生物 1 基因工程 新人教版选修3.ppt

基因工程基因工程专题1烟草据据WTOWTO调查：调查：20042004年全世界年全世界因狂犬病致死人数约因狂犬病致死人数约5.55.5万人万人中国卫生部通报：中国卫生部通报：20042004年年月，狂犬病列法定报告传染病月，狂犬病列法定报告传染病死亡数之首。死亡数之首。发病死亡率近发病死亡率近100%100%能产生狂犬病抗体蛋白的转基因每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药 据WTO调查：20052005年全世界约有糖尿病患者年全世界约有糖尿病患者1.81.8亿亿人，我国约人，我国约60006000万。胰岛素胰岛素思考：转基因技术实现了：转基因技术实现了一种生物一种生物的某些的某些性状性状在在另一种生物另一种生物中中表达表达。这些性状的表达与我们学。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？过的基因的什么过程有关？密码子在生物界是的！密码子在生物界是的！DNA(DNA(基因基因)mRNA mRNA 蛋白质蛋白质(性状性状)转录转录翻译翻译通用定向基因改造设想 设想设想一一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蚕丝蚕丝？设想设想二二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？珍贵的药物？设想设想三三基因工程的产物什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通过体外体外DNADNA重组重组和转基因技术转基因技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程的概念基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的新生物类型和产品剪切 拼接 导入 表达早早期期基基础础理理论论1859年达尔文提出生物进化论1900年孟德尔基因分离定律和自由组合定律的再度提出早早期期基基础础理理论论1910年摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律早早期期基基础础理理论论 1944年艾弗里证明DNA是遗传物质DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体后后期期基基础础理理论论 1953年沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型后后期期基基础础理理论论1958年梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制后后期期基基础础理理论论1958年克里克等提出中心法则后后期期基基础础理理论论转录转录翻译翻译逆转录逆转录1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的 遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。后后期期基基础础理理论论技技术术发发明明1967年基因转移载体的发现1970年工具酶的发现1965年氨基酸测序和1977年DNA测序技术的发明1972年DNA体外重组的实现1973年重组DNA表达实验的成功1980年第一例转基因动物和1983年第一例转基因 植物问世1988年PCR技术的发明专题一专题一 基因工程基因工程(gene engineering)1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞(不能抗虫不能抗虫)抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因转基因抗虫棉转基因抗虫棉转基因抗虫棉转基因抗虫棉(能抗虫能抗虫)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌项 目内 容来源种类及命名识别序列数目作用特点作用结果主要主要来源于原核生物原核生物命名：命名：属名头字母（大写）+种名头2字母 +菌株名（通常省略）+罗马数字 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子。大多数大多数限制酶的识别序列由由 个核苷酸组成个核苷酸组成少数少数的识别序列由由 个核苷酸组成个核苷酸组成6 64 4、5 5或或8 8产生黏性末端或平末端种类：种类：现已从300微生物中分离出约约4000种种限制酶作用作用1、识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列特定核苷酸序列2、在特定序列的特定位点特定序列的特定位点上切割DNA 断开两个核苷酸之间的磷酸二酯键。一、基因工程的基本工具一、基因工程的基本工具1 1、限制（性核酸内切）酶、限制（性核酸内切）酶、限制（性核酸内切）酶、限制（性核酸内切）酶12345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构 G1234512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯键键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键3525仔细观察各限制酶仔细观察各限制酶 识别的特定序列有识别的特定序列有何何 特点？特点？限制酶的识别序列限制酶的识别序列限制酶所识别的序列的特点是：限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是呈现碱基互补对称，无论是6个个碱基还是碱基还是4个碱基，都可以找到个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的一条中心轴线，中轴线两侧的双链双链DNA上的碱基是上的碱基是反向对称反向对称重复重复排列的排列的，称为，称为回文序列回文序列中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G与C之间切割平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端SmaISmaI限制酶的切割限制酶的切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端平末端。CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因为什么限制酶主要是在原核生物中提取的？你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。如果把两种来源不同的DNA用同种限制酶来切割，会怎样？会产生相同的黏性(平)末端如果把具有相同黏性(平)末端的DNA连接起来，又会怎样呢？得到重组DNA项目内容种类(比较)作用对象原理结果E.coli DNA连接酶T4 DNA连接酶只作用于 末端主要作用于 末端，还可作用于 末端DNA片段形成磷酸二酯键黏性平黏性通过形成新的磷酸二酯键，而将两条DNA的“扶手缝隙”连接起来，形成重组DNA把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯键DNADNA连接酶的作用连接酶的作用两两DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNADNA中的中的DNADNA单链缺口，单链缺口，但不能连接单链但不能连接单链DNADNA！DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶区别区别1 1区别区别2 2相同点相同点寻根问底DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸将单个核苷酸通过磷酸二酯键二酯键连接成一条互补的DNA链2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板载体的作用载体的作用载体的必载体的必要条件要条件载体的种类载体的种类阅读课本第阅读课本第6页页“分子运输车分子运输车”运载体运载体的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习1 1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制复制复制并稳定地并稳定地并稳定地并稳定地保存保存保存保存。2 2）具多个）具多个）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点限制酶切点限制酶切点，以便与外源基因连接以便与外源基因连接以便与外源基因连接以便与外源基因连接。3 3）具有某些）具有某些）具有某些）具有某些标记基因标记基因标记基因标记基因，便于进行，便于进行，便于进行，便于进行鉴定和选择鉴定和选择鉴定和选择鉴定和选择。4 4）必须是）必须是）必须是）必须是安安安安全全全全的的的的 ，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞，对受体细胞无害无害无害无害。5 5）载体）载体）载体）载体DNA DNA 分子应分子应分子应分子应大小适中大小适中大小适中大小适中，以便于，以便于，以便于，以便于提取和操作提取和操作提取和操作提取和操作1 1）作为）作为）作为）作为运载工具运载工具运载工具运载工具，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中2 2）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行大量复制大量复制大量复制大量复制细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物、动植物病毒等。、动植物病毒等。项目内容作用具备条件种类质粒将外源基因送入受体细胞 具有特殊的标记基因，便于进行筛选；质粒、噬菌体和动植物病毒存在于细菌及酵母菌等微生物中，核DNA以外能自我复制的小型环状DNA分子对受体细胞无害具有多个限制酶切点，以便与外源基因插入其中；能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；载体能对受体细胞有害吗？载体怎样才能具有能连接不同目的基因的潜能呢？目的基因怎样才能在受体细胞分裂时不被丢失从而稳定地存在于子细胞内，同时获得更多所需要的产品呢？目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，现在还不清楚原因，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？不是的。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备所需的4个条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。基因工程三工具基因工程三工具分子手术刀限制（性内切）酶分子缝合针DNA连接酶分子运输车质粒、病毒等基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体E EcocoR RS Smama粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）大肠杆菌（Escherichia coli R）流感嗜血杆菌的d菌株(Haemophilus influenzae d)先后分离到3种限制酶，则分别命名为：HindHind、Hind Hind、Hind Hind 如限制酶EcoRIEcoRI只能识别GAATTC的序列，并在G和A之间切开。扶手扶手踏板(磷酸二酯键)(磷酸二酯键)(氢键)限制酶所识别的序列，无论是6个还是4个碱基，都可以找到一条对称线，由于有一条DNA链上的碱基是对称互补的，从而使两条DNA链上的碱基是反向重复、对称排列的。想一想限制酶所识别的序列有什么特点？比较DNA连接酶DNA聚合酶不同点连接的DNA 链 链模板连接的对象相同点作用实质形成 键单双不要要2个DNA片段单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上磷酸二酯