生物专题1《基因工程》课件新人教版选修3

1、生物专题1基因工程课件新人教版选修3生物专题1基因工程课件新人教版选修3能合成水母荧光蛋白的荧光兔这是一种科研人员从特殊水母中提取的绿色荧光蛋白基因，将该基因转染到培养的兔子成纤维细胞中，再挑选出发绿色荧光的转基因体细胞，将其细胞核移植到成熟的去核兔子卵母细胞中，最终构成了转基因胚胎。胚胎经过手术，移植入“代孕兔”体内。经过30天的发育，就通过剖腹产获得了这只转基因克隆兔。 由于兔子与人的生理比较接近。克隆兔可作为帮助人类筛选药物、研究遗传学疾病的“动物模型”，有助于研究一些人类遗传疾病。 能合成水母荧光蛋白的荧光兔这是一种科研人员从特殊水母中提取的能合成人胰岛素的大肠杆菌能合成人胰岛素的大肠

2、杆菌每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药 据WTO调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。胰岛素思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？密码子在生物界是的！DNA(基因)mRNA 蛋白质(性状)转录翻译通用每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1979年专题1 基因工程题图：科技探索之路：1.1 DNA重组技术的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序1.3 基因工程的应用1.4 蛋

3、白质工程的崛起专题1 基因工程题图：什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，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。基因工程的概念什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重组技术基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的新生物类型和产品剪切 拼接 导入 表达基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论达尔文提出生物进化论基础理

4、论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论达尔基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论孟德基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论 摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论 基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论 艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论 基础理论和技术发展催生了基因工程科技

5、探索之路后期基础理论 沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论 基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论梅塞基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论克里克等提出中心法则DNARNA蛋白质转录翻译逆转录复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论克里基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论 1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。基础理论和技术

6、发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论 基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路1)基因转移载体的发现2)工具酶的发现3)DNA合成和测序技术的发明4) DNA体外重组的实现5)重组DNA表达实验的成功6)第一例转基因动物问世7)PCR技术的发明基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路1)基因转移载体问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。想一想需要做哪些关键工作？苏云金芽孢杆菌毒蛋白普通棉花抗虫棉问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。基因工程培育抗虫棉的简要过程：在以上过程中关键步骤或

7、难点是什么？普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因通过运载体导入转基因棉花含抗虫基因转基因棉花产生伴胞晶体转基因棉花有抗虫特性一、DNA重组技术的基本工具基因工程培育抗虫棉的简要过程：在以上过程中关键步骤或难点是什基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞一、DNA重组技术的基本工具基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？“分子手术刀” 限制性核酸内切酶关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫

8、基因与棉花DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞“分子缝合针” DNA连接酶“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体一、DNA重组技术的基本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” 限一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”主要来源：种类与命名：作用特点：4.限制酶识别序列5.作用结果：识别特定核苷酸序列原核生物产生黏性末端或平末端Go on,切断磷酸二酯键具有特异性。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”主要来源：识别特定核种类与命

9、名： 现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。EcoRSma粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）大肠杆菌（Escherichia coli R）Go back练习：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Hind种类与命名： 现在已经从约300种微生物中分 T磷酸二酯键1234512345 A T磷酸二酯键1234512345 AGo backGo back限制酶的识别序列：Go back限制酶的识别序列：Go backSma平末端平末端Sma平末端平

10、末端EcoR黏性末端黏性末端Go backEcoR黏性末端黏性末端Go backEcoR黏性末端黏性末端Go back重复演示EcoR黏性末端黏性末端Go back重复演示 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。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6个碱基还是4个碱寻根问底你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？ 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D

11、NA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。寻根问底你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？ 思考与探究 P71、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 通过长期的进化，细菌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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。 思考与探究 P71、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？要想获得某个特定性状的基因必须

12、要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。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？ 会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。思考?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GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGEcoRGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG不同来源的DNA片段混合将不同种来源的DNA片段连接起来生物A基因片段生物B基因片段GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG酶切GAATTCGAATTCEcoRGAA二、“分子缝

13、合针” DNA连接酶作用: 把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.作用原理：催化磷酸二酯键形成二、“分子缝合针” DNA连接酶作用: 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，EcoT4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低T4DNA连接酶T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效类型EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)

14、相同点差别（二）“分子缝合针”DNA连接酶类型EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点寻根问底DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板Go onDNA聚合酶DNA连接酶相同点寻根问底DNA连接酶与DNA聚模拟制作：用剪刀在特定部位对棉花DNA进行模拟切割，并将模拟毒蛋白基因取出，再用胶纸模拟基因种间

15、连接。棉花的一段DNA 含毒蛋白基因的细菌DNA片段Go back模拟制作：用剪刀在特定部位对棉花DNA进行模拟切割，并三、“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体载体需要的条件：常用运载体：细菌的质粒噬菌体的衍生物或某些动植物病毒三、“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体载体需要的条作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：1）载体DNA 必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，才不至于因目的基因的插入而失活。2）载体DNA 必须具备自我复制能力，或整合到受体染色体DNA 上，随染色体DNA

16、 的复制而同步复制。3）载体DNA必须有标记基因，以便重组后进行筛选。4）载体DNA 必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和体外操作。作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：1）载体DNA 必需常用的载体：质粒能复制并带着插入的目的基因一起复制有切割位点有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别常用的载体：质粒能复制并带着插入的目的基因一起复制有切割位点 质粒本质：独立于拟核或细胞核之外的DNA分布：许多细菌、酵母菌等生物特点：自主复制、环状、裸露、双链、小型 最常用：大肠杆菌质粒 质粒本质：独立于拟核或细胞核

17、之外的DNA分布：许多细菌、生物专题1基因工程课件新人教版选修327483615274836152、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示： 基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。 是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：思考与探究 P72、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还

18、必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。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，以便重组后进行重组子的筛选。4） 载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。5） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基3、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？ 迄今

19、为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。思考与探究 P73、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？ 迄今为 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。对照组：不添加抗生素实验组1：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素练习 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，对照组实验组1实验组2实验组3结 论预期一预期二预期三预期四对照组：不添加抗生素实验组1

20、：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因只含有抗四环素基因只含有抗氨苄青霉素基因既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因对照组实验组1实验组2实验组3结 论预期一预期二1下列关于限制性核酸内切酶的叙述中，错误的是（ ） A 它能在特殊位点切割DNA分子 B 同一种酶切割不同的DNA产生的黏性末端能够很好 地进行碱基配对 C 它能任意切割DNA，从而产生大量DNA片段 D 每一种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列 练 一练1下列关于限制性核酸内切酶的叙述中，错误的是（ ）2在基因工程中，切

21、割质粒和含有目的基因的DNA片段，需要使用 （ ） A 同种限制性核酸内切酶 B 两种限制性核酸内切酶 C 同种DNA连接酶 D 两种DNA连接酶练 一练2在基因工程中，切割质粒和含有目的基因的DNA片段，需要使3DNA连接酶的作用是（ ）A 使DNA子链和母链之间形成氢键B 使黏性末端之间形成氢键而相连C 连接DNA分子中脱氧核苷酸和磷酸之间的化学键D 以上都不对练 一练3DNA连接酶的作用是（ ）练 一练5.不属于质粒被选为基因运载体的理由是（ ） A .能复制 B .有多个限制酶切点 C .具有标记基因 D .它是环状DNA练 一练5.不属于质粒被选为基因运载体的理由是（ ）练 本节内容

22、小结：1.知识梳理：DNA重组技术的基本工具：限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并切割两核苷酸之间的磷酸二酯键；DNA连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的磷酸二酯键；基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用的是细菌质粒，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。本节内容小结：1.知识梳理：2.方法、技巧、规律总结：限制酶切割的是磷酸二酯键，而DNA连接酶连接的正是两个断开此键的DNA片段。“分子运输车”是目的基因进入受体细胞的载体，它具有的若干特点是基因工程鉴定、选择、表达的关键，可以说，没有它，目的基因即使进入受体细胞，也难以稳定保存，更谈不上复制和表达。 3.思维误区提示：DNA连接酶与DNA聚合酶根本不是同类酶，其功能特点大不相同，注意其区别。2.方法、技巧、规律总结：限制酶切割的是磷酸二酯键，而DNADNA连接酶和 DNA聚合酶的异同：基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌中分离得到的Ecoli连接酶、从T4噬菌体中分离得到的T4连接酶。这两种酶的催化反应基本相同，都