第1节基因工程的基本原理和技术

1.1DNA重组技术的基本工具,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。,每100kg猪或牛的胰腺中仅可提取45g。,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：2011年全世界约有糖尿病患者3.66亿人，我国约9000万。平均每十秒增加一名糖尿病患者。,胰岛素,1.通过观察图像、查阅资料，了解基因工程的诞生历程，说出基因工程的概念；2.通过阅读文本、观察图片、师生交流，说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用。,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。,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,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,二、基因工程的诞生,提取,抗虫基因,棉花细胞,与运载体DNA拼接，导入,(含抗虫基因),基因工程培育抗虫棉的简要过程,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？,如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？,如何将重组的DNA运送到棉花细胞？,需要切割DNA的工具（分子手术刀）,需要连接DNA片断的工具（分子缝合针）,需要基因转移的工具（分子运输车）,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,基因载体,思考,1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）,能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。,含义：,主要从原核生物中分离得到,来源：,磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键,作用部位：,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。,作用特点：,产生黏性未端和平末端,作用结果：,三、基因工程的基本工具,EcoRI,识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,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。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,3,5,3,3,5,5,5,3,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。,思考,Sma,识别GAATTC序列，并在G和C之间切开,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。,A,A,T,T,G,C,C,T,T,A,A,G,3,5,3,3,5,5,5,3,2、DNA连接酶,两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键,连接部位：,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。,结果：,三、基因工程的基本工具,种类：EcoliDNA连接酶；T4DNA连接酶,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）？,需要“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,思考,3、基因载体（运载体）,作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。,作用：,条件：,能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存,有一个或多个限制酶切点，可使外源基因插入其中,具有某些遗传标记基因，以便进行筛选,对受体细胞无害,质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒,种类：,三、基因工程的基本工具,假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？,会在细胞增殖中丢失,外源的基因不可能插入,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。,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。,思考,小结,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,EcoliDNA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、噬菌体衍生物、动植物病毒,双基练习,一、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外和等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出符合人们需要的新的和。又叫做DNA的重组技术。二、DNA重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶“分子手术刀”(1)主要来源：从_生物中分离出来的。(2)特点：能够识别DNA特定的核苷酸序列切开,DNA重组,转基因,生物类型,生物产品,原核,两个之间的。(3)DNA末端:限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式:和。2.DNA连接酶“分子缝合针”(1)作用:将双链DNA片段起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的。(2)种类:EcoliDNA连接酶:只能缝合DNA的_T4DNA连接酶:既可缝合DNA的_,又可缝合双链DNA的_。,核苷酸,磷酸二酯键,黏性末端,平末端,缝合,磷酸二酯键,黏性末端,黏性末端,平末端,3.基因进入受体细胞的载体-”分子运输车”(1)载体的种类质粒:是一种裸露的,结构简单,独立于细菌染色体之外,并具有自我_能力的双链_DNA分子;的衍生物;_。(2)载体的特点能够在细胞内_;有一个或多个_切割位点,便于供源DNA的插入.具有_基因,供重组DNA的鉴定和选择.,复制,环状,噬菌体,动植物病毒,自我复制,限制酶,标记,1、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是（）A.定向提取生物体的DNA分子B.定向地对DNA分子进行“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,D,2、以下说法正确的是（）A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B.质粒是基因工程中唯一的运载体C.载体必须具备的条件之一是：具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接D.基因控制的性状都能在后代表现出来,C,3、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（）A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性B.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测C.增加质粒分子的分子量D.便于与外源基因连接,B,4、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体（）A.细菌质粒B.噬菌体C.