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基因工程专题1学习目标：1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。烟草据WTO调查：2004年全世界因狂犬病致死人数约5.5万人中国卫生部通报：2004年７月，狂犬病列法定报告传染病死亡数之首。发病死亡率近100%能产生狂犬病抗体蛋白的转基因每100kg猪或牛的胰腺中仅可提取4~5g。1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药——据WTO调查：2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。胰岛素思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？遗传密码在生物界是的！DNA(基因)mRNA蛋白质(性状)转录翻译通用基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论达尔文提出生物进化论基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论克里克等提出中心法则DNARNA蛋白质转录翻译逆转录复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路1)基因转移载体的发现2)工具酶的发现3)DNA合成和测序技术的发明4)DNA体外重组的实现5)重组DNA表达实验的成功6)第一例转基因动物问世7)PCR技术的发明基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程主要的技术结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平定向改造生物的遗传性状剪切→拼接→导入→表达一基因工程的原理DNA重组技术和转基因技术DNA重组技术的基本工具•准确切割DNA的工具（“分子手术刀”）•DNA片段的连接工具（“分子缝合针”）•基因转移工具（“分子运输车”）基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。思考•在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？•现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保持一种稳定状态？•怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？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的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。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。约4000种。1、来源：2、种类：3、作用：4、结果：形成两种末端一、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶黏性末端平末端T磷酸二酯键1234512345AGAATTCCTTAAGCCCGGGGGGCCCEcoRⅠ（4）作用结果：•黏性末端和平末端SmaⅠEcoRⅠ黏性末端黏性末端EcoRⅠ黏性末端黏性末端SmaⅠ平末端平末端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（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。•想一想限制酶所识别的序列有什么特点？实例1：•1、下列关于限制酶的说法正确的是（）•A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少•B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列•C.不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端•D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键Ｂ•要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)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(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。思考?（二）“分子缝合针”——DNA连接酶①作用:把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.②作用原理：催化磷酸二酯键形成③类型：(根据来源不同分为两类）类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别（二）“分子缝合针”——DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，E·coliDNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低T4DNA连接酶DNA聚合酶DNA连接酶区别相同点寻根问底•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DNA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(三)“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体⒈载体需要的条件：⑴有1~多个限制酶切点⑵对受体细胞无害⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达⑷有某些标记基因，便于筛选(5)结构简单，大小适中。⒉常用运载体：⑴细菌的质粒⑵噬菌体或某些动植物病毒⑶假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？⑴作为分子运输车——载体，如果没有切割位点将会怎样？⑵霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？⑷目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？运载体：常用质粒（细菌拟核外双链环状DNA分子）质粒特点：1、能自我复制并在受体细胞中稳定存在2、有一个或多个限制酶切点3、有特殊的标记基因小结基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有专一性(识别序列)切开DNA分子的磷酸二酯键DNA连接酶连接磷酸二酯键种类E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶运载工具具备的条件结构简单,大小适中能在宿主细胞中自我复制并稳定存在具一个多个限制酶切位点具标记基因质粒、噬菌体、动植物病毒1.基因工程的最终目的是()。A.定向提取生物体的DNAB.定向地对DNA分子进行人工剪切C.在生物体外对DNA分子进行改造D.定向地改造生物的遗传性状解析:基因工程通过对生物体的基因进行修饰改造,按照人们的意愿使生物体表现出人们所需要的性状,产生出人们所需要的基因产物。可见,基因工程的目的是定向地改造生物的遗传性状。答案:D2.下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是()。A.①②B.①③C.①④D.②③答案:B3.关于基因工程中DNA连接酶的叙述,正确的是()。A.连接两个肽链片段B.催化单个核苷酸和单链DNA分子间形成磷酸二酯键C.能作用于单链DNAD.连接两个DNA片段答案:D4.下列关于细菌质粒的叙述,正确的是()。A.质粒是存在于细菌细胞中的一种细胞器B.质粒是独立于细菌拟核DNA外能自我复制的小型环状DNAC.质粒是基因工程中唯一的载体D.质粒的存在与否对宿主细胞的生存有决定性作用解析:质粒主要存在于原核生物中,是独立于细菌拟核DNA外能自我复制的小型环状DNA;质粒是DNA而不是细胞器。一般来说,质粒的存在与否对宿主细胞的生存没有决定性作用。质粒是基因工程常用的“分子运输车”,除质粒外,被用作载体的还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案:B5.下表关于基因工程中有关的名词及对应的内容,正确的组合是()。供体“分子手术刀”“分子缝合针”载体受体A质粒限制酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物DNA连接酶限制酶质粒大肠杆菌等续表供体“分子手术刀”“分子缝合针”载体受体C提供目的基因的生物限制酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制酶提供目的基因的生物质粒解析:基因工程中的“分子手术刀”是限制酶,“分子缝合针”是DNA连接酶,最常用的载体是质粒,受体多用原核生物,如大肠杆菌等。答案:CC