基因工程的基本原理和技术

能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？•胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。•而微生物生长迅速，容易控制。于是科学家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，并得以表达，就不仅能解决产量问题，还能大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？这些定向改造基因的设想能实现吗？经过多年的努力，科学家终于在20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程第四章基因工程第一节基因工程的基本原理和技术本节聚焦：1、简述基因工程的概念2、简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用3、简述基因工程载体应具备的条件4、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新•什么叫基因工程？也叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对有关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，从而创造出人类所需要的新的生物类型和基因产物。定向改造生物的遗传性状。基因工程产品抗虫害的玉米转鱼抗寒基因的番茄转基因鲑鱼转黄瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)基因工程的产物1．基因拼接的理论基础(1)大多数生物的遗传物质是DNA。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。一、基因工程研究的理论基础2．外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则。(3)生物界共用一套遗传密码。DNA重组技术的基本工具想一想:获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢?•基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因普通棉花(无抗虫特性)棉花细胞(含抗虫基因)与运载体DNA拼接，导入棉花植株(有抗虫特性)表达解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？工欲善其事,必先利其器.•准确切割DNA的工具（“分子手术刀”）——限制性核酸内切酶•DNA片段的连接工具（“分子缝合针”）——DNA连接酶•基因转移工具（“分子运输车”）——基因进入受体细胞的载体二、DNA重组技术的基本工具（一）（“分子手术刀”）——限制性核酸内切酶学生活动：阅读P67---P69讨论完成下列内容：1、限制性内切酶的来源？2、限制性内切酶的种类？3、限制性内切酶的作用特点？4、限制性内切酶的结果？（一）分子手术刀------限制性核酸内切酶A.来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。C.作用:识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,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.B、种类：约4000限制性内切酶作用过程点击播放•什么叫黏性末端？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，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？思考:•一个目的基因有几个黏性末端？两个。是，会产生相同的黏性末端。•原核生物为什么没有在长期的进化过程中由于外源DNA的入侵而灭绝，有什么保护机制？这类酶在原核生物中起什么作用?为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？（一）限制性核酸内切酶防止外来病原物的侵害。当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割二、“分子缝合针”——DNA连接酶1、种类：2、作用部位：两类E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶是磷酸二酯键（扶手）不是氢键（梯子）DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“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。DNA连接酶的作用过程点击播放限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？连接黏性末端连接黏性末端和平末端分类作用E.coliDNA连接酶连接酶T4DNA连接酶DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点•DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板基因进入受体细胞的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载体。基因工程的载体被喻为：分子运输车（三）“分子运输车”-基因进入受体细胞的载体学生活动：阅读P70—P71讨论完成下列内容：1、基因工程的载体来源？2、作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？质粒噬菌体动植物病毒最常用的运载体——质粒分布：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。本质：细胞染色体(或拟核)外能自主复制的小型环状DNA分子。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。作为载体的必要条件•1.能自我复制•能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；•2.有一个至多个限制酶切位点•能与目的基因结合•3.有遗传标记基因•便于观察•4.对受体细胞无害、易分离•安全、比较容易得到基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤：1）目的基因的获取2）基因表达载体的构建3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测与鉴定基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→拼接→导入→表达基因重组基因工程的概念课本知识回顾DNA重组技术的基本工具“分子手术刀”──“分子缝合针”──“分子运输车”──限制（性核酸内切）酶DNA连接酶基因进入受体细胞的载体限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。②请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。③在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？—↓GATC—……—↓GATC——CTAG↑—……—CTAG↑—用酶Ⅱ切割目的基因—GATC—……—GATC——CTAG—……—CTAG—目的基因