第一节工具酶的发现和基因工程的诞生

1、什么叫基因工程？,把一种生物的遗传物质DNA（目的基因）移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。,第一章 基因工程,原理：,操作水平：,结果：,定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。,DNA分子水平,基因重组,2.基因工程的核心是构建重组DNA分子，因此，早期也将基因工程称为重组DNA技术,下面是DNA分子平面图，说出图中111的名称。,1. 胞嘧啶 2. 腺嘌呤 3. 鸟嘌呤 4. 胸腺嘧啶 5. 脱氧核糖 6. 磷酸 7.脱氧核苷酸 8. 碱基对 9. 氢键 10. 一条脱氧核苷酸链 11.磷酸二酯键,11,转基因蓝玫瑰,蓝色色素（蛋白质）,蓝

2、色色素基因（紫罗兰）,在玫瑰细胞中转录翻译,蓝色色素基因,玫瑰基因,剪切,是否对玫瑰每个细胞重复进行上述步骤？,什么是转基因技术？,第一节工具酶的发现和基因工程的诞生,基因工程的理论基础：,基因工程的技术保障基因工程的工具,1.DNA是细胞生物的遗传物质,2.DNA双螺旋结构,3.遗传信息传递方式,1.基因的剪刀,2.基因的缝合针,3.基因的运输工具,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,载体（质粒与病毒）,最初从原核生物中分离，后来在酵母菌中也有发现(针对外来DNA，保护自身免受外源DNA入侵),4000种，常用200多种。,对DNA特定的核苷酸序列进行识别和切割,基因工程的基本工具,能够识别和切

3、割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶 。,思考能否切割烟草花叶病毒上人们想要的目的基因？,基因的剪刀限制性核酸内切酶,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，因此称这些片断为粘性末端。,作用结果：,粘性末端：错切,平末端：平切,下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是( ) A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B限制性内切酶的活性受温度影响 C限制性内切酶能识别和切割RNA D限制性内切酶可从原核生物中提取,AC,用同一种限制酶来切割两种来源不同的DNA， 会产生相同的粘性

4、末端。,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：,限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键， 只是一个是切开，一个是连接,注意：,氢键的断裂与形成与限制酶、DNA连接酶无关。,基因的针线DNA连接酶,思考：,用DNA连接酶连接两个相同的粘性未端要形成几 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,外源基因怎样才能运送到受体细胞？,需要“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。,作用：,质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒,种类：,(1) 质粒,细菌及

5、酵母菌等。最常用的是大肠杆菌、农杆菌的质粒。,来源：,本质：,拟核（或染色体）外的小型双链环状DNA分子。,基因的运输工具载体,目的基因,受体细胞,思考：实现该过程质粒必须满足什么条件？,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,思考,与只使用EcoRI相比较,使用BamHI和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？,用两种限制酶防止目的基因与载体的自身环化。,1、只使用EcoRI,2、使用BamHI和Hind,使用两种限制酶，防止载体与目的基因反向连接,基因工程的诞生,时

6、间：,1972年，斯坦福大学 合成第一个人工DNA重组产物 1973年，斯坦福大学 实现了细菌之间的性状转移 标志基因工程的诞生,20世纪70年代,不同生物的DNA能拼接在一起,基因工程的成功能说明哪些问题？,说明所有生物的DNA都具有相同的化学组成(四种脱氧核苷酸)和空间结构(双螺旋结构),一种生物的基因能够在另一种生物体内表达,说明基因是有遗传效应的DNA片段，具有一定的独立性，同时也说明各种生物共用一套遗传密码,有关DNA酶,将两个DNA片段通过磷酸二酯键连接。,DNA水解酶： DNA解旋酶： 限制性核酸内切酶： DNA聚合酶： DNA连接酶：,将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解时生

7、成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。,使DNA解旋成单链，作用部位是碱基与碱基之间的氢键。（在适当的高温、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋）,以一条DNA链为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成互补DNA链。,将DNA切成片断，作用部位是磷酸二酯键。,1、下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，判断正误,Aa通常存在于细菌体内，目前尚未发现真核生物体内有类似的结构 Bb识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开 Cc连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对,练习：,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

8、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,4、基因工程又叫重组DNA技术。假设以大肠杆菌质粒作为 基因载体，并以同一种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将切割后的载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有 种环状DNA分子(假设两两结合)，它们分别是：,3,载体与载体相连、目的基因与目的基因相连、载体与目的基因相连,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,1.(2009浙江3)下列关于基因工程的叙述，错误的是() A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物 B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶 C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达,D,基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因