【高中生物】基因工程賦予生物新的遺傳特性課件+高二下學(xué)期生物浙科版選擇性必修3

4.1基因工程賦予生物新的遺傳特性從社會(huì)中來

番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降?？茖W(xué)家通過精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。

DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專門的“分子工具”。那么，科學(xué)家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？轉(zhuǎn)基因番木瓜(左）與非轉(zhuǎn)基因番木瓜(右）工具分子手術(shù)刀分子縫合針分子運(yùn)輸車限制性內(nèi)切核酸酶：DNA連接酶：載體：準(zhǔn)確切割DNA分子將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞培育轉(zhuǎn)基因番木瓜“分子手術(shù)刀”準(zhǔn)確切割DNA分子“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞1.基因工程的概念：

指有意識地把一個(gè)人們所需的基因轉(zhuǎn)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要產(chǎn)物的技術(shù)。（1）別名：（2）原理：（3）操作對象：（4）操作水平：（5）結(jié)果：重組DNA技術(shù)基因分子水平基因重組賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品一、基因工程是在多個(gè)生物學(xué)分支學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展而來2.基因工程的誕生:(5)1973年,科學(xué)家證明質(zhì)?？梢宰鳛榛蚬こ痰妮d體,構(gòu)建重組DNA,使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá),并實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流。（1）1944年,艾弗里等人通過肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)，還證明了DNA可以在同種生物的不同個(gè)體之間轉(zhuǎn)移。(2)1953年,沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。隨后，克里克提出中心法則，闡明了遺傳信息的傳遞和表達(dá)的機(jī)制。(3)1961年,尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)編碼氨基酸的密碼子。截至1966年，64個(gè)密碼子均被破譯成功。(4)20世紀(jì)70年代初,多種限制酶、DNA連接酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn),為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。1.限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”（1）簡稱：限制酶（2）來源：主要細(xì)菌等原核生物中分離純化出來的。（3）作用：

識別雙鏈DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵水解。（4）作用部位：特定部位的磷酸二酯鍵ATCGTAGC5’3’5’3’磷酸二酯鍵EcoRⅠ5’…G-A-A-T-T-C…3’3’…C-T-T-A-A-G…5’SmaⅠ5’…C-C-C-G-G-G…3’3’…G-G-G-C-C-C…5’二、對DNA進(jìn)行剪切、連接和復(fù)制是實(shí)現(xiàn)重組DNA技術(shù)的基礎(chǔ)（5）識別序列識別序列通常是4～8個(gè)核苷酸對，以6個(gè)核苷酸對最為常見EcoRⅠ5’…G-A-A-T-T-C…3’3’…C-T-T-A-A-G…5’SmaⅠ5’…C-C-C-G-G-G…3’3’…G-G-G-C-C-C…5’BamHⅠ5’…G-G-A-T-C-C…3’3’…C-C-T-A-G-G…5’TaqⅠ5’……T-C-G-A……3’3’……A-G-C-T……5’

限制酶所識別的序列的特點(diǎn)是：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的，稱為回文序列。（6）限制酶的命名：

用生物屬名的頭一個(gè)字母與種加詞的頭兩個(gè)字母，組成了3個(gè)字母的略語，以此來表示這個(gè)酶是從哪種生物中分離出來的。例如，一種限制酶是從大腸桿菌(Escherichiacoli)的R型菌株分離來的，就用字母EcoR表示；如果它是從大腸桿菌R型菌株中分離出來的第一種限制酶，則進(jìn)一步表示成EcoRI。（7）切割產(chǎn)物：黏性末端或平末端黏性末端黏性末端2023/6/14

實(shí)例1—EcoRⅠ限制酶：

識別序列為GAATTC，

切割部位為GA之間的磷酸二酯鍵。

實(shí)例2——SmaⅠ限制酶：

識別序列為CCCGGG

切割部位為CG之間的磷酸二酯鍵。形成黏性末端平末端形成平末端你能根據(jù)所掌握的知識，推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么嗎？試推測限制酶為什么不會(huì)切割自身的DNA？

原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制。限制酶就是它的一種防御性工具。當(dāng)外源DNA入侵時(shí)，它會(huì)利用限制酶來切割外源DNA，使之失效，以保證自身安全。所以，簡單來說,限制酶在原核生物中起到的作用為：切割外源DNA、使之失效，以保證自身安全原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已被修飾課堂練習(xí)：寫出下列限制酶切割形成的黏性末端BamHⅠ____EcoRⅠ___HindⅢ___BglⅡ___GATCAATTAGCTGATC思考：你從中發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象了？不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端現(xiàn)有5種不同的限制酶:①HindⅢ、②XbaⅠ、③EcoRⅤ、④SpeⅠ和⑤XhoⅠ,它們的識別序列和切割位點(diǎn)如下:1.XhoⅠ切割DNA之后形成的末端為

。

2.切割DNA片段后可形成平末端的限制酶有

(填編號),可以形成黏性末端的限制酶有

(填編號)。3.限制酶

(填編號)切割某一DNA片段后產(chǎn)生的DNA片段能與SpeⅠ切割另一DNA片段產(chǎn)生的DNA片段相連接,原因是

。連接后形成的重組DNA分子

(填“能”或“不能”)再被原有的兩種限制酶識別,原因是

。

①②④⑤③②這兩種限制酶切割DNA片段后形成的DNA片段的黏性末端是互補(bǔ)的不能重組后的DNA分子序列為原來的兩種限制酶均不能識別。2.分子縫合針—DNA連接酶(1)作用：將兩個(gè)DNA片段連接起來，恢復(fù)被限制酶切開的磷酸二酯鍵。G

C

TT

AA

AA

TT

C

GGCTTAA

AA

TT

C

GDNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？AATTGCAATTAATTDNA聚合酶種類DNA聚合酶DNA連接酶不同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)作用結(jié)果模板相同點(diǎn)催化單個(gè)核苷酸加到已有核苷酸片段的3’末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵催化兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵催化形成與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈，形成新的雙鏈DNA分子催化具有互補(bǔ)黏性末端或平末端的DNA片段連接起來，形成重組DNA分子需要不需要①化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)②都是催化形成磷酸二酯鍵DNA連接酶和DNA聚合酶功能比較2.種類：種類E·coli

DNA連接酶T4DNA連接酶來源功能特性相同點(diǎn)大腸桿菌T4噬菌體只能將具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段既可以連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以連接雙鏈DNA片段的平末端（但連接平末端的效率相對較低）恢復(fù)的都是磷酸二酯鍵重組DNA分子請?jiān)趦蓮埣埳戏謩e寫上下面兩段DNA序列：

請你根據(jù)圖3-3中的相關(guān)信息找到兩條片段上EcoRI的識別序列和切割位點(diǎn)。然后,用剪刀進(jìn)行“切割”。待切割位點(diǎn)全部切開后,將從下面那條DNA鏈上切下的片段重組到上面那條DNA鏈的切口處,并用透明膠條將切口粘連起來。1.剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”?2.你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配對？如果不能，可能是什么原因造成的？3.你插入的DNA片段能稱得上一個(gè)基因嗎？思考：用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸二酯鍵？4個(gè)重組DNA分子1.剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。2.你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配對?如果不能，可能是什么原因造成的？如果制作的黏性末端的堿基不能互補(bǔ)配對，可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對，也可能是其他原因。3.你插入的DNA片段能稱得上一個(gè)基因嗎？不能，因?yàn)榛虻拈L度一般在100個(gè)堿基對以上。下面是4種限制酶所識別的DNA分子序列和剪切位點(diǎn)圖(↓表示剪切點(diǎn),切出的斷面為黏性末端)。下列說法正確的是(

)A.在使用限制酶的同時(shí)還需要解旋酶B.限制酶1和3剪切出的黏性末端相同C.限制酶1、2、4識別的序列都是由4個(gè)脫氧核苷酸組成D.限制酶1和2切割形成的DNA片段可通過T4DNA連接酶拼接B3.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”（1）作用：將外源基因送入受體細(xì)胞（2）作為載體需具備的條件①含有復(fù)制起點(diǎn)。②含有一種或多種限制酶的識別序列。如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等，便于能夠通過表型鑒別含有重組DNA分子。能夠獨(dú)立自主復(fù)制并穩(wěn)定存在。能在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。供外源DNA片段（基因）插入其中。③具有篩選作用的標(biāo)記基因利用標(biāo)記基因進(jìn)行篩選示例：3.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”（3）種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。種類用途不同點(diǎn)質(zhì)粒、噬菌體植物病毒動(dòng)物病毒將外源基因?qū)氪竽c桿菌等受體細(xì)胞將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞將外源基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞來源不同，在大小、結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差別（4）最常用的運(yùn)載體——質(zhì)粒（1）質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)：獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA的較小的環(huán)狀DNA分子（2）基因工程中使用質(zhì)粒的特點(diǎn)：

在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過_________的；這些質(zhì)粒上常有特殊的標(biāo)記基因，便于__________________；人工改造重組DNA分子的篩選DNA的粗提取與鑒定1.實(shí)驗(yàn)原理：（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白質(zhì)溶于酒精。（2）DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/LNaCl溶液。（3）在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存在差異，可以利用這些差異，選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法去除其他成分，對DNA進(jìn)行提取。DNA含量相對較高的生物組織，如新鮮洋蔥、香蕉、菠菜、菜花和豬肝等

不能選擇哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞，因?yàn)椴溉閯?dòng)物成熟的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和線粒體，幾乎不含DNA二、材料用具1.選材：注意：2.試劑：①研磨液②體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精③2mol/L的NaCl溶液④二苯胺試劑⑤蒸餾水含有NaCl、EDTA、SDS、Tris和HCl析出DNA溶解DNA鑒定DNA，要現(xiàn)配現(xiàn)用三、方法步驟：取材、研磨過濾或離心取上清液預(yù)冷酒精析出DNANaCl溶液溶解DNA并鑒定

抑制核酸水解酶的活性，進(jìn)而抑制DNA降解；抑制DNA分子運(yùn)動(dòng)，使DNA易形成沉淀析出；1.取材、研磨：

稱取30g洋蔥，切碎，然后放入研缽中，倒入10mL研磨液，充分研磨研磨的目的：破碎細(xì)胞，使核物質(zhì)容易溶解在研磨液中2.過濾或離心取上清液：

在漏斗中墊上紗布，將洋蔥研磨液過濾到燒杯中，在4℃冰箱中放置幾分鐘后，再取上清液。

也可直接將研磨液倒入塑料離心管中，3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心2min，再取上清液放入燒杯中。①上清液中除DNA之外，可能含有哪些雜質(zhì)？可能含有核蛋白、多糖等雜質(zhì)②低溫放置幾分鐘的作用：3.預(yù)冷酒精析出DNA

在上清液中加入體積相等的、預(yù)冷的酒精溶液(體積分?jǐn)?shù)為95%)，靜置3～5min，溶液中出現(xiàn)的白