资源简介

(共34张PPT)
Chapter 3
基因工程
Genetic engineering
第三章
转基因番木瓜
从社会中来
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。
转基因番木瓜（左）与非转基因番木瓜（右）
基因工程的定义：P67
【归纳定义】工程别名：
操作环境：
操作对象：
操作水平：
工程实质：
2分钟
基因工程的概念：
　　指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术。
【归纳定义】工程别名：
操作环境：
操作对象：
操作水平：
工程实质：
DNA重组技术
基因
DNA分子水平
基因重组
生物体外
图解“基因工程实质”
转移
A生物
B生物
萤火虫
普通动植物
发光基因
基因工程诞生的理论基础
拼接的基础
1.DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸）
表达的基础
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息的传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
基因在空间上转移并成功表达
接
剪
运
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
载体
基因工程诞生的理论基础
例1.人的胰岛素基因能通过拼接并在受体细胞大肠杆菌中表达出相同蛋白质--胰岛素的理论基础是？
(1)大肠杆菌和人的遗传物质都是 。
(2)不同生物的DNA分子能够拼接在一起，原因是
。
(3)同一种基因在不同生物体内表达出来的蛋白质相同，因为 。
(4)遗传信息的传递都遵循 。
(5)为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
DNA
基因的组成、空间结构和碱基互补配对方式相同。
所有生物共用一整套遗传密码
中心法则
①基因是控制生物性状的基本单位
②遗传信息的传递遵循中心法则
③生物界共用一套遗传密码
工具？
名称 作用
限制性内切核酸酶
DNA连接酶
载体
重组DNA技术的基本工具
切割DNA分子
把不同的DNA片段连接起来
将外源基因送入受体细胞
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
阅读课本第71页的内容，找出限制性内切核酸酶的定义、来源、作用特点、切割结果。思考限制性内切核酸酶是单一的酶，其具有什么特点？（2min)
学生活动
1．定义
切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称限制酶
2．来源
主要从原核生物中分离纯化出来的
注：酶具有专一性
限制酶是一类酶而不是一种酶
3．作用特点
（1）能够专一性识别双链DNA分子的特定核苷酸序列；
一般由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
（2）使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
4．作用结果
（1）黏性末端
限制酶在它识别序列的中心轴线两侧，将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是粘性末端。例：EcoRI限制酶，大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式，黏性末端和平末端。
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
中轴线
在G与A之间切割
EcoRⅠ
属名Escherichia首字母
R型菌株
从中分离的第一个限制酶
例如：流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
Hind I
Hind II
Hind III
限制性核酸内切酶的命名
资料卡
种名coli前两个字母
　
黏性末端　　　　
黏性末端
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
EcoRI限制酶的作用（黏性末端）
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
（2）平末端
限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。例：SmaI限制酶
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
（SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。）
中轴线
在G与C之间切割
平末端　 平末端
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
SmaI限制酶的作用（平末端）
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
限制酶存在于原核生物中，主要的作用是什么？
原核生物易受自然界外源DNA入侵，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，限制酶就是它的一种防御性工具。
当外源DNA入侵时，它会利用限制酶将外源DNA切割掉，使之失效，从而保护自身的安全。
拓展
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
（1）该DNA片段上EcoRI的识别序列在哪儿？
（2）请用剪刀模拟EcoRI的识别序列和切割位点将目的基因“切割”下来。
5’...GAG
3’...CTTAA
AATTC...3’
G...5’
黏性
末端
黏性
末端
目的基因
黏性末端
黏性末端
(3)要想获得某个特定性状的目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2个切口，产生4个黏性(平)末端。
探究 活动一、用剪刀模拟EcoRI剪切目的基因(Bt基因)操作
C
限制酶不剪切细菌本身的DNA的原因是什么？
经过长期的进化，含有某种限制酶的细菌，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到限制酶所识别序列的碱基上。使限制酶不能将其切开，这样尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，却可以防止外源DNA的入侵。
拓展2
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
限制酶切断的DNA片段是通过什么连接起来的？
连接后又是怎样导入受体内？
DNA连接酶——“分子缝合针”
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
根据限制酶的学习过程，课后自主预习书本72-73页
阅读课本第72页的内容，思考DNA连接酶的定义、作用实质、种类和特点。
学生活动
1．定义
能够将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，就是DNA连接酶。
2．实质
将双链DNA分子片段缝合起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
3．种类和特点
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
类型 E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶
来源 ____________ ____________
功能 只缝合____________ 缝合____________和____________
结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_________________ 大肠杆菌
T4噬菌体
黏性末端
黏性末端
平末端(效率较低)
磷酸二酯键
02
（1）E·coli DNA连接酶或T4DNA连接酶连接粘性末端
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
02
（2）T4 DNA连接酶连接平末端，效率低
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
1.DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是 （ ）
A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键
B.能将单个脱氧核酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键
C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键
D.只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，不能连接双链DNA片段的平末端
C
DNA聚合酶
A A T T G
C
A
A
T
T
A
A
T
T
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
区分：DNA聚合酶
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
4.几种相关酶的比较（金版116）点拔提升
名称 作用部位 作用结果
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA(水解)酶
解旋酶
磷酸二酯键
碱基对之间的氢键
将DNA切成两个片段
磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
磷酸二酯键
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
磷酸二酯键
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
阅读课本第72-73页的内容，思考载体的作用、种类。结合三个问题归纳出载体具备的条件。
学生活动
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？
2.要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？
3.肉眼无法看到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？
将外源基因送入受体细胞。
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1．作用
2．种类
（1）最常用的载体是质粒
（2）噬菌体
（3）动植物病毒
它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。例如加上一些特殊的标记基因。
基因工程中用的质粒都是天然质粒吗？
（1）载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？
具有一个至多个限制酶切割位点供外源DNA片段插入。
（2）要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，需要具备什么条件？
能在受体细胞内进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
（3）为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？
具有特殊的标记基因，用于筛选含重组DNA分子的细胞。常见的标记基因有四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等。
3．具备的条件
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.下列不属于质粒作为载体的理由的是(　　)
A.能自我复制
B.有一个至多个限制酶切割位点
C.具有标记基因
D.它是环状DNA
D
筛选含有重组DNA分子的细胞
抗生素的抗性基因，如: 抗氨苄青霉素基因(ampr)、抗四环素基因(tetr)
荧光蛋白基因，如: 绿色荧光蛋白基因(GFP)、红色荧光蛋白基因(RFP)
特殊的标记基因可以是抗生素抗性基因，也可以是荧光蛋白基因
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、噬菌体 、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类：
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位：磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来
课堂小结
作用：将外源基因送入受体细胞
1.“分子手术刀”——
1）来源：
2）作用：
3）作用结果：
2.“分子缝合线”——
1）作用：
2）分类：
3.“分子运输车”——
1）作用：
2）种类：
3）应具备条件：
限制酶
产生黏性末端、平末端
DNA连接酶
将不同的DNA片段连接起来
磷酸二酯键
将外源基因送入受体细胞
质粒（最常用）、噬菌体、动植物病毒
E.Coli DNA连接酶、T4DNA连接酶（来源、区别？）
主要从原核生物中分离纯化出来。
载体
识别特定的核苷酸序列，使特定部位的磷酸二酯键断开。
作用部位：
②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
①有一个至多个限制酶切割位点
③具有标记基因
④对受体细胞无害
——便于重组DNA分子的筛选
——供外源DNA片段（目的基因）插入其中
小结：基因工程的基本工具

展开更多......

收起↑