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(共25张PPT)
第1节 基因工程及其技术
第1课时
通过动画演示和小组讨论，阐明限制酶、DNA连接酶和载体的作用。
01
通过资料分析和科学史的学习，阐明基因工程的概念和发展历程。
02
通过了解基因工程的发展历程，认同基因工程的诞生和发展离不开多个学科的理论研究和技术创新。
03
我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。大量施用农药不仅提高了生产成本，还可能造成农产品和环境的污染。如果能培育出自身能抵抗棉铃虫的棉花就能解决这个问题。
棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。
基因工程
怎样就能获得抗虫棉？
一、基因工程是在多学科基础上发展而来的
任务一：阅读课本p86相关内容，总结基因工程发展的历程，完成下列表格。
时间 科学家 发现
1957 科恩伯格 首次在大肠杆菌中发现了 聚合酶
1967 罗思和海林 斯基 发现转运工具——______（细菌拟核之外一种具有
___________能力的__________分子）；其他科学家
发现了__________
1970 特明和巴尔 的摩 在 “肿瘤”病毒中发现了逆转录酶
史密斯 从流感嗜血杆菌中分离到一种特异性很强的
__________________
质粒
环状DNA
连接酶
自我复制
限制性内切核酸酶
时间 科学家 发现
1972 伯格 首次实现了 DNA 分子______重组
1973 科恩 将大肠杆菌不同的质粒重组，并转化大肠杆菌，获得了成功
1973 科恩和博耶 将非洲爪蟾核糖体蛋白基因的 片段与大肠杆菌的质粒进行重组，再用重组质粒转化大肠杆菌，成功转录出相应的 ，这说明________________________________________
1976 — 科学家用质粒为载体，将生长激素释放抑制因子基因转入大肠杆菌，并于1977年首次生产出生长激素释放抑制因子
1977 桑格 测定了一种噬菌体的基因组序列，人类首次对
____________的核苷酸排列顺序进行测定
真核生物的基因可以在原核生物中进行表达
完整基因组
体外
下列为基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
提取
抗虫基因
普通棉花(无抗虫特性)
棉花细胞(含抗虫基因)
与运载体DNA拼接，导入
棉花植株(有抗虫特性)
表达
思考1：根据抗虫棉培育的简要过程，你能总结出什么是基因工程，以及基因工程需要哪些工具吗？
1.基因工程概念
二、基因工程的基本工具
操作环境 ______
操作方法 人工“______”和“______”
操作过程 将外源目的基因与载体 进行组合形成__________，然后导入__________，并使其在受体细胞中______
操作原理 基因重组
目的 产生人类需要的__________
体外
剪切
拼接
重组
受体细胞
表达
基因产物
2.基因工程基本工具：
“分子剪刀”：限制酶“分子黏合剂”：DNA 连接酶“分子搬运工”：载体
（1）“分子剪刀”——限制性内切核酸酶
来源：
主要是从原核生物中分离纯化出来的
功能：
能识别 DNA 分子上特定的脱氧核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开
结果：
形成黏性末端或平末端
5’
5’
3’
3’
5’
3’
3’
5’
EcoR I
（在 G 与 A 之间切割）
中轴线
黏性末端
Sma I
（在 G 与 C 之间切割）
平末端
中轴线
错位切
平切
常见的两种限制酶——EcoRI 限制酶和SmaI 限制酶
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
动画演示
SmaⅠ
平末端　　　平末端
动画演示
1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
缺乏特定的核苷酸序列或该序列被修饰
破坏外源DNA，保护自我
小组讨论1：
5’—G
3’—CCTAG
①
5’—T
3’—ACTAG
②
5’—
3’—CTAG
③
GATCC—3’
G—5’
GATCA—3’
T—5’
GATC—3’
—5’
④
⑤
⑥
5’—TGATCA—3’
3’—ACTAGT—5’
5’—GATC—3’
3’—CTAG—5’
5’—GGATCC—3’
3’—CCTAGG—5’
小组讨论2：
哪些片段是由同一限制酶切割得到？
分布：
广泛存在于各种生物体内
作用：
将被酶切的DNA片段拼接成新的DNA分子，在DNA复制、修复以及
体内外重组过程中起着重要作用
常用种类及作用：
种类
来源
作用
相同点 E.coli DNA 连接酶
T4 DNA 连接酶
大肠杆菌
T4 噬菌体
只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段
既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
恢复的都是磷酸二酯键
（2）“分子黏合剂”——DNA连接酶
A
G
C
C
T
G
A
G
C
C
T
G
氢键
T
G
A
C
C
G
T
G
A
C
C
G
磷酸二酯键
磷酸二酯键
动画演示
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
注意：DNA连接酶不能将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上！
动画演示
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质 化学本质 不 同 点 模板
作用对象
作用结果
用途
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
酶 作用 作用的化学键
DNA连接酶
DNA聚合酶
解旋酶
DNA水解酶
RNA聚合酶
下列相关酶的生理功能及作用的化学键比较
连接两个双链DNA片段
磷酸二酯键
将单个脱氧核苷酸连接在DNA的一条链上
磷酸二酯键
打开DNA双链上的氢键
氢键
将DNA水解为游离的脱氧核苷酸
磷酸二酯键
以DNA分子的一条链为模板，催化核糖核苷酸形成mRNA
磷酸二酯键
作用：
常用的载体：
质粒（最常用）
λ 噬菌体的衍生物
动植物病毒等
（3）“分子搬运工”——载体
将外源基因送入受体细胞
①质粒的结构：
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
②质粒的来源：
质粒存在于细菌和酵母菌等生物细胞中，最常用的是大肠杆菌质粒
③质粒的本质：
环状 DNA 分子
常见的载体——质粒
1、能否用SARS病毒作为基因载体？
2、作为载体，若没有插入位点将怎样？
3、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？
4、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？
不能
不能进行DNA的重组
载体上应有标记基因
可能造成基因丢失
小组讨论3：
归纳载体必备的条件：
①在受体细胞中能保存下来并能大量复制；
②有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入；
③有标记基因，便于筛选含重组 DNA 的细胞；
④对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。
基因工程
的工具
限制酶
主要存在于原核生物中
具有专一性(识别序列)
切开DNA分子的磷酸二酯键
DNA连
接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶
T4 DNA连接酶
载体
具备的
条件
结构简单,大小适中对受体细胞无害；能在宿主细胞中自我复制并稳定存在；
具一个至多个限制酶切位点
具标记基因
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒等
1.对下图所示黏性末端的相关说法，不正确的是( )
C
A.甲、乙、丙的黏性末端是由各自不同的限制酶催化产生的
B.甲、乙的黏性末端可形成重组 分子，但甲、丙之间不能
C. 连接酶作用位点在 处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组 分子
2.［多选］下列对限制酶和 连接酶的理解，错误的是( )
A. 限制酶能在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键
B. 连接酶可以恢复 分子中的氢键，将两条 片段的黏性
末端之间的缝隙连接起来
C. 在基因工程操作中，可以用 聚合酶代替 连接酶
D. 限制酶广泛存在于动植物体内，微生物内很少分布
BCD

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