第六章第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用

微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快設(shè)想：請(qǐng)微生物幫助人類生產(chǎn)人的胰島素基因工程及其應(yīng)用第2節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學(xué)一、基因工程的原理

基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。

又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程例題1.科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)—基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是（）A．定向提取生物體的DNA分子B．定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行“剪切”C．在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造D．定向地改造生物的遺傳性狀D一、基因工程的原理

基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運(yùn)載體——質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)CTTAAGAATTCG

一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。例如:EcoRI限制酶，專一識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將序列切開(kāi)。黏性末端黏性末端切割DNA分子中兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵限制酶切割的什么？？○

A

T

T

A被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切斷后有兩個(gè)反向互補(bǔ)的“黏性末端”。被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA具有相同的黏性末端，堿基能夠通過(guò)互補(bǔ)進(jìn)行配對(duì)。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因針線”——DNA連接酶連接酶的作用：將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端連接起來(lái)，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG連接酶連接的部位：磷酸二酯鍵思考：如何將重組DNA分子送入受體細(xì)胞呢？一、基因工程的原理4、基因的運(yùn)載體運(yùn)載體必須同時(shí)滿足三個(gè)要求：①能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定的保存。

②具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。③具有某些標(biāo)記基因，便于篩選。常用：質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒一、基因工程的原理大腸桿菌DNA質(zhì)粒（環(huán)狀DNA分子）控制質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移的基因抗生素抗性基因質(zhì)粒：存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。①?gòu)募?xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌質(zhì)粒④DNA重組⑤將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌獲得產(chǎn)物基因工程過(guò)程示意圖5、基因工程的操作步驟：從細(xì)菌中取出質(zhì)粒從細(xì)胞中取出DNA用同種限制酶切斷兩個(gè)DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰島素基因）用連接酶將目的基因與質(zhì)粒連接（形成重組DNA分子）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（如大腸桿菌）利用質(zhì)粒中具有某些特性的基因進(jìn)行檢測(cè)并判斷目的基因是否表達(dá)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥(niǎo)槍法又叫“散彈射擊法”，猶如用獵槍發(fā)射的散彈打鳥(niǎo)，無(wú)論哪一顆子彈擊中目標(biāo),都能把鳥(niǎo)打下來(lái)具體做法是：用限制酶將供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運(yùn)載體，然后通過(guò)運(yùn)載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞，讓供體細(xì)胞所提供的DNA的所有片段分別在各個(gè)受體細(xì)胞中大量復(fù)制，從中找出含有目的基因的細(xì)胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來(lái)。

該法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，但是最大的缺點(diǎn)是具有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。目的基因的檢測(cè)和鑒定大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測(cè)出來(lái)。將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。無(wú)表達(dá)產(chǎn)物無(wú)表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無(wú)表達(dá)產(chǎn)物基因工程別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本工具基本過(guò)程結(jié)果實(shí)質(zhì)基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物提取→拼接→導(dǎo)入→檢測(cè)和鑒定基因重組限制酶、DNA連接酶、運(yùn)載體第一步：提取目的基因基因工程基本步驟：第二步：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第四步:目的基因的表達(dá)和檢測(cè)例題2.利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說(shuō)明目的基因完成表達(dá)的是（）A．棉花細(xì)胞中檢測(cè)到載體上的標(biāo)記基因B．山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長(zhǎng)激素的基因C．酵母菌細(xì)胞中提取到人的干擾素D．大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因的mRNAC二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種（1）獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)入玉米,獲得轉(zhuǎn)基因玉米。將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?獲得轉(zhuǎn)基因耐貯存番茄,是世界上進(jìn)入市場(chǎng)的第一種轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)入金魚草基因的紫番茄富含花青素，可明顯減緩結(jié)腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)具抵抗心血管疾病的功效。四、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種。板書設(shè)計(jì)基因工程原理概念：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；颉凹舻丁薄拗菩院怂醿?nèi)切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運(yùn)載體——質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒基本工具操作步驟提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種蘇云金桿菌抗蟲基因普通棉花抗蟲棉提取導(dǎo)入培育抗蟲棉的培育過(guò)程已問(wèn)世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物主要有水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、菊花、白花三葉草等。（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米（1）培育出具有優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物二、基因工程的應(yīng)用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚（9個(gè)月后比對(duì)照個(gè)體重1.5kg)超級(jí)綿羊（生長(zhǎng)速率提高30%，體型增大50%）（2）利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物乳汁中分泌人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因山羊科學(xué)家將藥用蛋白基因?qū)氩溉閯?dòng)物的受精卵，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，通過(guò)分泌的乳汁來(lái)生產(chǎn)所需的藥品。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得的轉(zhuǎn)基因克隆奶牛二、基因工程的應(yīng)用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖二、基因工程的應(yīng)用3、基因工程與藥物研制許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織、細(xì)胞或血液中提取的。受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限，價(jià)格十分昂貴。微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素等。用基因工程方法生產(chǎn)的藥物還有白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子以及某些疫苗等。胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來(lái)只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問(wèn)題，還使其價(jià)格降低大大降低!我國(guó)生產(chǎn)的部分胰島素產(chǎn)品胰島素生產(chǎn)車間干擾素治療病毒感染是“萬(wàn)能靈藥”！過(guò)去從人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍貴”程度自不用多說(shuō)。干擾素生產(chǎn)車間基因工程人干擾素α-2b（安達(dá)芬），廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物?；蚬こ谭椒ㄉa(chǎn)蛋白質(zhì)藥物的優(yōu)勢(shì)非常明顯。二、基因工程的應(yīng)用4、基因工程與環(huán)境基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。如檢測(cè)飲用水中病毒的含量。美國(guó)科學(xué)家用基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能同時(shí)快速分解石油中的四種烴類，用于清除被石油污染的海域。用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。（1）用于環(huán)境檢測(cè)（2）用于凈化污染的環(huán)境能發(fā)熒光的轉(zhuǎn)基因魚三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性轉(zhuǎn)入螢火蟲熒光酶基因的轉(zhuǎn)基因煙草苗轉(zhuǎn)基因玫瑰這些生物令我們很好奇，但是現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用更令我們關(guān)心!三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性未來(lái)生物轉(zhuǎn)基因草莓有玫瑰花和檸檬的香味轉(zhuǎn)基因西紅柿安全嗎？“金大米”對(duì)轉(zhuǎn)基因食品無(wú)害性的評(píng)估主要有以下幾方面：

——是否有毒性、引起過(guò)敏反應(yīng)，營(yíng)養(yǎng)或毒性蛋白質(zhì)的特性，注入基因的穩(wěn)定性，基因改變引起的營(yíng)養(yǎng)效果，對(duì)環(huán)境的影響及其他不必要的功能等。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性⑴改變傳統(tǒng)的育種方式縮短育種時(shí)間。培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害、抗旱、抗鹽堿，抗除草劑等特性的作物新品種。⑵克服異源、遠(yuǎn)源雜交障礙。如可以把動(dòng)物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。⑶生產(chǎn)有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人們意愿的動(dòng)物新品種。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性轉(zhuǎn)基因生物有利的一面:⑴有些轉(zhuǎn)基因食物含的一些物質(zhì)，可能會(huì)影響人體健康。⑵大量的轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)入自然界后很可能會(huì)與野生物種進(jìn)行雜交，產(chǎn)生一些超級(jí)生物，從而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗蟲基因，殺死環(huán)境中有益的生物。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程的弊端：關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品安全性爭(zhēng)論的正確觀