选修三 专题一 基因工程课件

（4）必需是安全的，不会对受体细 必需是安全的， 胞有害，也就是能够安全地“借居” 胞有害，也就是能够安全地“借居” 在受体细胞中。 在受体细胞中。 （5）分子大小应适合，以便提取和 分子大小应适合， 在体外进行操作。 在体外进行操作。 实际上自然存在的质粒DNA 实际上自然存在的质粒DNA分子并不 DNA分子并不 完全具备上述条件， 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。 造后才能用于基因工程操作。
生物 选修3 选修3 现代生物科技专题
目 录
专题1 专题1 基因工程 专题2 专题2 细胞工程 专题3 专题3 胚胎工程 专题4 专题4 生物技术的安全性和伦理问题 专题5 专题5 生态工程
专题1 专题1 基因工程
基础理论和技术的发展催生了基因工程
20世纪中叶，基础理论取得了重大突破 20世纪中叶，基础理论取得了重大突破 1.DNA是遗传物质的证明 1.DNA是遗传物质的证明 2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立 2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立 3.遗传密码的破译 3.遗传密码的破译
粘性末端 平末端
DNA连接酶 DNA连接酶
1、种类： 两类 、种类：
E·coli DNA连接酶 DNA连接酶 T4 DNA连接酶 DNA连接酶
2、作用部位： 、作用部位：
磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体
通常有三种: 通常有三种:
质粒 λ噬菌体衍生物 动植物病毒
转基因抗虫棉花
转入苏云金杆菌的一个抗虫基因， 是中国目前最主要的转基因作物。
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
提取
普通棉花(无抗虫特性) 普通棉花(无抗虫特性) 棉花细胞(含抗虫基因) 棉花细胞(含抗虫基因) 棉花植株(有抗虫特性) 棉花植株(有抗虫特性)
抗虫基因
与运载体DNA拼接 与运载体DNA拼接 导入
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？ 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键 的步骤是什么？
关键步骤一： 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。 关键步骤二： 抗虫基因与运载体DNA连接。 抗虫基因与运载体DNA连接。 关键步骤三： 抗虫基因导入受体（棉花）细胞。 抗虫基因导入受体（棉花）细胞。 关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。 关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。 关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。 关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。 关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。 关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？ DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
相同点： 相同点： 两者都是形成磷酸二酯键。 两者都是形成磷酸二酯键。 不同点： 不同点： DNA连接酶 是将DNA 连接酶: DNA双链上的两个缺口同 DNA连接酶:是将DNA双链上的两个缺口同 时连接起来，不需要模板。 时连接起来，不需要模板。 DNA聚合酶 是以一条DNA链为模板， 聚合酶: DNA链为模板 DNA聚合酶:是以一条DNA链为模板，将单 个核苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合 成的DNA单链中， DNA单链中 成的DNA单链中，形成一条与模板链互补 DNA链 的DNA链；
DNA连接酶 DNA连接酶
区别：
E·coli DNA 连接酶 只能将双链DNA片段互补的粘性末端之 只能将双链DNA片段互补的粘性末端之 间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之 间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之 间进行连接 T4 DNA 连接酶 既可“缝合”双链DNA片段互补的黏性 既可“缝合”双链DNA片段互补的黏性 末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末 末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末 端，但连接平末端之间的效率比较低
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.基因转移载体的发现 1.基因转移载体的发现 2.工具酶的发现 2.工具酶的发现 3.DNA合成和测序技术的发明 3.DNA合成和测序技术的发明 4.DNA体外重组的实现 4.DNA体外重组的实现 5.重组DNA表达实验的成功 5.重组DNA表达实验的成功 6.第一例转基因动物问世 6.第一例转基因动物问世 7.PCR技术的发明 7.PCR技术的发明
课本知识回顾
基因工程又叫做 基因拼接技术 DNA重组技术 或 DNA重组技术 。通俗地说，就 是按照人们的意愿，把一种生物 的某种 基因 提取出来，加 以 修饰改造 ，然后放到另一种生 物的细胞里， 定向地 改造生物 的遗传性状。
“分子手术刀” ── 分子手术刀” 分子手术刀
限制酶
DNA连接酶 “分子缝合针” ── DNA连接酶 分子缝合针” 分子缝合针
1.1 DNA重组技术的基本工具 DNA重组技术的基本工具
基本工具： 限制性核酸内切酶——“ 限制性核酸内切酶——“分子手术刀” DNA连接酶——“ DNA连接酶——“分子缝合针” 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”
限制性核酸内切酶
主要是从原核生物中分离纯化出来的一 1、来源： 来源： 种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 DNA切断 种酶。能将外来的DNA切断， 切割作用是在DNA分子内部进行的， DNA分子内部进行的 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性核酸内切酶。 名限制性核酸内切酶。
中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称排列的。 中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称排列的。 DNA上的碱基是反向对称排列的
用同一种限制性酶处理不同DNA片段， 用同一种限制性酶处理不同DNA片段，会形 DNA片段 同样的黏性末端，可进行重组。 成同样的黏性末端，可进行重组。
限制酶在原核生物中的作用是什么？
原核生物容易受到自然界外源DNA 原核生物容易受到自然界外源DNA的入 DNA的入 限制酶是原核生物的一种防御性工 侵，限制酶是原核生物的一种防御性工 当外源DNA侵入时， DNA侵入时 具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶 将外源DNA切割掉，使之失效， DNA切割掉 将外源DNA切割掉，使之失效，达到保 证自身的安全的目的。 证自身的安全的目的。
2、种类：4000种。 种类：4000种
识别双链DNA 识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序 DNA分子的某种特定的核苷酸序 3、作用： 作用： 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。 核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
4、结果： 结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
什么叫磷酸二酯键？
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
作为运载体的条件：
（1）必需有一个或多个限制酶的切割 位点， 位点，以便目的基因可以插入到运载 体上去。 体上去。 （2）必需具备自我复制的能力，或整 必需具备自我复制的能力， 合到受体染色体DNA上随染色体DNA DNA上随染色体DNA的 合到受体染色体DNA上随染色体DNA的 复制而同步复制。 复制而同步复制。 （3）必需带有标记基因，以便重组后 必需带有标记基因， 进行重组DNA分子的辨认和筛选。 DNA分子的辨认和筛选 进行重组DNA分子的辨认和筛选。
为什么细菌中限制酶不剪切本身的DNA？ 为什么细菌中限制酶不剪切本身的DNA？ 因为微生物在长期的进化过程中形成了 一套完善的防御机制 防御机制， 一套完善的防御机制，对于外源入侵的 DNA可以降解 含有某种限制酶的细胞， 可以降解； DNA可以降解；含有某种限制酶的细胞， DNA分子中或者 分子中或者不具备这种限制酶的 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 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， 基转移到所识别序列的碱基上，使限制 酶不能将其切开。 酶不能将其切开。
DNA聚合酶 是以一条DNA链为模板， DNA聚合酶:是以一条DNA链为模板，将单个核 聚合酶: DNA链为模板 苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的DNA DNA单 苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的DNA单 链中，形成一条与模板链互补的DNA DNA链 链中，形成一条与模板链互补的DNA链；
基因进入受体细胞的运载体
5
A
1
磷 酸 二 酯 键
4 3 2
5 4 3
T
1 2
什么叫黏性末端？
大肠杆菌(E.coli) 大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 (E.coli)的一种限制酶能识别 GAATTC序列 并在G 序列， 之间切开。 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
什么叫黏性末端？
限制 酶
什百度文库叫黏性末端？
切割DNA 切割DNA分子时产生的两种不同末端 DNA分子时产生的两种不同末端
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 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 中心轴线, 个碱基，都可以找到一条中心轴线,中轴线 两侧的双链DNA DNA上的碱基是反向对称重复排 两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排 列的。 列的。
DNA连接酶 DNA连接酶
E·coli DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶
DNA连接酶 DNA连接酶
作用部位： 作用部位：磷酸二酯键
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 缝合” DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合” 连接酶可把黏性末端之间的缝隙“ 起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来， 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。 DNA分子就形成了 这样一个重组的DNA分子就形成了。
常用运载体：质粒、 λ噬菌体衍生物、 常用运载体：质粒、 噬菌体衍生物、 动植物病毒 质粒 存在：主要存在于细菌的染色体以外。 细菌的染色体以外 存在：主要存在于细菌的染色体以外。 特性：是很小的环状DNA分子， 环状DNA分子 特性：是很小的环状DNA分子，在细胞 染色体外能够自我复制 自我复制。 染色体外能够自我复制。
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带 DNA两条单链的切口 有几个伸出的核苷酸 他们之间正好互补 伸出的核苷酸， 有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补 配对，这样的切口叫黏性末端。 配对，这样的切口叫黏性末端。
什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时， 当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时， 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， 平整的 DNA两条单链的切口 切开的DNA两条单链的切口，是平整的， 这样的切口叫平末端 平末端。 这样的切口叫平末端。
基因工程的概念
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重 组技术。通俗地说，就是按照人们的意 愿，把一种生物的某种基因提取出来， 加以修饰改造，然后放到另一种生物的 细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程的概念
基因拼接技术或DNA重组技术 基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术 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 DNA分子水平 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组 人类需要的基因产物
“分子运输车” 分子运输车” 分子运输车 ──
基因进入受体细胞的载体
限制性核酸内切酶
主要是从 原核生物中分离纯化出来 的一种酶。 的一种酶。 识别双链DNA 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 特定部位的两个核苷酸之间 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间 断开。 的 磷酸二酯键 断开。 形成两种末端