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基因工程的基本内容
30.09.2020
1
基因决定性状（一）
❖ 青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素
30.09.2020
2
基因决定性状（二）
❖ 豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
30.09.2020
3
基因决定性状（三）
❖ 家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
30.09.2020
4
定向基因改造设想
设想 一
设想 二
设想 三
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。
30.09.2020
5
基因工程概念
基因工程：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，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受 体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。
8
限制性内切酶
1. 分布：主要在微生物中。 2. 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。 3. 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 4. 举 例 ： 大 肠 杆 菌 的 一 种 限 制 酶 能 识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
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。
⑤用重组质粒 转化大肠杆菌
⑥培养大肠杆菌 克隆大量基因
7
基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从人体细胞内提取， 需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与运载体DNA连接， 需要基因的针线——DNA连接酶。
3. 将目的基因运入大肠杆菌， 需要基因的运输工具——运载体。
30.09.2020
30.09.2020
例：用棉铃饲喂棉铃 虫，如虫吃后不出现中毒 症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。 如虫吃后中毒死亡，则说 明摄入了抗虫基因并得到 表达。
18
中央电教馆资源中心
30.09.2020
19
3. 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
30.09.2020
13
基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 3. 将目的基因导入受体细胞 4. 目的基因的检测和表达
30.09.2020
14
1. 提取目的基因
❖ 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
❖ 目的基因可以随着受体细胞
进行快速的繁殖，在很短的
30.09.2020
时间内获得大量的基因。
将目的基因导 入受体细胞
将受体细胞 进行扩增
17
目的基因的检测和表达
❖ 多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱 导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基 因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性 状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体 进一步培养、研究。
提取质粒并用 限制酶切割
用连接酶将目的 基因和质粒连接
30.09.2020
16
3. 将目的基因导入受体细胞并扩增
❖ 基因工程中常用的受体细胞 有大肠杆菌、枯草杆菌、土 壤农杆菌和动植物细胞等。
❖ 导入受体细胞常用的方法是 借鉴细菌或者病毒侵染细胞 的途径。通常还要对一些受 体细胞进行增大通透性的处 理。
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
30.09.2020
结果
人类需要的基因产物
6
①
30.09.2020
基因工程过程示意图
③
②
④
⑤ ⑥
①从细胞中分 离出DNA
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆 菌中的质粒
④ DNA重组
30.09.2020
12
运载体
要让一个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运载体。
1. 作用：将外源基因送入受体细胞。 2. 条件：
1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 2)具有多个限制酶切点。 3)具有某些标记基因
30.09.2020
目前被较广泛 提取使用的目的基 因wk.baidu.com：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。
15
2. 目的基因与运载体结合
❖ 用与提取目的基因相 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， 在连拉酶的作用下连 接形成重组DNA分子。
30.09.2020
9
限制性内切酶的作用过程
30.09.2020
10
DNA连接酶
❖ 连接酶的作用：将互补配对的两个黏 性末端连接起来，使之成为一个完整 的DNA分子。
❖ 连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。
问题 用DNA连接酶连接两个相同的 黏性未端要连接几个磷酸二酯键？
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DNA连接酶的作用过程
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基因决定性状（一）
❖ 青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素
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基因决定性状（二）
❖ 豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮
30.09.2020
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基因决定性状（三）
❖ 家蚕能够吐出蚕丝为人类利用
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定向基因改造设想
设想 一
设想 二
设想 三
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。
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基因工程概念
基因工程：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，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受 体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。
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限制性内切酶
1. 分布：主要在微生物中。 2. 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。 3. 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 4. 举 例 ： 大 肠 杆 菌 的 一 种 限 制 酶 能 识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
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。
⑤用重组质粒 转化大肠杆菌
⑥培养大肠杆菌 克隆大量基因
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基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从人体细胞内提取， 需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与运载体DNA连接， 需要基因的针线——DNA连接酶。
3. 将目的基因运入大肠杆菌， 需要基因的运输工具——运载体。
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例：用棉铃饲喂棉铃 虫，如虫吃后不出现中毒 症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。 如虫吃后中毒死亡，则说 明摄入了抗虫基因并得到 表达。
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中央电教馆资源中心
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3. 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
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基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 3. 将目的基因导入受体细胞 4. 目的基因的检测和表达
30.09.2020
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1. 提取目的基因
❖ 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
❖ 目的基因可以随着受体细胞
进行快速的繁殖，在很短的
30.09.2020
时间内获得大量的基因。
将目的基因导 入受体细胞
将受体细胞 进行扩增
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目的基因的检测和表达
❖ 多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱 导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基 因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性 状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体 进一步培养、研究。
提取质粒并用 限制酶切割
用连接酶将目的 基因和质粒连接
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3. 将目的基因导入受体细胞并扩增
❖ 基因工程中常用的受体细胞 有大肠杆菌、枯草杆菌、土 壤农杆菌和动植物细胞等。
❖ 导入受体细胞常用的方法是 借鉴细菌或者病毒侵染细胞 的途径。通常还要对一些受 体细胞进行增大通透性的处 理。
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
30.09.2020
结果
人类需要的基因产物
6
①
30.09.2020
基因工程过程示意图
③
②
④
⑤ ⑥
①从细胞中分 离出DNA
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆 菌中的质粒
④ DNA重组
30.09.2020
12
运载体
要让一个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运载体。
1. 作用：将外源基因送入受体细胞。 2. 条件：
1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 2)具有多个限制酶切点。 3)具有某些标记基因
30.09.2020
目前被较广泛 提取使用的目的基 因wk.baidu.com：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。
15
2. 目的基因与运载体结合
❖ 用与提取目的基因相 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， 在连拉酶的作用下连 接形成重组DNA分子。
30.09.2020
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限制性内切酶的作用过程
30.09.2020
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DNA连接酶
❖ 连接酶的作用：将互补配对的两个黏 性末端连接起来，使之成为一个完整 的DNA分子。
❖ 连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。
问题 用DNA连接酶连接两个相同的 黏性未端要连接几个磷酸二酯键？
30.09.2020
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DNA连接酶的作用过程