《基因工程的原理和技术》

1、所在知识模块：选修3 现代生物科技专题- 第一章 基因工程- 第一节 基因工程的原理和技术学科：生物适用年级：高二学校名称：安徽省阜阳市第一中学制作人：韩冰制作日期：2018/01/30基因工程的原理和技术阜阳一中轩辕十班选修3 你还记得我们吗？碱基、5碳糖、脱氧核苷酸磷酸二酯键氢键基因 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而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，因此又叫做DNA重组技术。一、基因工程的概念1、操作环境：体外2、目的：定向改造生物性状3、操作水平：分子4、操作

2、对象：DNA5、别名：DNA重组技术或DNA拼接技术 二、基因工程的理论基础：1、不同基因具有相同的物质基础，基因都是有遗传效应的DNA片段（RNA病毒除外）；2、基因是可以切割的3、基因是可以转移的：基因可以跨越物种界限进行转移、重组。4、多肽与基因之间存在对应关系基因 mRNA 多肽链转录翻译5、遗传密码是通用的普通棉花 抗虫棉基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花(无抗虫基因)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因棉花细胞(含抗虫基因)转基因棉花植株与运载体DNA拼接导入“分子手术刀” 限制性核酸内切酶“分子运输车” 运载体“分子缝合针” DNA连接酶三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切酶

3、分子手术刀2、DNA连接酶分子缝合针3、载体（运载体）分子运输车1、限制性核酸内切酶分子手术刀（1）来源：微生物（2）种类与命名：4000种三、基因工程的三种基本工具：EcoRSma粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）大肠杆菌（Escherichia coli R）流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:Hind、Hind和HindDNA酶（DNA水解酶）1、限制：50年代后Luria和Human(1952) Bertani和Weigle(1953)发现细菌的“限制”现象：Phage（k）基本不能感染E

4、 .coli B (E .coli B 限制 （k）)细菌的限制-修饰系统2、修饰：少量(K)可在 E.coli B中生存，是因 E.coli B对(K)DNA进行了修饰。 细菌如何对噬菌体进行限制和修饰 ?细菌中存在位点特异性限制酶和特异性甲基化酶，即细菌中有限制修饰系统寻根问底：限制酶存在于原核生物中的作用是什么？ 原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但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

5、保护自身的目的。寻根问底：限制酶存在于原核生物中的作用是什么？ 原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但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。思考与探究：为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。 三、基因工程的三种基

6、本工具：1、限制性核酸内切酶分子手术刀（1）来源：微生物（2）种类与命名：4000种（3）特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的部位切割。识别序列一般由4-8个核苷酸对组成限制酶的识别序列：能被限制酶特异性识别的都是回文序列：在限制酶的识别部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。上海自来水来自海上思考与探究：为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。 EcoRO三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切

7、酶分子手术刀（1）来源：微生物（2）种类与命名：4000种（3）特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的部位切割。（4）结果：破坏磷酸二酯键，限制酶的识别序列一般由4-8个核苷酸对（回文序列）组成EcoR 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，叫黏性末端。EcoR什么叫黏性末端？ 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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。Sma平末端平末端三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切酶分子手术刀（1）来源：微生物（2）种类与命名：4000种（3）特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的部位切割。（4）结果：破坏磷酸二酯键，形成黏性

8、(平)末端限制酶的识别序列一般由4-8个核苷酸对（回文序列）组成如何利用限制酶获得目的基因？思考?EcoR目的基因酶切GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？思考?GAATTCCTTAAGEcoR某DNA片段目的基因GAATTCCTTAAG酶切GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG同一种如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割后再混合，会怎样呢？思考?GAATTCCTTAAGEcoRGAATTCCTTAAGGAATTC

9、CTTAAG不同来源的DNA片段混合再用DNA连接酶即可将不同种来源的DNA片段连接起来某DNA片段目的基因GAATTCCTTAAG酶切GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG同一种三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切酶分子手术刀2、DNA连接酶分子缝合针3、载体（运载体）分子运输车三、基因工程的三种基本工具：2、DNA连接酶分子缝合针1）、定义：能催化两个DNA片段末端之间P磷酸基团和OH基团形成磷酸二酯键，使两末端连接的酶。大肠杆菌DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能催化形成磷酸二酯键DNA黏性末端的连接黏

10、性末端、平末端均可连接2）、种类3）、作用及特点连接酶无活性5- POH-3连接酶T4DNA连接酶网上查询：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切酶分子手术刀2、DNA连接酶分子缝合针3、载体（运载体）分子运输车三、基因工程的三种基本工具：3、载体（运载体）分子运输车1）、定义：基因工程中，携带目的基因进入受体细胞进行扩增和表达的工具称为载体。网上查询：自然条件下外源DNA片段可以进入受体细胞吗?1）使用适当的载体可以提高转化率；2）单独的目的基因会被受体细胞识别降解；3）载体具有能在受体细胞内稳定存在,并自主复制的能力,能保证目的基因在受体细胞内

11、的复制.4）载体上有报告基因,可以报告转化是否成功；等。自然条件下原核生物的基因重组有转化（如肺炎双球菌的转化）、转导和接合等方式。基因工程为什么要有载体?三、基因工程的三种基本工具：3、载体（运载体）分子运输车1）、定义： 基因工程中，携带目的基因进入受体细胞进行扩增和表达的工具称为载体。 2）、载体应具备的条件1、 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点。2、载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体 染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。3、载体DNA必需带有标记基因4、载体DNA必需安全 3）、代表种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒41天然的DNA分子可以直接用做基

12、因工程载体吗？实际上自然存在的噬菌体、质粒等并不完全具备条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。如：大肠杆菌质粒载体 pBR322， 噬菌体衍生物等。重组DNA分子的模拟制作重组DNA分子的模拟制作三、基因工程的三种基本工具：1、限制性核酸内切酶分子手术刀（1）来源：微生物（2）种类与命名：4000种（3）特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的部位切割。（4）结果：破坏磷酸二酯键，形成黏性(平)末端限制酶的识别序列一般由4-8个核苷酸对（回文序列）组成一、基因工程的概念二、基因工程的理论基础：三、基因工程的三种基本工具：2、DNA连接酶分子缝合针1）、定义：能催化两个DNA片段末端之间P磷酸基团和OH基团形成磷酸二酯键，使两末端连接的酶。大肠杆菌DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能催化形成磷酸二酯键DNA黏性末端的连接黏性末端、平末端均可连接2）、种类3）、作用及特点连接酶无活性5- POH-3连接酶T4DNA连接酶三、基因工程的三种基本工具：3、载体（运载体）分子运输