1、选修选修3 生态工程生态工程生物技术的安全性生物技术的安全性和伦理问题和伦理问题胚胎工程胚胎工程细胞工程细胞工程基因工程基因工程现代生物科技现代生物科技专题专题专题1.基因工程基因工程 让细菌制造胰岛素让细菌制造胰岛素 让细菌让细菌“吐出吐出”蚕丝蚕丝 让细菌生产出粮食让细菌生产出粮食 让水稻也能固氮让水稻也能固氮让烟草生产医用蛋白质让烟草生产医用蛋白质不同种生物的不同种生物的DNA能进入加一种生物体内吗能进入加一种生物体内吗?我们人类可不可以故意把某种生物的我们人类可不可以故意把某种生物的DNA引入另一种引入另一种生物体内呢生物体内呢?专题1.基因工程基因工程的基本内容的基本内容 基因工程的
2、概念基因工程的概念1.1 基因工程的基本工具基因工程的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程的发展史基因工程的发展史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基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。们需要的新的生物类型和生物产品。人类需要的基因产物人类需要的基因产物结果结果剪切剪切拼接拼接导入导入表
3、达表达基本过程基本过程DNA分子水平分子水平操作水平操作水平基因基因操作对象操作对象生物体外生物体外操作环境操作环境基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术基因工程的别名基因工程的别名抗虫害的玉米抗虫害的玉米转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因转基因鲑鱼鲑鱼基因工程产品转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生长激乳汁中含有人生长激素的转基因牛素的转基因牛(阿根廷阿根廷)科技探索之路_基因工程发展史1.1944年艾弗里年艾弗里(O.Avery)等进行了肺炎双球菌体等进行了肺炎双球菌体外转化实验外转化实验,证明了证明了DNA是生物的遗传物质是生物的遗传物质,并
4、且证并且证明了明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物可以从一种生物个体转移到另一种生物个体个体,成为基因工程的先导成为基因工程的先导是基础理论和技术的发展催生了基因工程是基础理论和技术的发展催生了基因工程2.1953年沃森和克里克建立了双螺旋结构模型年沃森和克里克建立了双螺旋结构模型,使生使生物学进入分子水平物学进入分子水平。1958年梅塞尔松和斯塔尔年梅塞尔松和斯塔尔,以大肠杆菌为实验材料以大肠杆菌为实验材料,运用同位素示踪技术运用同位素示踪技术,用实验证明了用实验证明了DNA的复制是的复制是以半保留方式进行的以半保留方式进行的.1957年克里克年克里克提出中心法则的确立提出中心法则的
5、确立20世世纪纪中中叶叶,基基础础理理论论取取得得重重大大突突破破3.1963年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验,破破译译编码氨基酸的编码氨基酸的遗传密码遗传密码.1.1967年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制能力能力,为基因转移为基因转移找到一种运载工具找到一种运载工具.2.1970年阿尔伯年阿尔伯(W.Arber)、内森斯、内森斯(D,Nathans)、史密、史密斯斯(H.C.Smith)细菌中细菌中发现了第一个限制酶发现了第一个限制酶3.1965年桑格年桑格发明了氨基酸序列分析技术发明了氨基酸序列分析技术4.
6、1972年伯格年伯格(P.Berg)首先在体外进行了首先在体外进行了DNA改造的改造的研究研究,成功地构建了成功地构建了第一个人工体外重组第一个人工体外重组DNA分子分子.技技术术发发明明命命使使基基因因工工程程的的实实施施成成为为可可能能1977年科学家又年科学家又发明了发明了DNA序列分析方法序列分析方法DNA合成仪的问世合成仪的问世科技探索之路_基因工程发展史5.1973年博耶和科恩使重组年博耶和科恩使重组DNA转入大肠杆菌中转入大肠杆菌中,转转录出相应的录出相应的mRNA,并使外源基因可以在原核细胞中并使外源基因可以在原核细胞中成功表达成功表达,至此表明至此表明基因工程正式问世基因工程
7、正式问世.技技术术发发明明命命使使基基因因工工程程的的实实施施成成为为可可能能1973年科学家才将质粒作为基因的载体使用年科学家才将质粒作为基因的载体使用这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验1973年科恩第一个建成年科恩第一个建成“基因工程菌基因工程菌”，并创，并创立基因工程模式立基因工程模式1973年称这年称这“基因工程元年基因工程元年”，科恩被称为基因工程发展史上的创始人科恩被称为基因工程发展史上的创始人科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的专利技术专利技术科技探索之路_基因工程发展史6.1980
8、年第一个转基因小鼠问世年第一个转基因小鼠问世1982年采用显微注射技术培养目出年采用显微注射技术培养目出”超级小鼠超级小鼠”1983年培育出第一例转基因烟草年培育出第一例转基因烟草7.1988年穆里斯年穆里斯发明了发明了PCR技术技术,使基因工程使基因工程技术得到了进一步的发展和完善技术得到了进一步的发展和完善.获获1993年年诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖1993年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗棉铃虫的转基因抗虫棉棉铃虫的转基因抗虫棉技技术术发发明明命命使使基基因因工工程程的的实实施施成成为为可可能能1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具
9、 是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出产生出人类所需要的新的生物类型和生物产人类所需要的新的生物类型和生物产品品分析概念分析概念：工工具具为什么为什么要加工要加工什么是什么是表达表达用什么用什么导入导入 分布：主要在原核生物中。分布：主要在原核生物中。作用特点作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。切割
10、特定切点。切点：切点：磷酸二酯键磷酸二酯键 结果：产生黏性未端和平末端结果：产生黏性未端和平末端 举例：举例：EcoR1限制酶、限制酶、Sma1限制酶限制酶 限制酶的识别特点限制酶的识别特点 以中轴线双侧的以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列上碱基呈反向对称，重复排列 如：如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC黏性末端和平末端粘性末端粘性末端特定的特定的核苷酸核苷酸序列序列(6)特定的切特定的切点点(磷酸磷酸二酯键二酯键)EcoRI限制酶限制酶中轴线中轴线特定的特定的核苷酸核苷酸序列序列(4)特定的切特定的切点点(磷酸磷酸二酯键二酯键)粘性末端粘性末端特定
11、的核苷特定的核苷酸序列酸序列(6)特定的切特定的切点点(磷酸磷酸二酯键二酯键)平末端平末端平末端平末端Smal酶酶限制酶在原核生物中的作用 原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御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，当外源菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利侵入时，会利用限制酶将外源用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。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
12、源所以，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。、使之失效，从而达到保护自身的目的。含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化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。不能将其切开。EcoliDNA连接酶连接酶只能连接黏性末端只能连接黏性末端T4DNA连接酶连接酶两种末端都可连接两种末端都可连接只连接只连接DNA链上的链上的磷酸磷酸 二酯键二酯键思考：思考：DNA连接酶连接酶和和D
13、NA聚合酶聚合酶是一回事吗？它们有什么不同点？是一回事吗？它们有什么不同点？”思考：具备什么条件才能充当思考：具备什么条件才能充当“分子运输车？分子运输车？载体的作用：载体的作用：1、将外源基因转移到受体细胞中去。、将外源基因转移到受体细胞中去。2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。复制。载体必须具备的条件：载体必须具备的条件：1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素、具有
14、某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）4、对受体细胞无害、对受体细胞无害 5、载体、载体DMA分子大小应适合，以便提取和在体外分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。进行操作，太大就不便操作。常用的载体有：常用的载体有：质粒，质粒，噬菌体的衍生物，动植物病毒等噬菌体的衍生物，动植物病毒等质粒是什么质粒是什么？质粒是质粒是细菌染细菌染色体色体以外的以外的小小的的环环状状的的DNA分子分子，它，它不是细菌生存所必不是细菌生存所必须的，但可复制、须的，但可复制、并稳定地遗传下去并稳定地遗传下去思考：思考：为什
15、么在进行基因操作时，真正被用作载体的为什么在进行基因操作时，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行质粒，都是在天然质粒的基础上进行人工改造人工改造的？的？练习练习在基因工程中，切割运载体和含有目的基因在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的的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基因工程常用的受体细胞有（基因工程常用的受体细胞有（）(1)大肠杆菌大肠杆菌 （2）枯草杆菌）枯草杆菌（3）支原体）支原体 （4）动植物细胞）动植物细胞A.（3）（）（4）B.（1）（）（2）（）（4）C.（2）
16、（）（3）（）（4）D.（1）（）（2）（）（3）1 1、下列不适合用于基因工程的运载体、下列不适合用于基因工程的运载体是（是（）A A、质粒、质粒 B B、噬菌体、噬菌体 C C、细菌、细菌 D D、病毒、病毒选选我我C2、下列说法正确的是、下列说法正确的是：（：（）A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列碱基序列 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、重组技术所用的工具酶是限制酶、重组技术所用的工具酶是限制酶、连接酶、运载体连接酶、运载体 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 进行大量复制的过程可称为进行
17、大量复制的过程可称为“克隆克隆”选选我我D审题审题模拟制作：模拟制作：重组重组DNA分子的模拟制作分子的模拟制作剪刀剪刀EcoR透明胶条透明胶条DNA连接酶连接酶EcoR的识别序列：的识别序列：GAATTC模拟制作：模拟制作：重组重组DNA分子的模拟制作分子的模拟制作思考和讨论：思考和讨论：1.你模拟插入你模拟插入DNA片段能称得上是一个基因吗？片段能称得上是一个基因吗？2.如果你操作失误，碱基不能配对，可能是什么如果你操作失误，碱基不能配对，可能是什么原因造成的？原因造成的？进一步模拟操作：进一步模拟操作：如果你有兴趣，可自制如果你有兴趣，可自制Sma切割位点的纸板，切割位点的纸板，然后按照上述步骤剪切和连接，制成一个新的然后按照上述步骤剪切和连接，制成一个新的重组重组DNA分子分子1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具
