高中生物必修二課件9：6-2 基因工程及其應(yīng)用

基因工程及其應(yīng)用

資料一：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。資料二：細菌是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的生物。細菌具有代謝旺盛，繁殖能力強的特點。能否讓細菌“吐出”蛛絲？一.基因工程的原理

通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的性狀。原理：操作水平：操作環(huán)境：結(jié)果：基因重組DNA分子水平生物體外定向地改造生物的性狀，獲得人類所需要的品種。（一）基因工程概念：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。思考：要把蜘蛛的合成蛛絲蛋白的基因“嫁接”到細菌上，關(guān)鍵步驟是什么？

關(guān)鍵步驟一：怎樣提取蛛絲蛋白的基因？

關(guān)鍵步驟二：怎樣將蛛絲蛋白基因?qū)氲郊毦w內(nèi)？關(guān)鍵步驟三：怎樣鑒定蛛絲蛋白基因已經(jīng)導(dǎo)入細菌體內(nèi)并成功表達？基因的剪刀——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）基因的針線——DNA連接酶基因的運載工具——運載體(DNA)特點：(專一性)主要是從原核生物中分離和純化來源:“基因剪刀”——1、限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)（二）基因工程操作的工具（1）只能識別一種特定的核苷酸序列（2）只能在特定的位點上切割DNA分子

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

G(黏性末端)(黏性末端)中軸線A磷酸二酯鍵GAAATTCGGCTTAA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

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C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割CTTCATGAATTCCGTAGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGCATCTTAAGGGATT練習(xí)使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAA

GAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端要想獲得某個目的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？一個目的基因有幾個黏性末端？2、“基因針線”——DNA連接酶脫氧核糖和磷酸交替連接的DNA骨架的缺口重組DNA分子甲片段CTTCATG

AATTCCCTAA

GAAGTACTTAA

GGGATT

乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

GGCATCTTAAAATTCCGTAG2、“基因針線”——DNA連接酶脫氧核糖和磷酸交替連接的DNA骨架的缺口重組DNA分子甲片段CTTCATG

AATTCCCTAA

GAAGTACTTAA

GGGATT

乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

GGCATCTTAAAATTCCGTAG常用的運載體主要有兩類：

1）質(zhì)粒

2）噬菌體或某些動植物病毒原理：利用運載體侵染宿主細胞的能力，將目的基因?qū)胨拗骷毎?1)能在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存；(2)具有多個限制酶的切點，便于與不同的目的基因連接；(3)具有某些標記基因，便于篩選成功導(dǎo)入的受體細胞。運載體的特點：3、基因的運輸工具——運載體第一步提取目的基因和運載體第二步目的基因與運載體結(jié)合第三步

將目的基因?qū)胧荏w細胞檢測目的基因的表達情況

第四步細菌細胞質(zhì)粒DNA用限制酶切斷DNA用連接酶連接目的基因?qū)⒅亟MDNA導(dǎo)入受體細胞增殖目的基因的產(chǎn)物(三)

基因操作的基本步驟第一步提取目的基因和運載體第二步目的基因與運載體結(jié)合第三步

將目的基因?qū)胧荏w細胞檢測目的基因的表達情況

第四步細菌細胞質(zhì)粒DNA用限制酶切斷DNA用連接酶連接目的基因?qū)⒅亟MDNA導(dǎo)入受體細胞增殖目的基因的產(chǎn)物(三)

基因操作的基本步驟1、基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用二.基因工程的應(yīng)用運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌的一個抗蟲基因，是中國目前最主要的轉(zhuǎn)基因作物

轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆2、基因工程在藥物研制的應(yīng)用胰島素——治療糖尿病的特效藥干擾素——抗病毒的特效藥方法特點胰島素干擾素傳統(tǒng)方法直接從生物體的組織、細胞或血液中提取產(chǎn)量低價格昂貴4-5g/100kg胰腺1mg/300L血液基因工程“工程菌”發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量低成本100g/2000L大腸桿菌培養(yǎng)液20~40mg/1kg細菌培養(yǎng)物人造血液及其生產(chǎn)我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品疫苗：乙肝、狂犬病、百日咳、霍亂、傷寒、瘧疾基因工程藥品3、基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。

“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。4.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性3、基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。2、基因工程在藥物研制的應(yīng)用胰島素——治療糖尿病的特效藥干擾素——抗病毒的特效藥方法特點胰島素干擾素傳統(tǒng)方法直接從生物體的組織、細胞或血液中提取產(chǎn)量低價格昂貴4-5g/100kg胰腺1mg/300L血液基因工程“工程菌”發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量低成本100g/2000L大腸桿菌培養(yǎng)液20~40mg/1kg細菌培養(yǎng)物AATTCGGCTTAA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵特點：(專一性)主要是從原核生物中分離和純化來源:“基因剪刀”——1、限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)（二）基因工程操作的工具（1）只能識別一種特定的核苷酸序列（2）只能在特定的位點上切割DNA分子

資料一：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。思考：要把蜘蛛的合成蛛絲蛋白的基因“嫁接”到細菌上，關(guān)鍵步驟是什么？

關(guān)鍵步驟一：怎樣提取蛛絲蛋白的基因？

關(guān)鍵步驟二：怎樣將蛛絲蛋白基因?qū)氲郊毦w內(nèi)？關(guān)鍵步驟三：怎樣鑒定蛛絲蛋白基因已經(jīng)導(dǎo)入細菌體內(nèi)并成功表達？基因的剪刀——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）基因的針線——DNA連接酶基因的運載工具——運載體(DNA)AATTCGGCTTAA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵特點：(專一性)主要是從原核生物中分離和純化來源:“基因剪刀”——1、限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)（二）基因工程操作的工具（1）只能識別一種特定的核苷酸序列（2）只能在特定的位點上切割DNA分子一.基因工程的原理

通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物