基因工程的基本原理和技术20150305

1、 据调查：据调查：20052005年全世界约有糖尿病患者年全世界约有糖尿病患者1.81.8亿亿人，我国约有人，我国约有60006000万人。万人。 治疗糖尿病的特效药治疗糖尿病的特效药- 胰岛素胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药胰岛素是治疗糖尿病的特效药, ,长期以来只能长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。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。于是科学家而微生物生长迅速，容易控制。于是科学家设设想想，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，改造微生物基因并得以表达，就能解决产量问改造微生物基因并得以表达，就能解决

2、产量问题，大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。题，大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。 这些定向改造基因的设想能实现吗？第一节基第一节基因工程的基本原理和技术因工程的基本原理和技术本节聚焦：本节聚焦：1、简述基因工程的概念、简述基因工程的概念2、简述、简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用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、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、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新和技术创新定向改造生物的遗传性状。1 1基因拼接的理论基础基因拼接的理论基础(1)大多数生物的大多数生物的遗传物质是遗传

3、物质是DNA。(2)DNA的的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链双链DNA分子的空间结构都是规则的分子的空间结构都是规则的双螺旋结构双螺旋结构。一、基因工程研究的理论基础一、基因工程研究的理论基础2 2外源基因在受体内表达的理论基础外源基因在受体内表达的理论基础(1)(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)(2)遗传信息的传递都遵循遗传信息的传递都遵循中心法则中心法则。(3)(3)生物界共用一套生物界共用一套遗传密码遗传密码。 准确切割准确切割DNA的工具（的工具（“分子手术刀分子手术刀”）限制性核酸内切酶限制性核酸

4、内切酶 （限制性内切酶）（限制性内切酶） DNA片段的连接工具（片段的连接工具（“分子缝纫针分子缝纫针”）DNA连接酶连接酶 基因运载工具（基因运载工具（“分子运输车分子运输车”）运载体运载体二、二、DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶（“分子手术刀分子手术刀”）学生活动：阅读学生活动：阅读P67-P69讨论完成下列讨论完成下列内容：内容：1、限制性内切酶的来源？、限制性内切酶的来源？2、限制性内切酶的种类？、限制性内切酶的种类？3、限制性内切酶的作用特点？、限制性内切酶的作用特点？约约40004000识别双链识别双链DNADNA分子的分

5、子的某种特定核苷酸序列某种特定核苷酸序列, ,并且并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸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二酯键断开限制性内切酶作用过程被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具是否具有相同的黏性末端？有相同的黏性末端？思考思考:1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：两类两类Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶 （扶手）（扶手）（梯子）（梯子）DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程 限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性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

6、时，末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，是不是任何一种是不是任何一种DNADNA连接酶都可以呢？连接酶都可以呢？连接黏性末端连接黏性末端连接黏性末端和平末端连接黏性末端和平末端分类分类作用作用E.coli DNA连接酶连接酶连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶（三）“分子运输车分子运输车” -基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体学生活动：阅读学生活动：阅读P70P71讨论完成下列内容：讨论完成下列内容：1 1、基因工程常用的载体有哪些？、基因工程常用的载体有哪些？2、作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？、作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？1. 1.能在宿主细胞内复制并稳定保存能

7、在宿主细胞内复制并稳定保存 2.2.有一个至多个限制酶切位点有一个至多个限制酶切位点3.3.有遗传标记基因有遗传标记基因4.4.对受体细胞无害、易分离对受体细胞无害、易分离小结小结DNA 重组技术的基本工具重组技术的基本工具“分子手术刀分子手术刀” “分子缝合针分子缝合针” “分子运输车分子运输车”限制限制（性核酸内切）（性核酸内切）酶酶DNA连接酶连接酶基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体限制性内切酶限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATCC，限，限制性内切酶制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在质粒上。在质粒上有酶有酶的一个切点，在目的基因的两

8、侧各有的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶个酶的切的切点。点。请画出质粒被限制酶请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。请画出目的基因两侧被限制酶请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末切割后所形成的黏性末端。端。在在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后连接酶的作用下，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？形成的黏性末端能否连接起来？为什么？设想一 能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶区别区别1 1区别区别2 2相同点相同点1)1)只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连连接到已有的核酸片

9、段上，接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键1)1)在在两个两个DNADNA片段之片段之间间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键2)2)以以一条一条DNADNA链为模板，链为模板，连接成一条互补连接成一条互补的的DNADNA链链2)2)将将DNADNA双链上的双链上的两两个缺口同时连接起来，个缺口同时连接起来，不需要模板不需要模板DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具想一想想一想:获得转基因抗虫棉需要做哪些工作获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢呢? 基因工程的基本操作程序主要包括基因工程的基本操作程序主要包括四个基本步骤：四个基本步骤：1 1）目的基因的

10、获取）目的基因的获取2 2）基因表达载体的构建）基因表达载体的构建3 3）将目的基因导入受体细胞）将目的基因导入受体细胞4 4）目的基因的检测与鉴定）目的基因的检测与鉴定 原核生物原核生物为什么没有在长期的进化过程中由于为什么没有在长期的进化过程中由于外源外源DNA的入侵而灭绝，有什么保护机制？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） 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T

11、 T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割基因进入受体细胞的载体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到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是胞的工具就是载体载体。基因工程的载体被喻为基因工程的载体被喻为：分子运输车分子运输车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)（一）限制性核酸内切酶（分子手术刀）（一）限制性核酸内切酶（分子手术刀）A、来源、来源:C、作用、作用: 识别双链识别双链DNADNA分子的某分子的某种特定核苷酸种特定核苷酸序列序列, ,并且使每一条链中特定部位的两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个核苷酸之间的磷酸二酯键断开. .B B、种类：种类：约约40004000作为载体的必要条件作为载体的必要条件 1. 1.能在宿主细胞内复制并稳