生物選修三第一章第一節(jié)工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生課件

1、思考： 什么叫基因？ 基因、DNA、染色體之間是怎樣的關(guān)系？ 什么是遺傳信息？如何表達(dá)？ 能否讓大腸桿菌產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍 貴的藥物？ 經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)基因工程。第一章 基因工程第一節(jié) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和 基因工程的誕生能發(fā)光的水母請您欣賞能否能否讓熱帶魚也能發(fā)光?設(shè)想不能發(fā)光的熱帶斑馬魚請您欣賞請您欣賞超級小鼠與超級魚一、基因工程的概念 就是把一種生物的基因轉(zhuǎn)入另一種生物體中，使其產(chǎn)生我們需要的基因產(chǎn)物，或者讓它獲得新的遺傳性狀。其核心是構(gòu)建重組DNA分子。（又稱為重組DNA技術(shù)）轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄思考：大腸桿菌和人是差異很大的兩種

2、生物，通過基因重組后，大腸桿菌能夠合成人的胰島素，這說明了什么？ 能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌 人和細(xì)菌遺傳物質(zhì)(DNA)的化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，且共用一套遺傳密碼。 二、基因工程的誕生理論基礎(chǔ)DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立遺傳信息傳遞方式(中心法則)的認(rèn)定技術(shù)保障轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育基因工程工具 的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用 限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶 基因載體(如質(zhì)粒)使來自異種生物的DNA拼接 成為可能使基因在異種生 物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)成 為可能轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程抗蟲棉普通棉普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)表達(dá)

3、思考思考：如何將蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)的抗蟲基因從它的DNA分子中切割下來？ 如何將切下來的抗蟲基因與運(yùn)載體DNA連接起來？ 如何將重組的DNA運(yùn)送到棉花細(xì)胞？ 需要切割DNA的工具（分子手術(shù)刀）需要連接DNA片斷的工具 （分子縫合針）需要基因轉(zhuǎn)移的工具（分子運(yùn)輸車） 限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶基因載體工具酶三、基因工程的基本工具 1、限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶） 能夠識別和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊核苷酸序列的酶。 含義：主要從原核生物中分離得到 來源：磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵 作用部位：有專一性。即一種限制酶只能識別一種特定核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。作用特點(diǎn)：產(chǎn)生

4、黏性未端、平末端 作用結(jié)果：已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)千種種類：大腸桿菌中的一種限制性核酸內(nèi)切酶（EcoRI）能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開 舉例：思考EcoRIAAGTTCCTTAAGCTTAAGGAATTC識別GAATTC序列，并在G和A之間切開限制酶在切斷DNA時(shí)，可在切口處帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間堿基正好互補(bǔ)配對，因此稱這些片斷為黏性末端。思考：要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制性核酸內(nèi)切酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。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)生相同的黏性末端。如果讓兩者的黏性末端通過氫鍵連接起來，是否 就可以

5、形成重組的DNA分子了？ CGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGTTAAAATTGCGCGCTAATCGTTAAAATTGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA三、基因工程的基本工具2、DNA連接酶兩條鏈的骨架部分，形成磷酸二酯鍵 連接部位：具有相同黏性末端的兩個(gè)DNA片段連接起來，形成重組DNA分子。 結(jié)果：限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵， 只是一個(gè)是切開，一個(gè)是連接注意：CGGCCGTTAAAATTGCTATA思考?xì)滏I的斷裂與形成與限制酶、DNA連接酶無關(guān)。 思考： 用DNA連接酶連接兩個(gè)相

6、同的黏性未端要形成幾 個(gè)磷酸二酯鍵？ 2個(gè) 用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸二酯鍵？ 4個(gè) 外源基因（如抗蟲基因）怎樣才能運(yùn)送到受體細(xì)胞（如棉花細(xì)胞）？需要“分子運(yùn)輸車”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體三、基因工程的基本工具3、基因載體（運(yùn)載體） 作為運(yùn)載工具，將外源基因送入受體細(xì)胞。 作用：條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，可使外源基因插入 其中 具有某些遺傳標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選對受體細(xì)胞無害 質(zhì)粒（最常用）、噬菌體和某些動植物病毒種類：思考：假如外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制會怎樣？作為載體如果沒有限制酶切割位點(diǎn)將怎樣？外源基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺？如果

7、載體對受體細(xì)胞有害將怎樣？會在細(xì)胞增殖中丟失 外源的基因不可能插入 如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，就可通過標(biāo)記基因的表達(dá)來檢測。 將影響受體細(xì)胞新陳代謝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的外源基因也可能無法表達(dá)。 質(zhì) 粒細(xì)菌及酵母菌等。最常用的是大腸桿菌的質(zhì)粒。來源：本質(zhì)：特點(diǎn)：染色體外的小型雙鏈環(huán)狀DNA分子。能自我復(fù)制；常具有抗生素抗性基因(標(biāo)記基因)；其存在對宿主細(xì)胞無影響。 可以檢測質(zhì)粒是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞思考：質(zhì)粒上存在的標(biāo)記基因 有什么用途？要想將某個(gè)特定基因與質(zhì)粒相連，需要用幾種限制性核酸內(nèi)切酶處理？ 1種四、基因工程的誕生時(shí)間： 1972年，斯坦福大學(xué) 合成第一個(gè)人工DNA重組產(chǎn)物 1973年，斯坦福大學(xué)

8、 實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌之間的性狀轉(zhuǎn)移 標(biāo)志基因工程的誕生20世紀(jì)70年代 不同生物的DNA能拼接在一起基因工程的成功能說明哪些問題？小結(jié) 說明所有生物的DNA都具有相同的化學(xué)組成(四種脫氧核苷酸)和空間結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu)) 一種生物的基因能夠在另一種生物體內(nèi)表達(dá) 說明基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，具有一定的獨(dú)立性，同時(shí)也說明各種生物共用一套遺傳密碼小結(jié)： 基因工程誕生于 。 基因工程誕生的理論基礎(chǔ)： 。 基因工程創(chuàng)建的技術(shù)保障： 。 其中限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶為 提供了必要的手段，而載體 ，達(dá)到了基因工程的目的。 練習(xí)練習(xí)：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(shí)施該工程的最終

9、目的是 A. 定向提取生物體的DNA分子 B. 定向地對DNA分子進(jìn)行“剪切” C. 在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造 D. 定向地改造生物的遺傳性狀【答案：D】2、以下說法正確的是 A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C、載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)， 以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來【答案：C】練習(xí)：4、基因工程又叫重組DNA技術(shù)。假設(shè)以大腸桿菌質(zhì)粒作為基因載體，并以同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割載體與目的基因，將切割后的載體與目的基因片段混合，并加入DNA連接酶。連接產(chǎn)物至少有 種環(huán)狀DNA分子(假設(shè)兩兩結(jié)合)

10、，它們分別是： 3運(yùn)載體與運(yùn)載體相連、目的基因與目的基因相連、運(yùn)載體與目的基因相連3、人們常選用的細(xì)菌質(zhì)粒分子往往帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是 A.提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性 B.有利于對目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞進(jìn)行檢測 C.增加質(zhì)粒分子的分子量 D.便于與外源基因連接【答案：B】5、下圖是將人的生長激素基因?qū)隑細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”示意圖，所用載體為質(zhì)粒A。已知細(xì)菌B細(xì)胞內(nèi)不含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因，質(zhì)粒A導(dǎo)入細(xì)菌B后，其上的基因能得到表達(dá)。請回答下列問題：(1)若把通過鑒定證明導(dǎo)入了普通質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒的細(xì)菌放在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，會發(fā)生的現(xiàn)象是：

11、其原理是： (2)導(dǎo)入B細(xì)胞中的目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是：有的能生長,有的不能生長普通質(zhì)粒含氨芐青霉素基因；重組質(zhì)粒氨芐青霉素基因被破壞。能合成人的生長激素6、限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點(diǎn)是GGATCC，限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點(diǎn)是GATC。在質(zhì)粒上有酶的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)酶的切點(diǎn)。請畫出質(zhì)粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶切割后所形成的黏性末端。在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接起來？為什么？能。因?yàn)橛蓛煞N限制性切割后所形成的黏性末端是相同的。有關(guān)DNA酶將兩個(gè)DNA片段通過磷酸二酯鍵連接。DNA水解酶：DNA解