工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生

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1醫(yī)學(xué)ppt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)？2醫(yī)學(xué)ppt

三文魚原是西餐和日本料理的主要原料，不僅味道鮮美，而且富含有益心血管健康的奧米伽-3脂肪酸。三文魚種類不少，在國內(nèi)市場上最常見的是大西洋鮭，野生的大西洋鮭因?yàn)檫^度捕撈，已瀕臨滅絕，市場上賣的大西洋鮭99％以上是人工養(yǎng)殖的。

大西洋鮭的生長速度緩慢，第一年體重只增加20～30克，一般要養(yǎng)三年才能上市。因此可以給大西洋鮭轉(zhuǎn)入體型最大的三文魚——大鱗大麻哈魚的生長激素基因。

轉(zhuǎn)基因魚3醫(yī)學(xué)ppt剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)（三）將重組DNA分子導(dǎo)入（四）目的基因的檢測和表達(dá)轉(zhuǎn)基因魚的構(gòu)建（一）獲得大麻哈魚生長激素基因

目的基因（二）形成大西洋鮭受精卵受體細(xì)胞魚類因其產(chǎn)卵量大且體外受精而成為研究轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的最佳入選動(dòng)物。（外源基因）運(yùn)載體DNA+目的基因重組DNA分子4醫(yī)學(xué)ppt基因工程的概念其核心是構(gòu)建重組DNA分子

（重組DNA技術(shù)）廣義：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。5醫(yī)學(xué)ppt生物體外基因分子水平產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物基因重組操作環(huán)境：操作對象：操作水平：基本原理：工程結(jié)果：讓目的基因在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定高效地表達(dá)操作目的：基本過程：剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)從此大西洋鮭的身上得到了世界上從沒有過的基因？（不產(chǎn)生新基因，產(chǎn)生新物種嗎？）6醫(yī)學(xué)ppt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。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—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)成為可能基因工程的誕生技術(shù)保障基因工程工具的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶載體DNA工具酶7醫(yī)學(xué)ppt思考：如何將大馬哈魚細(xì)胞內(nèi)的生長素基因從它的DNA分子中切割下來？

如何將切下來的生長素基因與載體DNA連接起來？

如何將重組的DNA運(yùn)送到大西洋鮭細(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8醫(yī)學(xué)ppt細(xì)菌4000種，常用200多種。

1、來源：

2、種類：3、作用：一、限制性核酸內(nèi)切酶—

“分子手術(shù)刀”（簡稱限制酶）對DNA特定的核苷酸序列進(jìn)行識(shí)別和切割基因工程的基本工具

能夠識(shí)別和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊核苷酸序列的酶。思考能否切割煙草花葉病毒上人們想要的目的基因？9醫(yī)學(xué)ppt重播4、作用部位：磷酸二酯鍵專一性--識(shí)別特定的序列、有特定的切點(diǎn)5、作用特點(diǎn)：EcoRI識(shí)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，因此稱這些片斷為粘性末端。5′5′3′3′10醫(yī)學(xué)ppt平末端：平切粘性末端：錯(cuò)切作用結(jié)果：11醫(yī)學(xué)ppt12醫(yī)學(xué)ppt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(huì)怎樣呢？會(huì)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，是否就可以形成重組的DNA分子了？

13醫(yī)學(xué)pptCGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGTTAAAATTGCGCGCTAATCGTTAAAATTGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA14醫(yī)學(xué)ppt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)。15醫(yī)學(xué)ppt思考：用DNA連接酶連接兩個(gè)相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16醫(yī)學(xué)ppt三、基因工程的基本工具3、基因載體（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：⑴能在宿主細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存⑵有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，可使外源基因插入

其中

⑶具有某些遺傳標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選⑷對受體細(xì)胞無害

質(zhì)粒（最常用）、噬菌體和某些動(dòng)植物病毒種類：17醫(yī)學(xué)ppt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?？梢詸z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18醫(yī)學(xué)ppt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)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19醫(yī)學(xué)ppt小結(jié)：基因工程誕生于

。

基因工程誕生的理論基礎(chǔ)：

?；蚬こ虅?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)20醫(yī)學(xué)ppt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(shí)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】21醫(yī)學(xué)ppt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)，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】22醫(yī)學(xué)ppt5、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(huì)發(fā)生的現(xiàn)象是：

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23醫(yī)學(xué)ppt6、限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)酶Ⅱ的切點(diǎn)。

①請畫出質(zhì)粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。

②請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。③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。24醫(yī)學(xué)ppt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解旋酶：限制性核酸內(nèi)切酶：DNA聚合酶：DNA連接酶：將DNA水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解時(shí)生成磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。使DNA解旋成單鏈，作用部位是堿基與堿基之間的氫鍵。（在適當(dāng)?shù)母邷?、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解旋）以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成互補(bǔ)DNA鏈。將DNA切成片斷