浙科版高中生物选修三1.1《工具酶的发现和基因工程的诞生》

1、生物学生物学 选修选修3 3现代生物科技专题现代生物科技专题长乐一中 刘中标n专题专题1 1 基因工程基因工程n专题专题2 2 细胞工程细胞工程n专题专题3 3 胚胎工程胚胎工程n专题专题4 4 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题n专题专题5 5 生态工程生态工程目目 录录n此视频片段实现了哪种生物的哪些此视频片段实现了哪种生物的哪些性状在另外哪种生物中表达？性状在另外哪种生物中表达？n性状的表达与我们从前学过的什么性状的表达与我们从前学过的什么过程有关？过程有关？人类能不能改造基因，使本身没有某个性状的生物具有某个性状？人类能不能改造基因，使本身没有某个性状的生物具有某个性

2、状？定向基因改造设想 第一章第一章 基因工程基因工程全身散发绿色荧光的全身散发绿色荧光的转基因鱼转基因鱼美科学家研制出世界美科学家研制出世界上第一只转基因蝴蝶上第一只转基因蝴蝶首只转基因猴首只转基因猴降生降生超凡嗅觉能力的超凡嗅觉能力的转基因鼠转基因鼠思考思考n在自然界中有一些生物的在自然界中有一些生物的DNA可能进入另可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？的实例？n现今存在的生物为什么没有在长期的进化现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源过程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保的入侵而灭绝，仍能保持一种稳定状态？持一种稳定状态？n怎

3、样才能使外来的怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身失效从而保护自身？技术发明使基因工程的实施成为可能技术发明使基因工程的实施成为可能1)1)基因转移载体的发现（基因转移载体的发现（19671967年）年）2)2)工具酶的发现（工具酶的发现（19701970年）年）3)DNA3)DNA合成和测序技术的发明（合成和测序技术的发明（19771977年）年）4) DNA4) DNA体外重组的实现（体外重组的实现（19721972年）年）5)5)重组重组DNADNA表达实验的成功（表达实验的成功（19731973年）年）6)6)第一例转基因动物问世（第一例转基因动物问世（19801980年）年）7)P

4、CR7)PCR技术的发明（技术的发明（19881988年）年）科技探索之路科技探索之路DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具n准确切割准确切割DNA的工具（的工具（“分子手术刀分子手术刀”）nDNA片段的连接工具（片段的连接工具（“分子缝合针分子缝合针”）n基因转移工具（基因转移工具（“分子运输车分子运输车”）基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：行基因操作最少需要以下三种工具：第一节第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生工具酶的发现和基因

5、工程的诞生 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因与载体抗虫基因与载体“缝合缝合”抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因与载体抗虫基因与载体“缝合缝合”抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？“分子手术刀分子手术刀” 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子缝合针分子缝合针” DNA DNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车” 基

6、因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀” 来源：来源：主要从主要从原核生物原核生物中分离纯化出来。中分离纯化出来。 种类：种类：已从近已从近300300种微生物中分离出种微生物中分离出40004000种种限制酶。限制酶。 作用：作用：1.1.能能识别识别双链双链DNADNA的某种的某种特定核苷酸序列特定核苷酸序列2.2.使每条链中使每条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷磷 酸二酯键酸二酯键断开。断开。 T磷酸二酯键磷酸二酯键1234512345 A一个核苷酸核糖上第一个核苷酸核糖上第3 3位位的羟基与

7、下一个核苷酸的羟基与下一个核苷酸核糖上第核糖上第5 5位的磷酸羟基位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯脱水缩合成酯键，该酯键称键称3,53,5磷酸二酯键磷酸二酯键。具有具有特异性特异性。 一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核苷酸核苷酸序列序列，并且能在，并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNADNA分子，分子，作用特点：作用特点： 大多数限制酶的识别序列由大多数限制酶的识别序列由6 6个个核苷酸组成，核苷酸组成，少数的识别序列由少数的识别序列由4 4、5 5或或8 8个核苷酸组成。个核苷酸组成。限制酶的识别序列：限制酶的识别序列：（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内

8、切酶“分子手术刀分子手术刀”黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 大肠杆菌的一种限制酶大肠杆菌的一种限制酶( (EcoEcoR)R)只能识别只能识别GAATTCGAATTC序列序列，并在并在G G和和A A之间切开。之间切开。EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 SmaISmaI限制酶的切割：限制酶的切割：只能识别只能识别CCCGGGCCCGGG序列，并在序列，并在C C和和G G之间切开。之间切开。 想一想限制酶所识别的序列有什么特点？想一想限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列，无论是限制酶所识别的序列，无论是6 6个碱基还是个碱基还是4 4个碱个碱基，都可以找到一条中心轴线

9、（如图），中轴线两基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链侧的双链DNADNA上的碱基是上的碱基是反向、对称、重复排列反向、对称、重复排列的。的。 限制酶所识别序列的特点：限制酶所识别序列的特点： 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性个切口？可产生几个黏性( (平平) )末端？末端？ 要切两个切口，产生四个黏性要切两个切口，产生四个黏性( (平平) )末端。末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性相同的

10、黏性( (平平) )末端末端，然后让两者的黏性，然后让两者的黏性( (平平) )末端末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶作用作用: :作用原理：作用原理：催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成 把切下来的把切下来的DNADNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNADNA，即将，即将脱氧脱氧核糖和磷酸核糖和磷酸连接起来。连接起来。（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶类型：类型：EcoliEcoliDNADNA连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶来源来源

11、功能功能大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体恢复恢复磷酸磷酸二酯键二酯键只能连接黏性末端只能连接黏性末端能连接黏性末端和能连接黏性末端和平末端平末端( (效率较低效率较低) )相同点相同点差别差别（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶DNADNA连接酶和连接酶和DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出来要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工内去！能将外

12、源基因送入细胞的工具就是载体。具就是载体。基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体假如目的基因导入受体细胞后不能复制假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？将怎样？作为载体没有切割位点将怎样？作为载体没有切割位点将怎样？目的基因是否进入受体细胞，你如何察目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？如果载体对受体细胞有害将怎样？作为载体的必要条件作为载体的必要条件n能自我复制能自我复制n有切割位点有切割位点n能与目的基因结合能与目的基因结合n能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；表达；n有遗传标记基因有遗传标记

13、基因n对受体细胞无害对受体细胞无害n比较容易得到比较容易得到将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。( (三三) )基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 “ “分子运输车分子运输车”载体的作用：载体的作用：质粒质粒噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物动植物病毒等动植物病毒等载体的种类：载体的种类： 质粒：质粒： 裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNADNA之外，并具有自我复制能力的双链环状之外，并具有自我复制能力的双链环状DNADNA分子。分子。在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进

14、行过是在天然质粒的基础上进行过人工改造的人工改造的。有标记基因的有标记基因的存在，可用含存在，可用含氨苄青霉素的氨苄青霉素的培养基鉴别。培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着插入的能复制并带着插入的目的基因一起复制目的基因一起复制载体需要的条件：载体需要的条件：有有1-1-多个限制酶切点多个限制酶切点对受体细胞无害对受体细胞无害导入基因能在受体细胞中复制、表达导入基因能在受体细胞中复制、表达有某些标记基因，便于筛选有某些标记基因，便于筛选 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。得出相应的实验结论。对照组：对照组：不添加抗不添加抗生素生素实验组实验组1 1：添加一定添加一定浓度的四浓度的四环素环素实验组实验组2 2：添加一定添加一定浓度的氨浓度的氨苄青霉素苄青霉素实验组实验组3 3：添加一定添加一定浓度的四浓度的四环素和氨环素和氨苄青霉素苄青霉素练习练习对照组：不对照组：不添加抗生素添加抗生素实