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(共56张PPT)
第3章
人教版 选择性必修3
基因工程
什么是基因工程？基因工程有什么用？
看到这张图片你能想到什么可以改善我们生活的愿望吗？
路灯：能发光
树：不能发光
看到这张图片你能想到什么可以改善我们生活的愿望吗？
如果能得到这种到了晚上自己能发光的树该多好啊！
树：不能发光
萤火虫：能发光
愿望
发光树
发光树
愿望
基因工程:
是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。
必修二第3章第4节
转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）
转基因 抗病毒甜椒
转生长激素基因的鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）
我国自主研发的抗虫棉（左）与普通棉花（右）比较
必修二第3章第4节
基因工程的基本操作程序
二/
重组 DNA 技术的基本工具
一/
目录
CONTENTS
基因工程的应用
三/
蛋白质工程的原理和应用
四/
基因工程的基本操作程序
二/
重组 DNA 技术的基本工具
一/
目录
CONTENTS
基因工程的应用
三/
蛋白质工程的原理和应用
四/
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
1/
DNA连接酶 — “分子缝合针”
2/
基因进入受体细胞的载体 — “分子运输车”
3/
第3章 第1节
人教版 选择性必修3
转基因抗虫棉
普通棉花
转基因抗虫棉为什么能抗虫？
抗虫棉
转基因抗虫棉
普通棉花
转基因抗虫棉为什么能抗虫？
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
转基因抗虫棉为什么能抗虫？
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
Bt基因
转录
翻译
mRNA
苏云金杆菌
取出？
转移？
怎么实现这一操作过程？
转基因抗虫棉为什么能抗虫？
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
Bt基因
转录
翻译
mRNA
苏云金杆菌
取出？
转移？
怎么实现这一操作过程？
首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
苏云金杆菌
取出？
转移？
怎么实现这一操作过程？
首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；
然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
…… GCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCA …… CCACATG ……
…… CGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC ……GTACGT …… GGTGTAC ……
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
怎么实现这一操作过程？
首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；
然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
…… GCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCA …… CCACATG ……
…… CGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC ……GTACGT …… GGTGTAC ……
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
怎么实现这一操作过程？
首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；
然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？
“分子手术刀”
“分子缝合针”
实际操作和这一样都在体外进行吗？
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
苏云金杆菌
取出？
转移？
抗虫棉
Bt抗虫蛋白
苏云金杆菌
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
棉-基因1
棉-基因2
棉-基因3
棉-基因4
棉花细胞DNA片段中的部分基因
“分子手术刀”
“分子缝合针”
实际操作和这一样都在体外进行吗？
首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；
然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。
体外
导入
“分子运输车”
棉花细胞的DNA不进行切割
实现这一精确的操作过程至少需要三种“分子工具”，即
准确切割DNA分子的“分子手术刀”、
将DNA片段再连接起来的“分子缝合针”和
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的“分子运输车”。
“分子缝合针”
“分子运输车”
“分子手术刀”
总结：
01
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
(迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产)。
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
限制性内切核酸酶
（限制酶）
主要是从原核生物（细菌等）中分离纯化出来的
限制性内切核酸酶（restriction endonuclease），简称“限制酶”，主要存在于细菌等微生物中。它能破坏外源DNA，如侵染细菌的噬菌体DNA，“限制”病毒在细菌内的寄生，而细菌自身DNA经过相应的化学修饰则不会被限制酶破坏。限制酶的保护作用是细菌等进化出的一种防御机制。此外，限制性内切核酸酶破坏DNA的方式是将外源DNA分子从内部剪切成片段，而不是从DNA两端逐步剪切核苷酸，故名为“内切核酸酶”。
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
EcoRⅠ
Escherichia coli
属名(大写)
种名 (小写)
属名的头一个字母
种加词的头两个字母
大肠杆菌的R型菌株分离来的
R型菌株中分离出来的第一种限制酶
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
SmaⅠ
Serratia marcescens
属名(大写)
种名 (小写)
属名的头一个字母
种加词的头两个字母
粘质沙雷氏菌中分离出来的第一种限制酶
粘质沙雷氏菌 又称灵杆菌
(迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产)。
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
限制性内切核酸酶
（限制酶）
主要是从原核生物（细菌等）中分离纯化出来的
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
苏-基因1
苏-基因2
苏-基因3
苏-基因4
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
限制性内切核酸酶
（限制酶）
主要是从原核生物（细菌等）中分离纯化出来的
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
限制性内切核酸酶
（限制酶）
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，
并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
第一步
第二步
还记得磷酸二酯键在哪吗
T
T
A
A
C
G
C
G
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
3’
3’
5’
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
3’
3’
5’
磷酸二酯键
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
3’
3’
5’
磷酸二酯键
具体结构
限制酶切割磷酸二酯键
限制酶切割磷酸二酯键
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
3’
3’
5’
磷酸二酯键
具体结构
限制酶切割磷酸二酯键
限制酶切割磷酸二酯键
脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架是一样的
简化
磷酸二酯键
T
A
T
A
C
G
C
G
5’
3’
3’
5’
T
T
A
A
C
G
C
G
1’
2’
3’
4’
5’
O
1’
2’
3’
4’
5’
O
5’
3’
3’
5’
磷酸二酯键
脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架是一样的
简化
磷酸二酯键
简化
— AGTC—
— TCAG —
5’
3’
3’
5’
磷酸二酯键
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
限制性内切核酸酶
（限制酶）
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，
并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
第一步
第二步
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
你能模拟这个过程吗？
5’
3’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，
并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
第一步
第二步
中轴线
5’
3’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，
并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
第一步
第二步
3’
5’
5’
3’
黏性末端
黏性末端
当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，产生的是黏性末端；
注意：限制酶切割磷酸二酯键后氢键会自动断裂！
5’
3’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键
中轴线
5’
3’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键
平末端
当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。
3’
5’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。例如，EcoRⅠ、SmaⅠ限制酶的识别序列均为6个核苷酸，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。
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。例如，EcoRⅠ、SmaⅠ限制酶的识别序列均为6个核苷酸，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。
一些常用的限制酶识别序列与切割产生的末端类型（拓展）
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
限制酶切割特定核苷酸序列的特定部位的磷酸二酯键怎么应用呢？
--ATGCATGCAT……CCAGAATTCCCA ……TCCCTAAGAATTC CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA……GGTCTTAAGGGT……AGGGATTCTTAAGGGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
苏-基因2
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
3’
5’
5’
3’
可以用EcoRⅠ限制酶将Bt基因从DNA片段中切割下来！
你知道切割结果是怎样的？
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
限制酶切割特定核苷酸序列的特定部位的磷酸二酯键怎么应用呢？
--ATGCATGCAT……CCAGAATTCCCA ……TCCCTAAGAATTC CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA……GGTCTTAAGGGT……AGGGATTCTTAAGGGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
苏-基因2
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
3’
5’
5’
3’
可以用EcoRⅠ限制酶将Bt基因从DNA片段中切割下来！
你知道切割结果是怎样的？
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
苏-基因2
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
3’
5’
5’
3’
一
限制性内切核酸酶 — “分子手术刀”
苏-基因2
Bt基因
苏云金杆菌DNA片段中的部分基因
3’
5’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
目的基因切割下来后怎么把它重新连起来呢？
02
DNA连接酶 — “分子缝合针”
感谢观看
THANKS

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