高中生物 第一章 基因工程 1.1 基因工程概述课件 苏教版选修3
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•含义：能够识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列的酶。
•来源：主要从原核生物中分离得到
•作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键
•作用特点：有专一性。即一种限制酶只能识别 一种特定核苷酸序列，并在特定的 切点上切割DNA分子。
TTC序列，并在G和A之间切开
新学课课习知堂导目探小入标究结
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切→拼接 →导入→表达
结果
人类需要的基因产物
二、基因工程的诞生和发展
理论基础 •DNA是遗传物质的发现
•DNA双螺旋结构的确立
•遗传信息传递方式(中心法则)的认定 技术保障
GCG AA T T CAA CG CT TA AG TT
•结果： 具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来， 形成重组DNA分子。
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
➢ 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？2个
➢ 用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？ 4个
➢ 外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞 （如棉花细胞）？
CG C T T A AGGG
TA CT TA AG T T
EcoRI
EcoRI
GCG
AAT TCCC
CGCT TA A
G GG
ATG
AAT TCAA
TACT TAA
GTT
GCGAAT TCAA CG CT TA AG T T
新学课课习知堂导目探小入标究结
2、DNA连接酶 •连接部位： 两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键
四、基因工新学课程课习知堂的导目探小一入标究结般过程与技术
➢ 获取目的基因 ➢ 形成重组DNA分子 ➢ 将重组DNA分子导入受体细胞 ➢ 筛选含有目的基因的受体细胞 ➢ 目的基因的表达
获取目新学课的课习知堂基导目探小因入标究结的方法 1、直接分离基因
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
目前被较广泛提取使 用目的基因有：苏云 金杆菌抗虫基因、人 胰岛素基因、人干扰 素基因、种子贮藏蛋 白基因、植物抗病基 因等。
用限制酶切割目的基因和 用相同的限制酶切割质粒使之 出现一个切口，将目的基因插 入切口处，让目的基因的黏性 末端与切口上的黏性末端互补 配对后，在DNA连接酶的作用下 连接形成重组DNA分子
提取质粒并用 限制酶切割
G AATT C C T TAAG
G C T TAA
AATTC G
限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸， 他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。
5’ 3’ 5’
3’
G 新学课课习知堂导目探小入标究结C
A
T
A
T
T
A
T
A
C
G
3’
5’ 3’ 5’
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
➢假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？ 会在细胞增殖中丢失
➢作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？
外源的基因不可能插入 ➢外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
如果载体上有遗传标记基因，就可 通过标记基因的表达来检测。
➢如果载体对受体细胞有害将怎样？
将影响受体细胞新陈代谢，进而使 转入的外源基因也可能无法表达。
2、人工基因合成法
新学课课习知堂导目探小入标究结
DNA合成仪
直接合成法：已知某基因的序 列的前提下,可以用化学方法合 成或 用PCR技术扩增大量获取 目的因.(如胰岛素基因)
想一想:还有其他的方法可
以合成目的基因吗?
PCR扩增仪
目的基因与运载新学课体课习知堂结导目探小合入标究结-----形成重组DNA
需要“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体
3、基因载体（运新学课载课习知堂体导目探小）入标究结
•作用： 作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。
•条件： ⑴能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存 ⑵有一个或多个限制酶切点，可使外源基 因插入其中 ⑶具有某些遗传标记基因，以便进行筛选 ⑷对受体细胞无害
•种类：质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒
新学课课习知堂导目探小入标究结
第一节 基因工程概述
新学课课习知堂导目探小入标究结
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蚕丝？ 能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等 珍贵的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立 了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
新学课课习知堂导目探小入标究结
• 限制性核酸内切酶
基因工程工具 • DNA连接酶
的发现和应用
• 基因载体(如质粒)
基因工程培育抗虫棉的简要过程
新学课课习知堂导目探小入标究结
普通棉花 (无抗虫特征)
苏云金芽孢杆菌 (有抗虫特征)
提取
棉花细胞 (含抗虫基因)
棉花植株 (有抗虫特征)
抗虫基因
与运载体DNA 拼接，导入
思考
➢如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它 的DNA分子中切割下来？
➢ 要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核 酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 切两个切口，产生四个黏性末端。
➢ 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？ 会产生相同的黏性末端。
G C G A A T T C C C 新学课课习知堂导目探小入标究结A T G A A T T C A A
✓ 1、说出基因工程的概念； ✓ 2、简述基因工程的诞生历程； ✓ 3、说出DNA重组技术所需的三种基因工具
的作用； ✓ 4、简述基因工程基本操作程序的步骤。
新学课课习知堂导目探小入标究结
一、基因工程的概念
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。
需要切割DNA的工具（分子手术刀）
——限制性核酸内切酶
➢如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？
工 具
需要连接DNA片断的工具 （分子缝合针）
酶
——DNA连接酶
➢如何将重组的DNA运送到棉花细胞？
需要基因转移的工具（分子运输车）——基因载体
三、基新学课因课习知堂工导目探小程入标究结的工具
1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）
•来源：主要从原核生物中分离得到
•作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键
•作用特点：有专一性。即一种限制酶只能识别 一种特定核苷酸序列，并在特定的 切点上切割DNA分子。
TTC序列，并在G和A之间切开
新学课课习知堂导目探小入标究结
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切→拼接 →导入→表达
结果
人类需要的基因产物
二、基因工程的诞生和发展
理论基础 •DNA是遗传物质的发现
•DNA双螺旋结构的确立
•遗传信息传递方式(中心法则)的认定 技术保障
GCG AA T T CAA CG CT TA AG TT
•结果： 具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来， 形成重组DNA分子。
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
➢ 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？2个
➢ 用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？ 4个
➢ 外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞 （如棉花细胞）？
CG C T T A AGGG
TA CT TA AG T T
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GCG
AAT TCCC
CGCT TA A
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GTT
GCGAAT TCAA CG CT TA AG T T
新学课课习知堂导目探小入标究结
2、DNA连接酶 •连接部位： 两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键
四、基因工新学课程课习知堂的导目探小一入标究结般过程与技术
➢ 获取目的基因 ➢ 形成重组DNA分子 ➢ 将重组DNA分子导入受体细胞 ➢ 筛选含有目的基因的受体细胞 ➢ 目的基因的表达
获取目新学课的课习知堂基导目探小因入标究结的方法 1、直接分离基因
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
目前被较广泛提取使 用目的基因有：苏云 金杆菌抗虫基因、人 胰岛素基因、人干扰 素基因、种子贮藏蛋 白基因、植物抗病基 因等。
用限制酶切割目的基因和 用相同的限制酶切割质粒使之 出现一个切口，将目的基因插 入切口处，让目的基因的黏性 末端与切口上的黏性末端互补 配对后，在DNA连接酶的作用下 连接形成重组DNA分子
提取质粒并用 限制酶切割
G AATT C C T TAAG
G C T TAA
AATTC G
限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸， 他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。
5’ 3’ 5’
3’
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3’
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思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
思考
新学课课习知堂导目探小入标究结
➢假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？ 会在细胞增殖中丢失
➢作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？
外源的基因不可能插入 ➢外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
如果载体上有遗传标记基因，就可 通过标记基因的表达来检测。
➢如果载体对受体细胞有害将怎样？
将影响受体细胞新陈代谢，进而使 转入的外源基因也可能无法表达。
2、人工基因合成法
新学课课习知堂导目探小入标究结
DNA合成仪
直接合成法：已知某基因的序 列的前提下,可以用化学方法合 成或 用PCR技术扩增大量获取 目的因.(如胰岛素基因)
想一想:还有其他的方法可
以合成目的基因吗?
PCR扩增仪
目的基因与运载新学课体课习知堂结导目探小合入标究结-----形成重组DNA
需要“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体
3、基因载体（运新学课载课习知堂体导目探小）入标究结
•作用： 作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。
•条件： ⑴能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存 ⑵有一个或多个限制酶切点，可使外源基 因插入其中 ⑶具有某些遗传标记基因，以便进行筛选 ⑷对受体细胞无害
•种类：质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒
新学课课习知堂导目探小入标究结
第一节 基因工程概述
新学课课习知堂导目探小入标究结
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蚕丝？ 能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等 珍贵的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立 了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
新学课课习知堂导目探小入标究结
• 限制性核酸内切酶
基因工程工具 • DNA连接酶
的发现和应用
• 基因载体(如质粒)
基因工程培育抗虫棉的简要过程
新学课课习知堂导目探小入标究结
普通棉花 (无抗虫特征)
苏云金芽孢杆菌 (有抗虫特征)
提取
棉花细胞 (含抗虫基因)
棉花植株 (有抗虫特征)
抗虫基因
与运载体DNA 拼接，导入
思考
➢如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它 的DNA分子中切割下来？
➢ 要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核 酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 切两个切口，产生四个黏性末端。
➢ 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？ 会产生相同的黏性末端。
G C G A A T T C C C 新学课课习知堂导目探小入标究结A T G A A T T C A A
✓ 1、说出基因工程的概念； ✓ 2、简述基因工程的诞生历程； ✓ 3、说出DNA重组技术所需的三种基因工具
的作用； ✓ 4、简述基因工程基本操作程序的步骤。
新学课课习知堂导目探小入标究结
一、基因工程的概念
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。
需要切割DNA的工具（分子手术刀）
——限制性核酸内切酶
➢如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？
工 具
需要连接DNA片断的工具 （分子缝合针）
酶
——DNA连接酶
➢如何将重组的DNA运送到棉花细胞？
需要基因转移的工具（分子运输车）——基因载体
三、基新学课因课习知堂工导目探小程入标究结的工具
1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）