蘇教版生物選修三11基因工程概述

1.1基因工程概述甲生物乙生物取出優(yōu)秀基因“剪切”

“拼接”

新類型表達新的生物產(chǎn)品基因敲除技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)生物新類型敲除不利基因

新的生物產(chǎn)品

又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。指在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞，并使重組基因在受體細胞中表達，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。一、什么是基因工程

基因工程，又叫DNA重組技術(shù)。是指按照人們的愿望，在DNA分子水平上進行嚴格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。

獲得人類所需的基因產(chǎn)物

結(jié)果

剪切、拼接、導(dǎo)入、表達基本過程

DNA分子水平操作水平

基因操作對象

生物體外操作環(huán)境基因拼接技術(shù)、DNA重組技術(shù)等

別名在基因工程誕生的道路上，出現(xiàn)那些理論基礎(chǔ)和技術(shù)呢？二、基因工程的發(fā)展生物化學(xué)分子生物學(xué)微生物學(xué)基因工程催生1、DNA是遺傳物質(zhì)的證明（艾弗里）科技探索之路（一）基因工程的理論發(fā)展1943美Avery肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗等。梅塞爾松、斯塔爾沃森、克里克2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立中心法則科技探索之路3、遺傳密碼的破譯遺傳密碼表科技探索之路１、基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)——基因是可以轉(zhuǎn)移的。質(zhì)粒（二）基因操作的技術(shù)發(fā)明２、工具酶的發(fā)明——基因是可切割的。

限制性內(nèi)切酶３、DNA合成和測序技術(shù)的發(fā)明DNA合成儀４、DNA體外重組的實驗伯格科技探索之路5、1988年，美K.Mullis發(fā)明PCR技術(shù)6、第一例轉(zhuǎn)基因動物和轉(zhuǎn)基因植物問世——1980科學(xué)家通過顯微注射培育出世界第一個轉(zhuǎn)基因小鼠。1983，科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草。實現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中表達；三、轉(zhuǎn)基因操作的工具問題探討：蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因。讓細菌的毒蛋白基因在棉花細胞中表達，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載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲基因轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲特性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：抗蟲基因進入棉花細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“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體思考：⒈自然界是否存在一種生物的DNA進入另一生物的情況？⒉動物容易讓外來DNA侵入自身而得以遺傳嗎？為什么？⒊單細胞生物，容易遭到入侵嗎？⒋單細胞生物并沒有在進化中滅絕，而是產(chǎn)生了一些特殊的酶來防范。這些酶應(yīng)該有什么特點？可能酶能識別外來侵入的DNA并將其分解，而對自身的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：4.限制酶識別序列:5.作用結(jié)果：識別特定核苷酸序列原核生物產(chǎn)生黏性末端或平末端,切斷磷酸二酯鍵具有特異性。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成少數(shù)的識別序列由4、5或8個核苷酸組成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HindⅢ磷酸二酯鍵限制酶識別DNA特定的序列,使DNA分子鏈的固定部位分開。.SmaⅠ平末端平末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端Goback

EcoRⅠ黏性末端黏性末端Goback重復(fù)演示BamHⅠGTCCAGGCCTAGGATCCG+GGATCCCCTAGGHindⅡGTCGACCAGCTGGACCTG+平端切口粘端切口要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性(平)末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？會產(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?二、“分子縫合針”——DNA連接酶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)相同點差別DNA連接酶與DNA聚合酶的比較DNA聚合酶DNA連接酶化學(xué)本質(zhì)作用部位模板蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)磷酸二酯鍵（單個脫氧核苷酸+片段）

磷酸二酯鍵（DNA雙鏈片段+DNA雙鏈片段）需要（DNA一條鏈）不需要“分子運輸車”——質(zhì)粒質(zhì)粒：裸露、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細菌染色體之外，具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。運載體（運載工具）——載基因進入受體細胞插入基因終止子標(biāo)記基因復(fù)制原點啟動子RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。鑒別受體細胞是否含有目的基因。轉(zhuǎn)錄停止的位置。三、運載體（運載工具）——載基因進入受體細胞

例：質(zhì)粒，噬菌體，動、植物病毒。1、分子量相對較小，至少有一個（多個）限制酶切割位點，供外源DNA片段插入其中。2、重組運載體進入受體細胞后（或整合到染色體、DNA上），在受體細胞存在并進行自我復(fù)制。3，有特殊的遺傳標(biāo)記基因，如抗四環(huán)素、氨芐青霉素等標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。運載體的特點DNA重組技術(shù)的三件工具：限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶、運載體?？偨Y(jié)質(zhì)粒目的基因限制性內(nèi)切酶連接酶重組質(zhì)粒1、科學(xué)家們經(jīng)過多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實施該工程的最終目的是（）A.定向提取生物體DNA分子B.定向地對DNA分子進行“剪切”C.定向地改造生物的遺傳性狀D.在生物體外對DNA分子進行改造C練習(xí)鞏固2、下列哪項不是基因工程中經(jīng)常使用的用來運載目的基因的載體()A.細菌質(zhì)粒B.噬菌體C.動植物病毒D.細菌核區(qū)的DNAD3、限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段,你能用DNA連接酶將它們連接起來嗎？①‥‥CTGCA‥‥G⑤G‥‥ACGTC‥‥②‥‥AC‥‥TG③GC‥‥CG‥‥④‥‥G‥‥CTTAA⑥‥‥GC‥‥CG⑦GT‥‥CA‥‥⑧AATTC‥‥G‥‥4、在基因工程中，切割運載體和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同種限制酶B.兩種限制酶C.同種連接酶D.兩種連接酶A5.不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是()A、能復(fù)制B、有多個限制酶切點

C、具有標(biāo)記基因D、它是環(huán)狀DNAD本節(jié)內(nèi)容小結(jié)：1.知識梳理：DNA重組技術(shù)的基本工具：①限制酶（分子手術(shù)刀）：識別特定的核苷酸序列并切割兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵；②DNA連接酶（分子縫合針）：連接兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵；③基因進入受體細胞的載體（分子運輸車）：最常用的是細菌質(zhì)粒，還有