蛋白質工程的崛起新人教版

1、設想一 能否培養(yǎng)出具有抗蟲性狀的抗蟲棉呢？ 胰島素是治療糖尿病的特效藥,長期以來只能從豬、牛等動物的胰腺中提取，產(chǎn)量低成本高。 而微生物生長迅速，容易控制。于是科學家設想，若能將人的胰島素基因導入微生物體內(nèi)，并得以表達，就不僅能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本，使藥品價格大幅下降。設想二 這些定向改造基因的設想能實現(xiàn)嗎？基因工程基因工程 基因工程基因工程是指按照人是指按照人們的愿望，進行嚴格們的愿望，進行嚴格的設計，并通過的設計，并通過體外體外DNADNA重組和轉基因重組和轉基因等技等技術，賦予生物以術，賦予生物以新的新的遺傳特性遺傳特性，從而創(chuàng)造，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的出更符合人們需要

2、的新的生物類型和生物新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程產(chǎn)品。由于基因工程是在是在DNADNA分子水平分子水平上進上進行設計和施工的，因行設計和施工的，因此又叫做此又叫做DNADNA重組技術重組技術。 DNA DNA 重組技術的基本工具重組技術的基本工具 1 DNA1 DNA重組技術的基本工具重組技術的基本工具專題一專題一 基因工程基因工程“分子手術刀分子手術刀” ” 限制酶限制酶 “分子縫合針分子縫合針” ” DNADNA連接酶連接酶 “分子運輸車分子運輸車” 基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體 細菌細菌供體細胞供體細胞取出質粒取出質粒取出取出DNA用限制酶切斷用限制酶切斷DNA用

3、連接酶連用連接酶連接目的基因接目的基因將重組將重組DNA導導入受體細胞入受體細胞擴擴增增來源來源種類種類作用作用作用結作用結果果閱讀課本閱讀課本4-5頁頁“限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶分子分子手術刀手術刀”的相關內(nèi)容，填寫下表的相關內(nèi)容，填寫下表自主學習自主學習主要從主要從原核生物原核生物中分離純化而來中分離純化而來已經(jīng)分離出大約已經(jīng)分離出大約4000種種1、識別雙鏈、識別雙鏈DNA分子的某種特定核分子的某種特定核苷酸序列苷酸序列2、使每一條鏈中使每一條鏈中特定部位特定部位的兩個核的兩個核苷酸之間的苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵斷開。斷開。12345脫氧核苷酸的結構脫氧核苷酸的結構 G12

4、34512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯鍵鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵11仔細觀察各限制酶仔細觀察各限制酶 識別的特定序列有識別的特定序列有何何 特點？特點？限制酶的識別序列限制酶的識別序列限制酶所識別的序列的特點是：限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是6個個堿基還是堿基還是4個堿基，都可以找到個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈雙鏈DNA上的堿基是上的堿基是反向對稱反向對稱重復重復排列的排列的 ，稱為，稱為回文序列回文序列中軸線在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)只能識別GAATTC序列，

5、并在G和A之間切開。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切開的被限制酶切開的DNA兩條兩條單鏈的切口，帶有幾個單鏈的切口，帶有幾個伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他們之間正好互補配他們之間正好互補配對，這樣的切口叫對，這樣的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。中軸線SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G與C之間切割SmaISmaI限制酶的切限制酶的切割割當限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的當限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNADNA

6、兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端平末端。你能推測限制酶存在于原核生物中的你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵，的入侵，但生物但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機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。制，以防止外來病原物的侵害。限制酶限制酶就是細就是細菌的一種菌的一種防御性工具，防御性工具，當外源當外源DNA侵入時，會侵入時，會利用限制酶利用限制酶將外源將外源DNA切割掉，切割掉，以保證自身的以保證自身的安全。所以，限制酶在原核

7、生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNA、使之失效，使之失效，從而達到從而達到保護自身保護自身的的目的。目的。尋根問底尋根問底為什么限制酶不剪切細菌本身的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通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其的細胞，其DNADNA分子中分子中不具備這種限制酶不具備這種限制酶的識別切割序列的識別切割序列，或者，或者通過甲基化酶將甲通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不

8、會使自身的種限制酶也不會使自身的DNADNA被切斷，并被切斷，并且可以防止外源且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同種限制酶切割用同種限制酶切割類型來源功能相同點差別EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌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)閱讀課本第閱讀課本第5頁頁“分子縫合

9、針”DNA連接酶的相關內(nèi)容，填寫下表的相關內(nèi)容，填寫下表自主學習自主學習把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來催化形成磷酸二酯鍵DNADNA連接酶的作用連接酶的作用兩兩DNADNA片段要具有片段要具有互補互補的黏性末端的黏性末端才能拼起來才能拼起來DNADNA連接酶的縫合作用連接酶的縫合作用可把黏性末端之間的可把黏性末端之間的縫隙縫隙“縫合縫合”起來起來，注意：注意：DNADNA連接酶可連接雙鏈連接酶可連接雙鏈DNADNA中的中的DNADNA單鏈缺口，單鏈缺口，但不能連接單鏈但不能連接單鏈DNADNA！DNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶是一回事嗎？聚合酶是

10、一回事嗎？T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低DNADNA連接酶的縫合作用連接酶的縫合作用DNA連接酶連接酶DNA聚合酶聚合酶相相同同點點作用實質作用實質化學本質化學本質不不同同點點模板模板作用對象作用對象 作用結果作用結果用途用途都能催化形成都能催化形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵都是蛋白質都是蛋白質不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重組組DNA分子分子形成形成DNA的一條的一條鏈鏈基因工程基因工程DNA復制復制DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶的比較聚合酶的比較只能將只能將單個核苷單個核苷酸酸連接到已有的連接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成磷酸二酯鍵成

11、磷酸二酯鍵在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵核苷酸分子的連接：核苷酸分子的連接：ATGCATGCDNADNA聚合酶連接單鏈聚合酶連接單鏈DNADNA把單個脫氧核苷酸連接到把單個脫氧核苷酸連接到DNADNA片段上片段上A A T T GA A T T GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用聚合酶的作用返回返回載體的作用載體的作用載體的必載體的必要條件要條件載體的種類載體的種類閱讀課本第閱讀課本第6頁頁“分子運輸車分子運輸車”運載體運載體的相關內(nèi)容，填寫下表的相關內(nèi)容，填寫

12、下表自主學習自主學習細菌的質粒細菌的質粒病毒：病毒：、動植物病毒等。、動植物病毒等。 有標記基因的存有標記基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點有切割位點能復制并帶著能復制并帶著插入的目的基插入的目的基因一起復制因一起復制質粒質粒裸露的、結構簡單的、獨立于細菌擬核裸露的、結構簡單的、獨立于細菌擬核DNA之外，之外，并具有并具有自我復制能力自我復制能力的很小的雙鏈環(huán)狀的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。分子。最常用運載體最常用運載體質粒質粒 實際上實際上在基因在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作載真正被用作載體的質粒，都體的質粒，都是在天然質粒是在天然質粒的基礎上進行的基礎上進行過人工改造的。過人工改造的。限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點是的識別序列和切點是GGATCC，限制，限制性內(nèi)切酶性內(nèi)切酶的識別序列和切點是的識別序列和切點是GATC。在質粒上有。在質粒上有酶酶的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶的切點。的切點。（1）請畫出質粒被限制酶）請畫出質粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2）請畫出目的基因兩側被限制酶）