4.1.1基因工程賦予生物新的遺傳特性課件【知識(shí)精講精研】高二下學(xué)期生物浙科版選擇性必修3

基因工程賦予生物新的遺傳特性第1課時(shí)

第1節(jié)浙科版選擇性必修31.能概述基因工程的建立過程2.能說明基因工程工具酶和載體的作用3.嘗試進(jìn)行DNA的粗提取與鑒定1944年艾弗里等人通過肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，不僅證明了遺傳物質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以在同種生物個(gè)體間轉(zhuǎn)移。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19666年，64個(gè)密碼子均被破譯成功。1970年科學(xué)家在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）1972年，伯格首先在體外進(jìn)行了DNA的改造，成功構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。1982年，第一個(gè)基因工程藥物-重組人胰島素被批準(zhǔn)上市?；蚬こ趟幬锍蔀槭澜绺鲊芯亢屯顿Y開發(fā)的熱點(diǎn)。1953年沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。1967年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。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)。這些發(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。1973年，科學(xué)家證明了質(zhì)粒可以作為基因工程的載體，構(gòu)建重組DNA，導(dǎo)入受體細(xì)胞，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)了物種間的基因交流。至此，基因工程正式問世。1985年，穆里斯等人發(fā)明PCR,為獲取目的基因提供了有效手段。基因工程的建立過程

基因工程是指有意識(shí)地把一個(gè)人們所需要的基因轉(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)。從水母中分離出熒光基因熒光斑馬魚基因重組或基因突變?cè)矸肿铀讲僮魉?.基因工程的概念1.為什么不同生物的DNA分子能拼接起來？2.為什么一種生物的基因可以在另一種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)？（1）基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位。（2）遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。（3）生物界共用一套遺傳密碼。（1）DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。（2）雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1.

DNA是遺傳物質(zhì)的證明；2.中心法則的確立和完善，闡明了遺傳信息的傳遞和表達(dá)的機(jī)制；3.密碼子的破譯。2.基因工程的理論基礎(chǔ)2024/2/6培育熒光斑馬魚“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)胞基因工程的工具重組DNA技術(shù)的基本工具：（三）分子運(yùn)輸車---運(yùn)載體（一）分子手術(shù)刀---限制性內(nèi)切核酸酶

（二）分子縫合針---DNA連接酶（一）限制性內(nèi)切核酸酶---“分子手術(shù)刀”1.來源：主要來自細(xì)菌等微生物2.作用：識(shí)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，使DNA雙鏈在特定的位置斷開。磷酸二酯鍵3.識(shí)別序列

識(shí)別序列通常是4~8個(gè)核苷酸對(duì)，以6個(gè)核苷酸對(duì)最為常見。不同限制酶的識(shí)別序列一般也各不相同。4.作用結(jié)果例如，發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌中的限制酶EcoRⅠ的識(shí)別序列如圖所示，兩條鏈從5’→3’方向的識(shí)別序列均為GAATTC。DNA片段末端通常有兩種形式——黏性末端和平末端黏性末端黏性末端（1）實(shí)例1—EcoRⅠ限制酶：EcoRⅠ識(shí)別序列為GAATTC，EcoRⅠ切割部位為GA之間的磷酸二酯鍵。（2）實(shí)例2——SmaⅠ限制酶：SmaⅠ識(shí)別序列為CCCGGG，SmaⅠ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寫出下列限制酶切割形成的黏性末端

你能根據(jù)所掌握的知識(shí)，推測(cè)限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么嗎？為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？

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，以保證自身的安全。

含某種限制酶的細(xì)菌的DNA分子不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者細(xì)菌自身DNA經(jīng)過相應(yīng)的化學(xué)修飾，使限制酶不能將其切開。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。注意：不是連接氫鍵（氫鍵的形成不需要酶的催化）。2.分類：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(duì)較低）恢復(fù)的都是磷酸二酯鍵（二）DNA連接酶——“分子縫合針”G

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G用DNA連接酶連接兩個(gè)片段之間的磷酸二酯鍵2024/2/62024/2/6

DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？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3.DNA連接酶、DNA聚合酶、限制酶、解旋酶的比較種類作用底物作用部位形成產(chǎn)物DNA連接酶DNA聚合酶限制酶解旋酶DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子DNA分子磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵重組DNA分子新的DNA分子含黏性末端或平末端的DNA片段單鏈DNA三、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.種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。它們的來源不同，在大小、結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差別。

最常用的載體——質(zhì)粒:一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖3.作為載體需具備的條件（2）含有一種或多種限制酶的識(shí)別序列，方便外源DNA片段（基因）插入其中。（1）含復(fù)制起點(diǎn)，能夠獨(dú)立自主復(fù)制并穩(wěn)定存在（3）具有篩選作用的標(biāo)記基因，便于重組DNA分子的篩選。如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。

在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。例1.選用下圖載體將目的基因?qū)爰?xì)菌中并將含有目的基因的細(xì)菌篩選出來。（1）在培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中添加抗生素B，則應(yīng)該選擇的限制酶為_______。（2）在培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中添加抗生素A，則應(yīng)該選擇的限制酶為_____。①或②①1.實(shí)驗(yàn)原理：探究·實(shí)踐·DNA的粗提取與鑒定（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。00.14NaCI濃度（mol/L）DNA溶解度2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：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(duì)DNA進(jìn)行提取。3.方法步驟稱取10g香蕉果肉，放入研缽中，倒入10mL_______充分研磨研磨過濾在漏斗中墊上_________，將研磨液過濾入離心管中取兩支試管，一支試管中加入提取出的絮狀物，并加入2mL二苯胺劑；另一支只加入2mL二苯胺劑。用95℃水浴鍋加熱10min，注意觀察兩支試管中溶液顏色的變化離心以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心2min，取________倒入小燒杯中向小燒杯中倒入體積是上清液兩倍的_______靜置3-5min，可見白色的絮狀物出現(xiàn)。用_______緩緩攪動(dòng)，絮狀物會(huì)纏在玻璃棒上鑒定加冷酒精研磨液尼龍紗布上清液冷酒精玻璃棒用冷卻的酒精析出DNA鑒定DNA鑒定結(jié)果結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

觀察提取的DNA的顏色，如果不是白色絲狀物，說明DNA中的雜質(zhì)較多。二苯胺試劑鑒定呈現(xiàn)藍(lán)色說明實(shí)驗(yàn)基本成功；如果不呈現(xiàn)藍(lán)色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在實(shí)驗(yàn)操作過程中出現(xiàn)了失誤等。本實(shí)驗(yàn)粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等雜質(zhì)。

本實(shí)驗(yàn)可以采取分組的方式進(jìn)行?？梢赃x取不同的實(shí)驗(yàn)材料；也可以查閱資料了解其他提取DNA的方法，對(duì)同種材料采用不同的方法。最后從多方面比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果