【生物】基因工程赋予生物新的遗传特性课件-2024-2025学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

第四章

基因工程第一节

基因工程赋予生物新的遗传特性胰岛素是一种蛋白质激素，它存在于人和动物的胰脏中。胰岛素是治疗胰岛素依赖型(IDDM)糖尿病的有效药物，传统生产胰岛素的方法只能从猪和羊的胰腺中提取，获得1g胰岛素大约需要100kg的猪胰脏，因此生产成本高，患者难以支付昂贵的药费。1978年，科学家在大肠杆菌中成功地表达了人胰岛素，并于1982年被美国正式批准生产和销售。1985年，日本也研制出了表达胰岛素的技术并有产品投放市场。用基因工程方法生产胰岛素的产量可达100mgL。它的问世和上市，为众多的糖尿病患者带来了福音。

指有意识地把一个人们所需要的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。基因重组分子水平－基因构建重组DNA分子原理：操作水平：核

心：结果：获得新的遗传性状或表达所需要产物优点：定向地改造生物的遗传性状；

打破了常规育种难以突破的物种间的界限转基因育种基因工程1.DNA是遗传物质。2.遗传信息的传递和表达都遵循“中心法则”。3.除极个别情况外，自然界中不同生物共用一套遗传密码。DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？基因工程的理论基础：重组DNA技术的重要工具：（三）分子运输车---载体分子运输车（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶

分子手术刀（二）分子缝合针---DNA连接酶一、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础

1、来源：主要从细菌中分离纯化来的2、特点:3、作用部位:特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解4、结果：DNA在特定的位置断开，产生带有黏性末端或平末端的DNA片段能够识别双链DNA分子的特定的一小段核苷酸序列,并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解，使得DNA在特定的位置断开。（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶（限制酶）

限制酶所识别序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为回文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：

限制酶的识别序列识别序列通常是4～8个核苷酸对，以6个核苷酸对最常见。

1’2’3’4’5’G1’2’3’4’5’A3’,5’-磷酸二酯键3’端5’端3’端5’端限制酶作用部位:限制酶的作用结果－黏性末端黏性末端黏性末端EcoRI

被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有突出的单链部分，称为黏性末端。GAATTC限制酶的作用结果－平末端

当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，DNA末端没有单链部分，称为平末端。1、你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？

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。寻根问底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分子中不具备这种限制酶的识别切割序列。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。寻根问底

1、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？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。2、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供体生物细胞取出DNA限制酶目的基因想一想练习1画出以下限制酶作用后产生的黏性末端。

↓BamHⅠ：5’-GGATCC-3’↓BglⅠ：5’-AGATCT-3’↓BstBⅠ：5’-TTCGAA-3’5’-GGATCC-3’3’-CCTAGG-5’5’-AGATCT-3’3’-TCTAGA-5’5’-TTCGAA-3’3’-AAGCTT-3’1.不同限制酶识别的核苷酸序列不同。1.不同限制酶作用后可能会产生相同的黏性末端。2.黏性末端碱基数与切割位点有关。

练习2尝试写出下列序列受EcoRI限制性核酸内切酶作用后的结果目的基因某种限制性核酸内切酶在环状DNA和线状DNA分子的酶切位点如下图箭头所示，在该酶的作用下，环状DNA可被切成a、b两种长度不同的片段，线状DNA可被切成e、f、g三种长度不同的片段。现有多个环状及线状DNA，若每个DNA至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，环状DNA最多能产生长度不同的DNA片段的种类数是

，线状DNA呢？abefg53a/b/a+be/f/g/e+f/f+g现有一长度为3000碱基对(bp)的线性DNA分子，用限制性核酸内切酶酶切后，进行凝胶电泳，使降解产物分开。用酶H单独酶切，结果如图1。用酶B单独酶切，结果如图2。用酶H和酶B同时酶切，结果如图3。该DNA分子的结构及其酶切图谱是（）AG

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割(EcoRⅠ)把两种来源不同的DNA进行重组，应该怎样处理？思考：

缺口怎么办？G

C

TT

AA

AA

TT

C

GGCTTAA

AA

TT

C

G什么样的末端才能连接起来？，（二）分子缝合针---DNA连接酶1.作用：2.种类：⑴E·coliDNA连接酶⑵T4DNA连接酶将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，（1）E·coliDNA连接或T4DNA连接酶连接黏性末端即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（2）T4DNA连接酶可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，效率低（3）DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质不同点模板作用对象作用结果 用途都能催化形成磷酸二酯键都是蛋白质

不需要需要DNA的一条链作模板形成完整的重组DNA分子形成DNA的一条链基因工程DNA复制只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键5’-GGATCC-3’3’-CCTAGG-5’5’-AGATCT-3’3’-TCTAGA-5’5’-TTCGAA-3’3’-AAGCTT-3’练习3请写出在DNA连接酶作用下可以相互连接的黏性末端。构建重组DNA分子①②③④⑤⑥①②①③①④②③②④③④⑤⑥构建重组DNA分子1.为了使DNA片段能顺利连接，ABC的黏性末端有什么要求？A右侧黏性末端和B左侧黏性末端要相同；B右侧黏性末端和C左侧黏性末端要相同。2.为了保证黏性末端相同，采用的限制酶有什么要求？3.若用同种限制酶进行酶切，片段连接后一定能得到图示结果吗？用同种限制酶进行酶切不一定，可能会发生目的基因环化、目的基因任意连接等情况单酶切的连接产物BamHⅠBamHⅠDNA连接酶正反接均可自身环化双酶切的连接产物HindⅢ、BamHⅠHindⅢ、BamHⅠDNA连接酶同尾酶切的连接产物HindⅢ、BamHⅠDNA连接酶HindⅢ、BclⅠ改造双酶切例题（1）为获得大量抗虫基因，且保证形成重组质粒时，目的基因以唯一方向接入，可选用用

（填限制酶的种类）分别切割目的基因和Ti质粒，再用DNA连接酶连接，形成重组DNA分子，2.（二）

某研究小组欲利用抗虫基因，通过农杆菌转化法培育抗虫玫瑰。图1和图2分别表示出了抗虫基因和农杆菌Ti质粒的限制性核酸内切酶的识别位点和抗生素抗性基因（PstⅠ、SmaⅠ、AluⅠ表示限制性核酸内切酶切割位点；amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因）请回答：SmaⅠ、PstⅠ同尾酶切的连接产物(3)假设图中质粒上BamHⅠ识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶BclⅠ识别位点的碱基序列，现用BclⅠ和HindⅢ切割质粒，那么该图中①的DNA右侧还能选择BamHⅠ进行切割吗？_

(填“能”或“不能”)，理由是

。若上述假设成立，并成功形成重组质粒，则重组质粒

。A.既能被BamHⅠ也能被HindⅢ切开B.能被BamHⅠ但不能被HindⅢ切开C.既不能被BamHⅠ也不能被HindⅢ切开D.能被HindⅢ但不能被BamHⅠ切开能切割后的粘性末端相同D想一想外源基因如何进入受体细胞中并稳定存在？质粒将外源基因送入受体细胞。1.作用：植物病毒噬菌体2.种类：质粒：独立于细菌拟核DNA之外的较小的环状DNA分子。

------植物细胞------动物细胞细菌动物病毒（最常用的载体）载体类型------受体细胞（三）分子运输车---载体质粒作为载体所具有的特征特征作用含有复制起点能独立自主复制并稳定存在含有一种或多种限制酶的识别序列方便外源基因插入具有标记基因便于通过表型鉴别含有载体的细胞对受体细胞无害、易分离分子大小合适标记基因的筛选原理载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示：人工改造后的载体复制起点：能独立自主复制并稳定存在有多个限制酶识别位点：方便外源基因插入标记基因:将来可用含青霉素的培养基鉴别。练一练D

某目的基因两侧的DNA序列所含的限制性内切核酸酶切割位点如图所示，最好选用