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文档简介

基因工程,专题1,1,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: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?,密码子在生物界是的!,通用,2,基因工程的产物,3,什么叫基因工程?,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。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做DNA重组技术。,基因工程的概念,4,问题探讨:,苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达,可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。想一想需要做哪些关键工作?,普通棉花抗虫棉,5,基因工程培育抗虫棉的简要过程:,在以上过程中关键步骤或难点是什么?,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,通过运载体导入,转基因棉花含抗虫基因,转基因棉花产生伴胞晶体,转基因棉花有抗虫特性,6,基因工程培育抗虫棉的关键步骤:,关键步骤一:,抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二:,抗虫基因与棉花DNA“缝合”,关键步骤三:,抗虫基因进入棉花细胞,7,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具?,“分子手术刀”限制性核酸内切酶,“分子缝合针”DNA连接酶,“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,1.1、DNA重组技术的基本工具,8,一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”,1.主要来源:种类与命名:作用特点:4.限制酶识别序列5.作用结果:,识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化,产生黏性末端或平末端,Goon,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成,9,寻根问底,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗?,原核生物易受自然界外源DNA的入侵,但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制,以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具,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。,Goback,10,种类与命名:,现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。,EcoR,Sma,粘质沙雷氏杆菌(Serratiamarcesens),大肠杆菌(EscherichiacoliR),Goback,练习:流感嗜血杆菌的d菌株(Haemophilusinfluenzaed)中先后分离到3种限制酶,则分别命名为:,Hind、Hind和Hind,11,磷酸二酯键,H2O+,12,13,限制性内切酶与DNA解旋酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键,将DNA两条链的氢键打开形成两条单链,限制性内切酶与DNA水解酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键,形成片段的DNA.,切割磷酸二酯键,形成单个的脱氧核苷酸。,Goback,14,限制酶的识别序列:,能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列:在切割部位,一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。,Goback,15,EcoR,黏性末端,黏性末端,Goback,16,EcoR,黏性末端,黏性末端,重复演示,Goback,17,什么叫黏性末端?,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,它们之间正好互补配对,这样的切口叫黏性末端。,18,Sma,平末端平末端,19,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?,20,GAATTCCTTAAG,GAATTCCTTAAG,EcoR,不同来源的DNA片段混合,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,GAATTCCTTAAG,酶切,GAATTCCTTAAG,同一种,21,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,22,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来,,EcoliDNA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,23,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,24,二、“分子缝合针”DNA连接酶,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.,作用原理:,催化磷酸二酯键形成,25,类型:,EcoliDNA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,26,三、“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,载体需要的条件:有1多个限制酶切点对受体细胞无害导入基因能在受体细胞中复制、表达有某些标记基因,便于筛选常用运载体:细菌的质粒噬菌体衍生物或某些动植物病毒,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?,作为分子运输车载体,如果没有切割位点将会怎样?,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?,目的基因有没有进入受体细胞,如何去发现?,27,常用的载体:质粒,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在,可用含氨苄青霉素的培养基鉴别,28,29,思考与探究P7(2),为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA?,通过长期的进化,细菌中含有某种限制酶的细胞,其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列;或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开。这样,尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断,并且可以防止外源DNA的入侵。,30,3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗?为什么?,提示:基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒(plasmid),即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢?不是,作为基因工程使用的载体必需满足以下条件:,思考与探究P7,31,1)载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置,还必须是在质粒本身需要的基因片段之外,这样才不至于因目的基因的插入而失活。2)载体DNA必需具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。3)载体DNA必需带有标记基因,以便重组后进行重组子的筛选。4)载体DNA必需是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。5)载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行操作,太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件,都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,32,4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗?,迄今为止,所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力,至于原因,现在还不清楚,也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。,思考与探究P7,33,1.在基因工程中,切割运载体和含有目的基因的DNA片段,需使用()同种限制酶B.两种限制酶同种连接酶D.两种连接酶,A,课堂练习,34,2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制()B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNA,D,课堂练习,35,3.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、运载体必须具备的条件之一是:具有多个限制酶切点,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,课堂练习,36,再见,37,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,38,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,39,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。,40,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。,41,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。,42,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,43,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后

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