2023學(xué)年完整公開課版基因工程

基因工程專題1每100kg豬或牛的胰腺中僅可提取4~5g。

1979年，美國將人的胰島素基因重組到大腸桿菌內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌生產(chǎn)胰島素，大大降低了生產(chǎn)成本。治療糖尿病特效藥——

據(jù)WTO調(diào)查：

2005年全世界約有糖尿病患者1.8億人，我國約6000萬。胰島素思考：轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中表達(dá)。這些性狀的表達(dá)與我們學(xué)過的基因的什么過程有關(guān)？密碼子在生物界是的！DNA(基因)

mRNA蛋白質(zhì)(性狀)轉(zhuǎn)錄翻譯通用基因工程的產(chǎn)物基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過程DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論達(dá)爾文提出生物進(jìn)化論基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論孟德爾提出基因的分離定律和自由組合定律基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論

摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖互換定律?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體。基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

沃森、克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保留復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實(shí)驗(yàn)加以證明?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn):2)工具酶的發(fā)現(xiàn)：3)DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明4)DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)5)重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功6)第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世7)PCR技術(shù)的發(fā)明基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過程DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)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(xì)菌的毒蛋白基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)，可培育出抵抗棉鈴蟲害的抗蟲棉。

想一想需要做哪些關(guān)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(guān)鍵步驟或難點(diǎn)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(yùn)載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲基因轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲特性一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體1.1、DNA重組技術(shù)的基本工具思考：⒈自然界是否存在一種生物的DNA進(jìn)入另一生物的情況？2.單細(xì)胞生物并沒有在進(jìn)化中滅絕，有何保護(hù)機(jī)制？

可能產(chǎn)生了一些特殊的酶來防范?？啥@種酶能識(shí)別外來侵入的DNA并將其分解，而對(duì)自身的DNA不能起作用?！胺肿邮中g(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”⒈主要來源：⒉種類與命名：⒊作用特點(diǎn)（特異性）4.限制酶識(shí)別序列5.作用結(jié)果：識(shí)別特定核苷酸序列，并且使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。主要從原核生物中分離純化產(chǎn)生黏性末端或平末端Goon大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成少數(shù)的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸組成尋根問底你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？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(dá)到保護(hù)自身的目的。思考與探究P7（2）為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？1、細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列；2：通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。Goback分子手術(shù)刀------限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)A.來源:主要從原核生物中分離純化想一想:這類酶在原核生物中起什么作用?為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？B.作用:識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開.⒉種類與命名：

現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出了約4000種限制性內(nèi)切酶(限制酶)。EcoRⅠSmaⅠ粘質(zhì)沙雷氏桿菌（Serratiamarcesens）大腸桿菌（EscherichiacoliR）Goback練習(xí)：流感嗜血桿菌的d菌株(Haemophilusinfluenzaed)中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:HindⅠ、HindⅡ和HindⅢT磷酸二酯鍵1234512345AGoback限制酶DNA解旋酶區(qū)別限制性內(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的識(shí)別序列：Goback能被限制性內(nèi)切酶特異性識(shí)別的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。

EcoRⅠ黏性末端黏性末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端重復(fù)演示什么叫黏性末端？

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。SmaⅠ平末端平末端

限制酶所識(shí)別的序列，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中軸線（如圖），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。想一想限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性(平)末端？要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)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(huì)怎樣呢？

會(huì)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。思考?……GAATTC…………CTTAAG…………GAATTC…………CTTAAG……EcoRⅠ……GAATTC…………CTTAAG…………GAATTC…………CTTAAG……不同來源的DNA片段混合將不同種來源的DNA片段連接起來生物A基因片段生物B基因片段……G

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G…………G

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G……酶切二、DNA連接酶——“分子縫合針”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

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(fù)被限制酶切開的兩個(gè)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③類型：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(fù)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(diǎn)差別（二）DNA連接酶”——“分子縫合針DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點(diǎn)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(gè)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(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成一條互補(bǔ)的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來，不需要模板Goon三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”⒈載體需要的條件：

⑴有1~多個(gè)限制酶切點(diǎn)

⑵對(duì)受體細(xì)胞無害

⑶導(dǎo)入基因能在受體細(xì)胞中復(fù)制、表達(dá)

⑷有某些標(biāo)記基因，便于篩選⒉常用運(yùn)載體：

⑴細(xì)菌的質(zhì)粒

⑵噬菌體或某些動(dòng)植物病毒

⑶假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制或不能轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)基因生物能有預(yù)想的效果嗎？

⑴作為分子運(yùn)輸車——載體，如果沒有切割位點(diǎn)將會(huì)怎樣？

⑵霍亂菌的質(zhì)粒多個(gè)限制酶切點(diǎn)，你會(huì)用它來做分子運(yùn)輸車嗎？

⑷目的基因有沒有進(jìn)入受體細(xì)胞，如何去發(fā)現(xiàn)？

常用的載體：質(zhì)粒能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別Goon27483615Goback3、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(zhì)粒（plasmid），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核染色體DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？不是，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：思考與探究P71）載體DNA必需有一個(gè)或多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn)，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(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)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(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。3）載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。5）載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)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(huì)發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7什么是內(nèi)含子和外顯子？原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，真核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的.真核生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：“編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的。”也就是說：能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質(zhì)的序列叫內(nèi)含子。真核基因包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)，編碼區(qū)又分為外顯子和內(nèi)含子,內(nèi)含子不翻譯蛋白質(zhì)。知識(shí)拓展什么是內(nèi)含子和外顯子？

在遺傳學(xué)上通常將能編碼蛋白質(zhì)的基因稱為結(jié)構(gòu)基因。真核生物的結(jié)構(gòu)基因是斷裂的基因。一個(gè)斷裂基因能夠含有若干段編碼序列，這些可以編碼的序列稱為外顯子。在兩個(gè)外顯子之間被一段不編碼的間隔序列隔開，這些間隔序列稱為內(nèi)含子。內(nèi)含子（Interveningregion）是一個(gè)基因中非編碼DNA片斷，它分開相鄰的外顯子。更精確的定義是：內(nèi)含子是阻斷基因線性表達(dá)的序列。DNA上的內(nèi)含子會(huì)被轉(zhuǎn)錄到前體RNA中，但RNA上的內(nèi)含子會(huì)在RNA離開細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)譯前被剪除。在成熟mRNA被保留下來的基因部分被稱為外顯子。真核生物的基因含有外顯子和內(nèi)含子，是前者區(qū)別原核生物的特征之一。知識(shí)拓展知識(shí)拓展關(guān)于內(nèi)含子和外顯子的說法正確的是（）A.內(nèi)含子和外顯子在轉(zhuǎn)錄的過程中都能夠