2005年全世界约有糖尿病患者年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，亿人，我国约我国约6000万。万。基础理论和技术的发展催生了基因工程 20世纪中叶世纪中叶,基础理论取得了重大突破基础理论取得了重大突破 DNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明 DNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译遗传密码的破译 技术发明使基因工程的实施成为可
3、能技术发明使基因工程的实施成为可能 基因转移载体的发现基因转移载体的发现 工具酶的发现工具酶的发现 DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明 DNA体外重组的实现体外重组的实现 重组重组DNA表达实验的成功表达实验的成功 第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世 PCR技术的发明技术的发明基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程主要的技术结果问题探讨：苏苏云金芽孢杆菌含有一种云金芽孢杆菌含有一种可以可以合合成毒蛋白的基因。成毒蛋白的基因。让让细菌的毒蛋白基因在棉细菌的毒蛋白基因在棉花细花细胞胞中表达，可培育出抵抗中表达，可培育出抵抗棉铃棉铃虫虫害的抗虫害的抗虫棉。棉。想一想： 需需
4、要做哪些关键工作？要做哪些关键工作？苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌思思考考Q: 1. 1.在在自然界中有一些生物的自然界中有一些生物的DNADNA可能可能进进入另入另一种生物的一种生物的细胞中。我们有没有学细胞中。我们有没有学过相过相关关的实例？的实例？2.2.单细胞生物并没有在进化中，为什么不会因外单细胞生物并没有在进化中，为什么不会因外源源DNADNA的入侵而灭绝？有何保护机制？的入侵而灭绝？有何保护机制？可能产生了一些特殊的酶来防范。可能这种可能产生了一些特殊的酶来防范。可能这种酶能识别外来侵入的酶能识别外来侵入的DNA并将其分解，而对并将其分解，而对自身的自身的DNA不能起作用。不能起作
5、用。“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主要来源：种类与命名：作用特点（特异性） 4.限制酶识别序列 5.作用结果：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种类与命名：现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。粘质沙雷氏杆菌粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens练习：流感嗜血杆菌的练习：流感嗜血杆菌的d d菌株菌株( ( HaemophilusHaemophilus influenzaeinfluenzae d ) d )中先后分离到中先后分离到3 3种限制酶，则分种限制酶，则分别命名为别命名为: :Hind
6、、Hind和和Hind T磷磷酸酸二二酯酯键键1234512345 AG A A T T CC T T A A G C C C G G GG G G C C CEcoR（4） 黏性末端和平末端黏性末端和平末端Sma黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 限制酶存在于原核细胞中的作用是限制酶存在于原核细胞中的作用是什么？为什么限制酶不剪切细菌本身的什么？为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？实例：实例：1、下列关于限制酶的说法正确的是（、下列关于限制酶的说法正确的是（ ）A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少B.一种限制酶只能
7、识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端后都会形成黏性末端D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：两类两类Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 二二、 DNA DNA连接酶连接酶- -分子缝合针分子缝合针类型二二、 DNA DNA连接酶连接酶- -分子缝合针分子缝合针DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶区别区别相同点相同点1)1)只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连连接到已有的接到
8、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1)1)在在两个两个DNADNA片段之片段之间间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1.作用：2.种类： 质粒质粒、噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物和动植物病毒等。和动植物病毒等。 将将外源基因外源基因送入受体细胞。送入受体细胞。 三三、基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体- - -分子运输车分子运输车” ” 最常用的质粒是大肠最常用的质粒是大肠杆菌的质粒杆菌的质粒:常含有常含有抗药基抗药基因因如如:四环素的标记基因。四环素的标记基因。(质质粒的存在与否对受体细胞生存粒的存在与否对受体细胞生存没有决定性作用，
9、但复制没有决定性作用，但复制只能只能在在受体细胞受体细胞内内完成完成)质粒是质粒是一种裸露的、结构简一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟单、独立于细菌染色体（即拟核核DNADNA）之外，并且具有）之外，并且具有自我复自我复制制能力的能力的双双链链环环状状DNADNA分子分子质粒是基因工程最常用的载体质粒是基因工程最常用的载体1.假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？2.作为载体没有作为载体没有切割位点切割位点将怎样？将怎样？3.目的基因目的基因是否是否进入受体细胞，你如何去察觉？进入受体细胞，你如何去察觉？4.如果载体对受体细胞有害将怎样？
10、如果载体对受体细胞有害将怎样？ 作为运载体必须具备的条件作为运载体必须具备的条件作为运载体必须具备的条件作为运载体必须具备的条件1.能够在受体细胞中能够在受体细胞中自我复制自我复制并并稳定稳定地保存。地保存。2.具有具有一个或多个限制酶切点一个或多个限制酶切点，以便与外源基因，以便与外源基因连接。连接。3.具有某些具有某些标记基因标记基因，便于进行筛选。，便于进行筛选。4.必需是安全的，不会对受体细胞有害。必需是安全的，不会对受体细胞有害。注意：注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的真正用作运载体的质粒都是人工改造过的1、细菌染色体外双链环状、细菌染色体外双链环状DNA分子分子2、能自我复
11、制并在受体细胞中、能自我复制并在受体细胞中稳定存稳定存在在3、有一个或多个限制酶切点、有一个或多个限制酶切点4、有特殊的遗传标记基因、有特殊的遗传标记基因注注意：意：真真正用作运载体的质粒正用作运载体的质粒都是都是人工改造过的。人工改造过的。注意：注意：这两条这两条DNA分子的碱基对不是随意乱分子的碱基对不是随意乱写的。写的。一、每一、每个个DNA分子上的两条链上的碱基要互分子上的两条链上的碱基要互补配对；补配对；二、每二、每个个DNA分子中每条链都存在一个分子中每条链都存在一个G-A-A-T-T-C的碱基序列，也就是说是的碱基序列，也就是说是EcoRI限限制酶的识别序列，并存在制酶的识别序列
12、，并存在G-A的切割位点。的切割位点。四、四、模拟操作：重组模拟操作：重组DNADNA分子的模拟操作分子的模拟操作 小结：基因工程基因工程的工具的工具限限制酶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DNADNA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具工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多个限制酶切位点具一个多个限制酶切位点具标记基因具
13、标记基因质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒噬菌体衍生物、动植物病毒1、关于限制酶的说法中，正确的是（ ）A、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序 列B、EcoRI切割的是GA之间的氢键C限制酶一般不切割自身的DNA分子，只 切割外源DNAD限制酶只存在于原核生物中课堂练习2、DNA连接酶催化的反应是( )ADNA复制时母链与子链之间形成氢键 B黏性末端碱基之间形成氢键C两个DNA片段黏性末端之间的缝隙的连接 DA、B、C都不正确3、作为基因的运输工具载体，必须具备的条件及理由是( )A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因B、具有多个限制酶切点，以便于目的基因
14、的表达C具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选4、质粒是基因工程最常见的载体，它的 主要特点是( )能自主复制不能自主复制结构很小 是蛋白质是环状RNA是环状DNA能“友好”地“借居”A、 B、 C D5、在受体细胞中能检测出目的基因是因为( )A、目的基因上有标记 B、质粒具有某些标记基因C、重组质粒能够复制 D以上都不正确6、关于质粒的叙述正确的是( )A、质粒是能够自我复制的环状DNA分子 B、质粒是唯一的载体C、重组质粒是目的基因 D、质粒可在宿主外单独复制7、基因工程中可用作载体的是( )质粒 噬菌体病毒 动物细胞核A、 B、 C D、8、下列关于基因工程中所选用的质粒的说法，错误的是( )A、不能没有标记基因 B、是小型链状的DNA分子C、能够自我复制 D可与目的基因重组9、下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是( )A、 B、 C、 D、 10、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是( )(1)限制酶 (2)连接酶(3)解旋酶 (4)还原酶A、(1)(2)(3) B、(1)(2)(4) C、(1)(2) D、(1)(3)
