2023學(xué)年完整公開(kāi)課版基因工程

基因工程專題1每100kg豬或牛的胰腺中僅可提取4~5g。

1979年，美國(guó)將人的胰島素基因重組到大腸桿菌內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌生產(chǎn)胰島素，大大降低了生產(chǎn)成本。治療糖尿病特效藥——

據(jù)WTO調(diào)查：

2005年全世界約有糖尿病患者1.8億人，我國(guó)約6000萬(wàn)。胰島素思考：轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中表達(dá)。這些性狀的表達(dá)與我們學(xué)過(guò)的基因的什么過(guò)程有關(guān)？密碼子在生物界是的！DNA(基因)

mRNA蛋白質(zhì)(性狀)轉(zhuǎn)錄翻譯通用基因工程的產(chǎn)物基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論達(dá)爾文提出生物進(jìn)化論基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論孟德?tīng)柼岢龌虻姆蛛x定律和自由組合定律基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎(chǔ)理論

摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖互換定律?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

沃森、克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保留復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論

1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實(shí)驗(yàn)加以證明?；A(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn):2)工具酶的發(fā)現(xiàn)：3)DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明4)DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)5)重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功6)第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世7)PCR技術(shù)的發(fā)明基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)問(wèn)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(xì)菌的毒蛋白基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)，可培育出抵抗棉鈴蟲(chóng)害的抗蟲(chóng)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(chóng)棉基因工程培育抗蟲(chóng)棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：在以上過(guò)程中關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什么？普通棉花(無(wú)抗蟲(chóng)特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲(chóng)基因通過(guò)運(yùn)載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲(chóng)基因轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲(chóng)特性一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程培育抗蟲(chóng)棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)關(guān)鍵步驟二：抗蟲(chóng)基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因進(jìn)入棉花細(xì)胞解決培育抗蟲(chóng)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)切酶關(guān)鍵步驟一：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)關(guān)鍵步驟二：抗蟲(chóng)基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因進(jìn)入棉花細(xì)胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體1.1、DNA重組技術(shù)的基本工具思考：⒈自然界是否存在一種生物的DNA進(jìn)入另一生物的情況？2.單細(xì)胞生物并沒(méi)有在進(jìn)化中滅絕，有何保護(hù)機(jī)制？

可能產(chǎn)生了一些特殊的酶來(lái)防范?？啥@種酶能識(shí)別外來(lái)侵入的DNA并將其分解，而對(duì)自身的DNA不能起作用。“分子手術(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(lái)源：⒉種類與命名：⒊作用特點(diǎn)（特異性）4.限制酶識(shí)別序列5.作用結(jié)果：識(shí)別特定核苷酸序列，并且使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。主要從原核生物中分離純化產(chǎn)生黏性末端或平末端Goon大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成少數(shù)的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸組成尋根問(wèn)底你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。思考與探究P7（2）為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？1、細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列；2：通過(guò)甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。Goback分子手術(shù)刀------限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)A.來(lái)源:主要從原核生物中分離純化想一想:這類酶在原核生物中起什么作用?為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？B.作用:識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi).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HindⅢT磷酸二酯鍵1234512345AGoback限制酶DNA解旋酶區(qū)別限制性內(nèi)切酶與DNA解旋酶的區(qū)別切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵將DNA兩條鏈的氫鍵打開(kāi)形成兩條單鏈限制酶的識(shí)別序列：Goback能被限制性內(nèi)切酶特異性識(shí)別的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。

EcoRⅠ黏性末端黏性末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端重復(fù)演示什么叫黏性末端？

被限制酶切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。SmaⅠ平末端平末端

限制酶所識(shí)別的序列，無(wú)論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中軸線（如圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ、重復(fù)排列的。想一想限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性(平)末端？要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性(平)末端。如果把兩種來(lái)源不同的DNA用同一種限制酶來(lái)切割，會(huì)怎樣呢？

會(huì)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(lái)，就似乎可以合成重組的DNA分子了。思考?……GAATTC…………CTTAAG…………GAATTC…………CTTAAG……EcoRⅠ……GAATTC…………CTTAAG…………GAATTC…………CTTAAG……不同來(lái)源的DNA片段混合將不同種來(lái)源的DNA片段連接起來(lái)生物A基因片段生物B基因片段……G

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G……酶切二、DNA連接酶——“分子縫合針”①作用:

把切下來(lái)的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來(lái).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(lái)，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)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(lái)，但效率較低T4DNA連接酶③類型：類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)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(diǎn)差別（二）DNA連接酶”——“分子縫合針DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點(diǎn)尋根問(wèn)底DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?1)只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵1)在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接成一條互補(bǔ)的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)，不需要模板Goon三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”⒈載體需要的條件：

⑴有1~多個(gè)限制酶切點(diǎn)

⑵對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害

⑶導(dǎo)入基因能在受體細(xì)胞中復(fù)制、表達(dá)

⑷有某些標(biāo)記基因，便于篩選⒉常用運(yùn)載體：

⑴細(xì)菌的質(zhì)粒

⑵噬菌體或某些動(dòng)植物病毒

⑶假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制或不能轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)基因生物能有預(yù)想的效果嗎？

⑴作為分子運(yùn)輸車——載體，如果沒(méi)有切割位點(diǎn)將會(huì)怎樣？

⑵霍亂菌的質(zhì)粒多個(gè)限制酶切點(diǎn)，你會(huì)用它來(lái)做分子運(yùn)輸車嗎？

⑷目的基因有沒(méi)有進(jìn)入受體細(xì)胞，如何去發(fā)現(xiàn)？

常用的載體：質(zhì)粒能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別Goon27483615Goback3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質(zhì)粒（plasmid），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核染色體DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？不是，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：思考與探究P71）載體DNA必需有一個(gè)或多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。2）載體DNA必需具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。3）載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。5）載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？

迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7什么是內(nèi)含子和外顯子？原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，真核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的.真核生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：“編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的?！币簿褪钦f(shuō)：能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開(kāi)來(lái)，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質(zhì)的序列叫內(nèi)含子。真核基因包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)，編碼區(qū)又分為外顯子和內(nèi)含子,內(nèi)含子不翻譯蛋白質(zhì)。知識(shí)拓展什么是內(nèi)含子和外顯子？

在遺傳學(xué)上通常將能編碼蛋白質(zhì)的基因稱為結(jié)構(gòu)基因。真核生物的結(jié)構(gòu)基因是斷裂的基因。一個(gè)斷裂基因能夠含有若干段編碼序列，這些可以編碼的序列稱為外顯子。在兩個(gè)外顯子之間被一段不編碼的間隔序列隔開(kāi)，這些間隔序列稱為內(nèi)含子。內(nèi)含子（Interveningregion）是一個(gè)基因中非編碼DNA片斷，它分開(kāi)相鄰的外顯子。更精確的定義是：內(nèi)含子是阻斷基因線性表達(dá)的序列。DNA上的內(nèi)含子會(huì)被轉(zhuǎn)錄到前體RNA中，但RNA上的內(nèi)含子會(huì)在RNA離開(kāi)細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)譯前被剪除。在成熟mRNA被保留下來(lái)的基因部分被稱為外顯子。真核生物的基因含有外顯子和內(nèi)含子，是前者區(qū)別原核生物的特征之一。知識(shí)拓展知識(shí)拓展關(guān)于內(nèi)含子和外顯子的說(shuō)法正確的是（）A.內(nèi)含子和外顯子在轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中都能夠