生物必修31.1課件

異想天開???基因工程專題1什么叫基因工程？基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術?；蚬こ痰母拍罨蚬こ痰漠a(chǎn)物達爾文提出生物進化論科技探索之路---理論基礎科技探索之路孟德爾提出基因的分離定律和自由組合定律科技探索之路

摩爾根證明基因在染色體上。DNA的雙螺旋結構科技探索之路和中心法則的確立科技探索之路---技術創(chuàng)新1)基因轉移載體的發(fā)現(xiàn)2)工具酶的發(fā)現(xiàn)3)DNA合成和測序技術的發(fā)明4)DNA體外重組的實現(xiàn)5)重組DNA表達實驗的成功6)第一例轉基因動物問世7)PCR技術的發(fā)明問題探討：蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因。讓細菌的毒蛋白基因在棉花細胞中表達，可培育出抵抗棉鈴蟲害的抗蟲棉。

想一想需要做哪些關鍵工作？蘇云金芽孢桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲棉基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中關鍵步驟或難點是什么？普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因通過運載體導入轉基因棉花含抗蟲基因轉基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體轉基因棉花有抗蟲特性基因工程培育抗蟲棉的關鍵步驟：關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？“分子手術刀”——限制性核酸內(nèi)切酶關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體1.1、DNA重組技術的基本工具一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術刀”1別名：2來源：3種類和命名：4作用特點：5作用結果：限制酶尋根問底你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？

原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術刀”1別名：2來源：3種類和命名：4作用特點：5作用結果：主要是原核生物

現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出與約4000種限制酶一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術刀”1別名：2來源：3種類和命名：4作用特點：5作用結果：主要是原核生物

現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出與約4000種限制酶識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。脫氧核糖磷酸脫氧核糖核苷酸含氮堿基ATGCDNA的基本單位？GAATTCGATTACDNA的二級結構磷酸二酯鍵氫鍵GAATTCGATTACGAATTCCTTAAG胞嘧啶脫氧核苷酸限制性核酸內(nèi)切酶作用的是DNA分子中的什么鍵？磷酸二酯鍵即脫氧核糖、磷酸之間的連接ATGGCATCTTCGAAGP

APGCTTAAGCTTAAEcoRⅠ識別特定核苷酸序列SmaⅠGCGCGCGCGGCC另一個作用特點：想一想：限制酶所識別的序列有什么特點？限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中軸線（如圖），中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向、對稱、重復排列的。堿基是反向、對稱、重復排列的。序列特點：GCTTAAGCTTAAGCGCGCGCGGCCGCTTAAGCTTAAEcoRⅠSmaⅠGCGCGCGCGGCC4.作用特點：識別特定核苷酸序列,切斷磷酸二酯鍵GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG思考與探究P7（2）為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列；或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術刀”1別名：2來源：3種類和命名：4作用特點：5作用結果：主要是原核生物產(chǎn)生黏性末端或平末端

現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出與約4000種限制酶識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。（1）黏性末端被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。SmaⅠ平末端平末端（2）平末端是限制酶在識別序列的中心軸線切開時形成的GCTTAAGCTTAAEcoRⅠSmaⅠGCGCGCGCGGCC要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性(平)末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？思考?

會產(chǎn)生相同的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。限制酶DNA解旋酶區(qū)別6、限制性內(nèi)切酶與DNA解旋酶的區(qū)別切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵將DNA兩條鏈的氫鍵打開形成兩條單鏈限制酶DNA水解酶區(qū)別7、限制性內(nèi)切酶與DNA水解酶的區(qū)別切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵，形成片段的DNA.切割磷酸二酯鍵，形成單個的脫氧核苷酸。二、“分子縫合針”——DNA連接酶①作用:把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.②作用原理：催化磷酸二酯鍵形成類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸桿菌T4噬菌體恢復磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)相同點差別③類型：可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵

T4DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低T4DNA連接酶GCTTAAGCTTAADNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?1)只能將單個核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵1)在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成一條互補的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，不需要模板Goon4、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？

迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7三、“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體⒈載體需要的條件：⑴有1~多個限制酶切點⑵對受體細胞無害⑶導入基因能在受體細胞中復制、表達⑷有某些標記基因，便于篩選

⑸載體大小適當⒉常用運載體：⑴細菌的質粒⑵λ噬菌體衍生物或某些動植物病毒⑶假如目的基因導入受體細胞后不能復制或不能轉錄，轉基因生物能有預想的效果嗎？⑴作為分子運輸車——載體，如果沒有切割位點將會怎樣？⑵霍亂菌的質粒多個限制酶切點，你會用它來做分子運輸車嗎？

⑷目的基因有沒有進入受體細胞，如何去發(fā)現(xiàn)？

1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。2）載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。3）載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。5）載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。質?！毦毎幸环N很小的環(huán)狀DNA分子。裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，并且有自我復制能力常用的載體：質粒能復制并帶著插入的目的基因一起復制有切割位點有標記基因的存在，可鑒別3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒。是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？不是,實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。思考與探究P7P61)不屬于質粒被選為基因運載體的理由是

A、能復制（）

B、有多個限制酶切點

C、具有標記基因

D、它是環(huán)狀DNAD練習2）有關基因工程的敘述中，正確的是（）

A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列

B、質粒是基因工程中唯一的載體

C、載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶

切點，以便與目的基因連接

D、DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵C27483615

已知標記基因有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素的基因，現(xiàn)探討某細菌的質粒中有無標記基因或標記基因是什么？請設計實驗、預期實驗結果，并得出相應的實驗結論。對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素練習對照組實驗組1實驗組2實驗組3結論預期一＋＋＋＋預期二＋＋－－預期三＋－＋－預期四＋－－－對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素既含有抗四環(huán)素基因也含有抗氨芐青霉素基因只含有抗四環(huán)素基因只含有抗氨芐青霉素基因既不含有抗四環(huán)素基因也不含有