人教版生物必修二6.2.1 基因工程及其应用
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原 理： 基因重组 操作水平：DNA分子水平
结 果： 定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
6
（二）基因工程的基本工具
1、基因的“剪刀”——
限制性核酸内切酶（简称限制酶）
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并 在特定的切点上切割DNA分子。
（1）来 源： 主要存在于微生物 （2）作用特点：特异性
成为一个完整的DNA分子。 DNA连接酶催化形成的是磷酸二酯键，而不是氢键。
磷酸二酯键的形成
OH
OH
HO P O O
碱基 O
HO P O O
碱基 O
3′
3′
OH H OH
－H2O
HO P O
O 5′
碱基
O
OH
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH H
16
使用DNA连接酶制作重组DNA分子
AATTCCGTAG GGCATCTTAA
20
最常用的质粒是大肠杆菌质粒。
具有合适的选择 标记基因，用于 转化细菌的筛选
具有与受体细胞 相适应的复制位 点，使外源基因 在受体细胞中稳 定遗传
有限制酶切割 位点，有利于 外源基因插入 拼接
21
（3）运载体具备的条件
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 ②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 ③具有标记基因，便于进行筛选
黏性末端
5’
EGcoARⅠA T限制T 酶C
3’
3’
C TTAAG
5’
黏性末端
限制酶
9
切割位点 中轴线
DNA序列
EcoRⅠ
切割位点
黏性末端
黏性末端
10
（4）作用结果：
产生黏性末端、平末端。 （被限制酶切开的DNA两条单链的切口，伸出 的核苷酸正好互补配对，叫做黏性末端。
思考:
1、两种来源不同的DNA用同种限制酶切 割后，产生的黏性末端相同吗？ 相同
——限制性内切酶
2.基因的“针线” ——DNA连接酶
3.基因的运输工具 ——运载体
2
基因工程的操作步骤 1.目的基因的提取 2.目的基因与运载体结合 3.目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定
25
DNA聚合酶：只能将单个核苷酸加到已有 核酸片段的末端，形成磷酸二酯键；合成互补 的DNA链需要模板。
19
3、基因的“运输工具” ——运载体
（1）作用： 将外源基因送入受体细胞，并使其在宿主细
胞内进行复制或整合和表达。
（2）常用运载体： 一类是质粒: 质粒：细菌及酵母菌等生物细胞拟核（细胞核） 外能够进行自主复制的很小的环状DNA分子。 另一类是噬菌体和某些病毒的DNA。
2、用不同的限制酶切割呢？ 一般不同
11
练习使用EcoRI 剪切目的基因
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
AATTCCGTAG 黏性末端
GGCATCTTAA
GCA T
T
A C G 外源基因
T ACG
GCA G
Leabharlann Baidu
标记基因
23
（三）基因工程操作的基本步骤
1 提取目的基因（外源基因） 2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测和鉴定
24
基因工程(gene engineering)的原理
1
基因工程的操作工具 1.基因的“剪刀”
甲片段
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT 乙片段
磷酸二酯键
重组DNA分子 17
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 ②…G
③
G…
…G
…CTTAA ACGTC…
目的基因
12
两种来源不同的DNA用同种限制酶切割 后，产生的黏性末端能连接起来吗？
GA A T T C C T T A AG
GA A T T C C T T A AG
13
G CTTAA
AATTC G
14
2、基因的“针线”——DNA连接酶
DNA连接酶
GA A T T C C T T A AG
DNA连接酶 （1）作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，
④ AATTC… G…
A. ①③；②④ C. ①④；②③
B. ①②；③④ D.以上都不对
A 18
问题
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？
相同点：都能催化形成磷酸二酯键。 不同点：
DNA连接酶：在两个DNA片段之间形成磷 酸二酯键，只能连接双链而不能连接单链DNA 的缺口；连接两个DNA片段不需要模板。
（识别特定核苷酸序列,在特定切点切割DNA分子）
（3）作用部位：磷酸二酯键
7
磷酸二酯键的水解 OH
OH
HO P O
HO P O O
碱基 O
O
碱基
O
3′
3′
OH
＋H2O
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH H
8
如：大肠杆菌(E.coRI)的一种限制酶能识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
能发光的水母
设想:能
否让热带鱼 也能发光?
不能发光的热带斑马鱼
2
乳汁中分泌人凝血 因子的转基因山羊
能产生人胰岛素的大肠杆菌
3
基因“嫁接”
一、基因工程的原理
（一）概念：
❖ 又称基因拼接技术或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。 ❖ 基因工程是在DNA__分__子__水平上进行设计施工。
结 果： 定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
6
（二）基因工程的基本工具
1、基因的“剪刀”——
限制性核酸内切酶（简称限制酶）
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并 在特定的切点上切割DNA分子。
（1）来 源： 主要存在于微生物 （2）作用特点：特异性
成为一个完整的DNA分子。 DNA连接酶催化形成的是磷酸二酯键，而不是氢键。
磷酸二酯键的形成
OH
OH
HO P O O
碱基 O
HO P O O
碱基 O
3′
3′
OH H OH
－H2O
HO P O
O 5′
碱基
O
OH
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH H
16
使用DNA连接酶制作重组DNA分子
AATTCCGTAG GGCATCTTAA
20
最常用的质粒是大肠杆菌质粒。
具有合适的选择 标记基因，用于 转化细菌的筛选
具有与受体细胞 相适应的复制位 点，使外源基因 在受体细胞中稳 定遗传
有限制酶切割 位点，有利于 外源基因插入 拼接
21
（3）运载体具备的条件
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 ②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 ③具有标记基因，便于进行筛选
黏性末端
5’
EGcoARⅠA T限制T 酶C
3’
3’
C TTAAG
5’
黏性末端
限制酶
9
切割位点 中轴线
DNA序列
EcoRⅠ
切割位点
黏性末端
黏性末端
10
（4）作用结果：
产生黏性末端、平末端。 （被限制酶切开的DNA两条单链的切口，伸出 的核苷酸正好互补配对，叫做黏性末端。
思考:
1、两种来源不同的DNA用同种限制酶切 割后，产生的黏性末端相同吗？ 相同
——限制性内切酶
2.基因的“针线” ——DNA连接酶
3.基因的运输工具 ——运载体
2
基因工程的操作步骤 1.目的基因的提取 2.目的基因与运载体结合 3.目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定
25
DNA聚合酶：只能将单个核苷酸加到已有 核酸片段的末端，形成磷酸二酯键；合成互补 的DNA链需要模板。
19
3、基因的“运输工具” ——运载体
（1）作用： 将外源基因送入受体细胞，并使其在宿主细
胞内进行复制或整合和表达。
（2）常用运载体： 一类是质粒: 质粒：细菌及酵母菌等生物细胞拟核（细胞核） 外能够进行自主复制的很小的环状DNA分子。 另一类是噬菌体和某些病毒的DNA。
2、用不同的限制酶切割呢？ 一般不同
11
练习使用EcoRI 剪切目的基因
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
AATTCCGTAG 黏性末端
GGCATCTTAA
GCA T
T
A C G 外源基因
T ACG
GCA G
Leabharlann Baidu
标记基因
23
（三）基因工程操作的基本步骤
1 提取目的基因（外源基因） 2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测和鉴定
24
基因工程(gene engineering)的原理
1
基因工程的操作工具 1.基因的“剪刀”
甲片段
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT 乙片段
磷酸二酯键
重组DNA分子 17
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 ②…G
③
G…
…G
…CTTAA ACGTC…
目的基因
12
两种来源不同的DNA用同种限制酶切割 后，产生的黏性末端能连接起来吗？
GA A T T C C T T A AG
GA A T T C C T T A AG
13
G CTTAA
AATTC G
14
2、基因的“针线”——DNA连接酶
DNA连接酶
GA A T T C C T T A AG
DNA连接酶 （1）作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，
④ AATTC… G…
A. ①③；②④ C. ①④；②③
B. ①②；③④ D.以上都不对
A 18
问题
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？
相同点：都能催化形成磷酸二酯键。 不同点：
DNA连接酶：在两个DNA片段之间形成磷 酸二酯键，只能连接双链而不能连接单链DNA 的缺口；连接两个DNA片段不需要模板。
（识别特定核苷酸序列,在特定切点切割DNA分子）
（3）作用部位：磷酸二酯键
7
磷酸二酯键的水解 OH
OH
HO P O
HO P O O
碱基 O
O
碱基
O
3′
3′
OH
＋H2O
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH
HO P O
O 5′
碱基
O
OH H
OH H
8
如：大肠杆菌(E.coRI)的一种限制酶能识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
能发光的水母
设想:能
否让热带鱼 也能发光?
不能发光的热带斑马鱼
2
乳汁中分泌人凝血 因子的转基因山羊
能产生人胰岛素的大肠杆菌
3
基因“嫁接”
一、基因工程的原理
（一）概念：
❖ 又称基因拼接技术或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。 ❖ 基因工程是在DNA__分__子__水平上进行设计施工。