第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生课件

第一章：基因工程第一节工具酶的发现和基因工程的诞生胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。能否用大肠杆菌生产人的胰岛素？如果能，如何实现？将人的胰岛素基因转移到大肠杆菌中，通过微生物的发酵使大肠杆菌表达人的胰岛素基因，从而获得人的胰岛素。

每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!第一章：基因工程探究第一节工具酶的发现和基因工程的诞生能发光的水母请您欣赏能否能否让热带鱼也能发光?设想不能发光的热带斑马鱼第一节工具酶的发现和基因工程的诞生请您欣赏第一节工具酶的发现和基因工程的诞生请您欣赏超级小鼠与超级鱼第一节工具酶的发现和基因工程的诞生能产生人胰岛素的大肠杆菌请您欣赏第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因“嫁接”第一节工具酶的发现和基因工程的诞生香蕉鱼你见过吗?第一节工具酶的发现和基因工程的诞生最新款的摩托车你想过吗?第一节工具酶的发现和基因工程的诞生你知道什么是真正的硕果累累吗?第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→拼接→导入→表达基因重组第一节工具酶的发现和基因工程的诞生识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。微生物4000种。1、来源：2、种类：3、作用：4、结果：形成两种末端一、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶粘性末端平末端特异性第一节工具酶的发现和基因工程的诞生限制酶切割DNA后形成的末端——粘性末端、平末端是如何形成的？第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节工具酶的发现和基因工程的诞生重播大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生什么叫粘性末端？当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫粘性末端。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生什么叫平末端？

当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生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？可产生几个粘性末端？要切两个切口，产生四个粘性末端。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？

会产生相同的粘性末端，然后让两者的粘性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。思考第一节工具酶的发现和基因工程的诞生限制性核酸内切酶作用部位：②磷酸二酯键①③②第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因的针线──DNA连接酶切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，你觉得可以用什么酶？第一节工具酶的发现和基因工程的诞生2.DNA连接酶

DNA连接酶可把粘性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生

基因的针线：DNA连接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G同种限制酶切割第一节工具酶的发现和基因工程的诞生DNA连接酶2.作用特点：1.化学本质：蛋白质连接部位：形成磷酸二酯键有相同的粘性末端第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因进入受体细胞的载体

从甲生物细胞内取出来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内去！能将外源基因送入细胞的工具就是载体。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生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，你如何察觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？第一节工具酶的发现和基因工程的诞生作为载体的必要条件能够在宿主细胞中复制并稳定地保存能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有某些标记基因，便于进行筛选。对受体细胞无害第一节工具酶的发现和基因工程的诞生“分子运输车”

——载体1.作用：2.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒将外源基因送入受体细胞。

第一节工具酶的发现和基因工程的诞生质粒的特点:1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生有切割位点有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。存在哪里+什么特点第一节工具酶的发现和基因工程的诞生科技探索之路基因工程诞生的理论基础：DNA是生物遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定基因工程的技术保障限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体本节归纳第一节工具酶的发现和基因工程的诞生练习在基因工程中，切割载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）同种限制酶B.两种限制酶同种连接酶D.两种连接酶A第一节工具酶的发现和基因工程的诞生2不属于质粒被选为基因载体的理由是

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DNAD练习第一节工具酶的发现和基因工程的诞生3.下列说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的载体C、载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使粘性末段的碱基之间形成氢键练习C第一节工具酶的发现和基因工程的诞生4.有关基因工程的叙述中，错误的是（）

A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种

B、重组DNA的形成在细胞内完成

C、目的基因须由载体导入受体细胞

D、质粒可作为载体

练习Bover第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶1）作用：识别并切割DNA分子内一小段特殊的核苷酸序列。3'5'5'3'5'3'5'3'5'3'3'5'第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶1）作用：识别并切割DNA分子内一小段特殊的核苷酸序列。第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生识别序列第一节工具酶的发现和基因工程的诞生什么叫粘性末端？当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫粘性末端。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶1）作用：识别并切割DNA分子内一小段特殊的核苷酸序列。第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生第一节工具酶的发现和基因工程的诞生EcoRV5’-GATÜATC-3’

3’-CTAÛTAG-5’Sam

I5’-GGGCGC-3’3’-CCCGGG-5

EcoRI5’-GÜAATTC-3’3’-CTTAAÛG-5’PstI5’-CTGCAÜG-3’3’-GÛACGTC-5’

产生粘性末端产生平齐末端1、限制性核酸内切酶第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生第一节工具酶的发现和基因工程的诞生粘性末端和平末端第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶2）来源：细菌及酵母菌3）特异性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。4）化学本质：蛋白质第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶

5）作用部位：②磷酸二酯键①③②第一节工具酶的发现和基因工程的诞生EcoRI识别序列：5'G^AATTC3'BamHI识别序列：5'G^GATCC3'HindIII识别序列：5'A^AGCTT3'第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生1、限制性核酸内切酶常见的限制酶的识别序列与酶切位点第一节工具酶的发现和基因工程的诞生5’-GGATCC-3’3’-CCTAGG-5’BamHⅠ5’-TGATCA-3’3’-ACTAGT-5’BclⅠ5’-AGATCT-3’3’-TCTAGA-5’BglⅡ练习：试写出下面三种限制酶切割后所产生的粘性末端第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生2、DNA连接酶1）作用：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。GC-T-T-A-AA-A-T-T-CGG-C-T-T-A-A-A-A-T-T-CGDNA连接酶第一节工具酶的发现和基因工程的诞生AATTC······GG······CTTAAAATTC······GG······CTTAA5´5´5´5´(1)(2)AATTC······GG······CTTAAAATTC······G

G······CTTAA5´5´AATTC······GG······CTTAA5´5´(1)(2)ATGCTATAGCTADAN连接酶DNA连接酶第一节工具酶的发现和基因工程的诞生2、DNA连接酶2）连接部位：形成磷酸二酯键

3）化学本质：蛋白质第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生GC-T-T-A-AA-A-T-T-CGG-C-T-T-A-A-A-A-T-T-CGDNA连接酶第一节工具酶的发现和基因工程的诞生2、DNA连接酶4）类型

①大肠杆菌连接酶（EcoliDNA连接酶）只能连接粘性末端。②T4噬菌体连接酶（T4DNA连接酶）不但能连接粘性末端，还能连接齐平末端。第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生第一节工具酶的发现和基因工程的诞生练习：下列是由限制酶切割形成的DNA片段，能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是①…CTGCA

…G②…G…CTTAA③G…ACGTC…④AATTC…G…A.①③；②④B.①②；③④

C.①④；②③D.以上都不对A第一节工具酶的发现和基因工程的诞生3、(运）载体1）将目的基因导入受体细胞时为什么要用（运）载体？第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生目的基因不是一个完整的DNA分子，是DNA的一个片段，它不能自我复制和表达（转录和翻译）。载体可以①运送外源基因高效转入受体细胞，②为外源基因提供复制能力或整合能力，③为外源基因的扩增或表达提供必要的条件。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生3、(运）载体2）载体具备的条件第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生①在宿主细胞内能独立复制和表达（含有复制位点、启动子和终止子）②具有合适的标记基因，便于重组DNA的筛选；

③具备多个酶切位点，便于外源基因插入；④分子量小，拷贝数多。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生载体与目的基因形成的重组DNA分子第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生3、(运）载体第一节工具酶的发现和基因工程的诞生第一节：工具酶的发现和基因工程的诞生3、(运）载体

3）常见载体：质粒

①什么是质粒：质粒是独立于核DNA以外的能自主复制的裸露的双链环状小型DNA分子。②来源：广泛从在于细菌细胞中，比病毒更简单。在霉菌、蓝藻、酵母和一些动植物细胞中也发现了质粒，目前对细菌的质粒研究得比较深入，特别是大肠杆菌的质粒。

4）其他载体：噬菌体、动植物病毒等（P4“小资料”）第一节工具酶的发现和基因工程的诞生质粒质粒是基因工程最常用的载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一。第一节工具酶的发现和基因工程的诞生工欲善其事，必先利其器。——基因工程的工具1、DAN分子手术刀——限制性核酸内切酶2、DAN分子针线——DNA连接酶3、DAN分子运输车——质粒第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1、关于限制酶的说法中，正确的是（）A、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序列B、EcoRI切割的是G—A之间的氢键C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在于原核生物中C第一节工具酶的发现和基因工程的诞生2、DNA连接酶催化的反应是()A．DNA复制时母链与子链之间形成氢键B．粘性末端碱基之间形成氢键C．两个DNA片段粘性末端之间的缝隙的连接

D．A、B、C都不正确C第一节工具酶的发现和基因工程的诞生3、作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件及理由是()A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因B、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C．具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选B第一节工具酶的发现和基因工程的诞生4、质粒是基因工程最常见的载体，它的主要特点是()①能自主复制②不能自主复制③结构很小④是蛋白质⑤是环状RNA⑥是环状DNA⑦能“友好”地“借居”A、①③⑤⑦B、②④⑥C．①③⑥⑦D．②③⑥⑦C第一节工具酶的发现和基因工程的诞生5、在受体细胞中能检测出目的基因是因为()A、目的基因上有标记B、质粒具有某些标记基因C、重组质粒能够复制D．以上都不正确B第一节工具酶的发现和基因工程的诞生6、关于质粒的叙述正确的是()A、质粒是能够自我复制的环状DNA分子B、质粒是唯一的载体C、重组质粒是目的基因D、质粒可在宿主外单独复制A第一节工具酶的发现和基因工程的诞生7、基因工程中可