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(共24张PPT)
专题1 基因工程
基因工程：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。
专题1 基因工程
优点：（1）克服远缘杂交不亲和障碍（与杂交育种相比）
（2）定向改造生物的遗传性状（与诱变育种相比）
基因工程的诞生与发展
理论：
1.不同生物之间的遗传物质是否相同？
能否进行转移？
2.抗虫基因进入棉花细胞后能否存在
能否表达？
3.抗虫基因在棉花细胞中表达出来的
蛋白质与之前是否相同？
基因工程的诞生与发展
操作：
1.抗虫基因如何进入棉花细胞？
2.抗虫基因与载体能否拼接？为什么？
3.抗虫基因与载体拼接需要什么酶与工具？
①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
1. 不同生物的基因为什么能拼接？
2. 外源基因为什么能在受体细胞中表达？
①DNA是主要的遗传物质。
②遗传信息的传递都遵循中心法则。
③生物界共用一套遗传密码。相同的遗传信息在不同的生物体内表达出 相同的蛋白质。
①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
基因工程的诞生与发展
3. 外源基因如何才能进入受体细胞？
①载体的发现
②限制酶和DNA连接酶可以将外源基因与载体的基因进行拼接
思考：
专题1-1 重组DNA技术的基本工具
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，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？
一. 限制性内切核酸酶 —— “分子手术刀”
1. 来源：
主要从原核生物中分离纯化来的
3. 特点 :
2. 种类：
数千种
能够识别双链 DNA 分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
☆限制酶不是一种酶，而是一类酶。
EcoR Ⅰ
Sam Ⅰ
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
在它识别序列的中心轴线处切开
粘性末端
平末端
限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 ，称为回文序列。
一. 限制性内切核酸酶 —— “分子手术刀”
1. 来源：
主要从原核生物中分离纯化来的
3. 特点 :
4. 作用部位:
特定切点上的磷酸二酯键
2. 种类：
数千种
能够识别双链 DNA 分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开
☆限制酶不是一种酶，而是一类酶。
5. 识别序列长度：
大多数是6个核苷酸序列
6. 结果：
产生黏性末端或平末端
1、限制酶为何不切割自身DNA
限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
2、据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
原核生物容易受到自然界外源DNA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。
深度思考
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 生几个黏性或平末端？
深度思考
目的基因切下来以后，我们接下来应该做什么？
TTAA
AATT
载体
GAATTC
CTTAAG
二. DNA链接酶 —— “分子缝合针”
1. 作用：
将双链 DNA双链片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 。
2. 种类：
E.coli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
从大肠杆菌中分离得到
链接互补黏性末端
从T4噬菌体中分离得到
黏性末端与平末端均可连接，但连接平末端的效率相对比较低。
由于黏性末端的碱基是互补的，在连接时，黏性末端可以通过碱基互补配对形成氢键，加快DNA连接酶的连接速度，而平末端则不能，所以T4 DNA连接酶黏性末端的连接速度比平末端的连接速度更快。
二. DNA链接酶 —— “分子缝合针”
1. 作用：
将双链 DNA双链片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 。
2. 种类：
E.coli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
链接互补黏性末端
从T4噬菌体中分离得到
黏性末端与平末端均可连接，但连接平末端的效率相对比较低。
3. 作用部位 :
磷酸二酯键
T
T
●
DNA连接酶和DNA聚合酶有区别吗？
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需要模板；
DNA连接酶连接的是DNA片段。
拓展延伸
BamHI Ⅰ和Sau3A Ⅰ酶切的片段混合在一起，加入DNA连接酶，可能出现怎样的序列？
GGATCC
CCTAGG
GATC
CTAG
GGATC
CCTAG
GATCC
CTAGG
作用底物 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
RNA聚合酶
【拓展延伸】几种酶的比较：
DNA 分子
磷酸二酯键
形成黏性末端或平末端
DNA 分子片段
磷酸二酯键
形成重组 DNA 分子
脱氧核苷酸
磷酸二酯键
形成新的 DNA 分子
DNA 分子
磷酸二酯键
形成脱氧核苷酸
DNA 分子
碱基对间的氢键
形成单链 DNA 分子
核糖核苷酸
磷酸二酯键
形成RNA分子
三. 基因进入受体细胞的载体 —— “分子运输车”
1. 作用：
携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
2. 种类：
通常是用质粒，噬菌体、动植物病毒也可以
目的基因插入位点
复制原点
氨苄青霉
素抗性基因
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。
☆真核生物如酵母菌中也存在质粒。
3. 运载体需具备的条件：
有一个至多个限制酶切割位点
可自我复制
具有特殊的标记基因
对受体细胞无害、易分离
便于插入（携带）目的基因
使目的基因稳定存在且数量可扩增
便于鉴定和筛选
☆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。
2. (多选) 下列有关基因工程中操作工具的叙述，正确的是 ( )
A. 一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 。
B. 限制酶可用于提取目的基因，主要存在于微生物体内 。
C. DNA连接酶的本质是一种分泌蛋白，可用于目的基因与运载体的结合。
D. DNA复制时，DNA连接酶可催化子链上的核苷酸之间形成磷酸二酯键。
E. DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将双
链DNA片段的平末端连接起来。
F. 质粒都含有标记基因和限制酶识别位点，故常作为基因工程的载体
G. 某种细菌质粒可作为基因工程的载体，则该质粒是由DNA分子与蛋
白质构成的
AB
3. (多选)如图为DNA分子的某一片段，其中①、②、③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是 ( )
A. 解旋酶、限制酶、DNA连接酶
B. 解旋酶、限制酶、DNA酶
C. 解旋酶、限制酶、DNA聚合酶
D. 解旋酶、DNA连接酶、限制酶
噬菌体、
脱氧核苷酸序列
磷酸二酯键
特定的脱氧核苷酸序列
一种
黏性末端
磷酸二酯键
大肠杆菌
T4 噬菌体
质粒
稳定保存
限制
酶切割位点
标记基因
外源DNA

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