選修三11《DNA重組技術的基本工具》

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1、專題專題1. 基因工程基因工程 1.1 DNA重組技術的基本工具重組技術的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程的發(fā)展史基因工程的發(fā)展史 1.3 基因工程的應用基因工程的應用 1.4 蛋白質工程的崛起蛋白質工程的崛起 科技探索之路科技探索之路 基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程 20世紀中葉，基礎理論取得了重大突破世紀中葉，基礎理論取得了重大突破 1）. DNA是生物遺傳物質的證明是生物遺傳物質的證明 1944年艾弗里年艾弗里(O.Avery)等進行了肺炎雙球等進行了肺炎雙球菌體外轉化實驗菌體外轉化實驗,證明了證明了DNA是生物的

2、遺傳物是生物的遺傳物質質,并且證明了并且證明了DNA可以從一種生物個體可以從一種生物個體轉移轉移到另一種生物個體到另一種生物個體,成為基因工程的先導成為基因工程的先導 2）.DNA雙螺旋結構和中心法則的確立雙螺旋結構和中心法則的確立。 1953年沃森和克里克建立了年沃森和克里克建立了雙螺旋結構模型雙螺旋結構模型,使生使生物學進入物學進入分子水平分子水平。 1958年梅塞爾松和斯塔爾年梅塞爾松和斯塔爾,以大腸桿菌為實驗材料以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素示蹤技術運用同位素示蹤技術,用實驗證明了用實驗證明了DNA的復制是的復制是以半保留方式進行的以半保留方式進行的. 3）.遺傳密碼的破譯遺傳密碼的

3、破譯。 1963年尼倫伯格和馬太做蛋白質體外合成實驗年尼倫伯格和馬太做蛋白質體外合成實驗,破破譯譯編碼氨基酸的編碼氨基酸的遺傳密碼遺傳密碼. 1966年年，霍拉納用實驗證明了霍拉納用實驗證明了遺傳密碼的存在遺傳密碼的存在。 隨后不久隨后不久確立了中心法則確立了中心法則，揭開揭開DNA復制復制，轉錄轉錄和翻譯過程之謎和翻譯過程之謎。 1)基因轉移載體的發(fā)現(xiàn)基因轉移載體的發(fā)現(xiàn) 2) 工具酶的發(fā)現(xiàn)工具酶的發(fā)現(xiàn) 技術發(fā)明命使基因工程的實施成為可能：技術發(fā)明命使基因工程的實施成為可能： 1967年年，羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細菌擬核羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細菌擬核DNA之外之外的的質粒質粒有有自我復制能力自我復制能

4、力,并可在細菌細胞間并可在細菌細胞間轉移轉移，為基因轉移找到一種為基因轉移找到一種運載工具運載工具. 1970年年，阿爾伯阿爾伯、內森斯內森斯、史密斯在細菌中史密斯在細菌中發(fā)現(xiàn)了第發(fā)現(xiàn)了第一個限制性內切酶一個限制性內切酶。 20世紀世紀70年代初相繼發(fā)現(xiàn)了年代初相繼發(fā)現(xiàn)了多種限制酶多種限制酶，轉錄酶轉錄酶，為為DNA的切割的切割，連接以及功能基因的獲得連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件創(chuàng)造了條件。 4) DNA體外重組的實現(xiàn)體外重組的實現(xiàn) 1972年伯格年伯格(P.Berg)首先在首先在體外體外進行了進行了DNA改造的改造的研究研究,成功地構建了成功地構建了第一個人工體外重組第一個人工體外重組D

5、NA分子分子. 3)DNA3)DNA合成和測序技術的發(fā)明合成和測序技術的發(fā)明 1965年年，桑格發(fā)明了桑格發(fā)明了氨基酸序列分析技術氨基酸序列分析技術 1977年年，科學家又發(fā)明了科學家又發(fā)明了DNA序列分析方法序列分析方法 之后之后，DNA合成儀合成儀問世問世。 1973年博耶和科恩使年博耶和科恩使重組重組DNA轉入大腸桿菌中轉入大腸桿菌中,轉錄轉錄出相應的出相應的mRNA,并使并使外源基因外源基因可以在原核細胞中成可以在原核細胞中成功表達功表達,至此表明至此表明基因工程基因工程正式問世正式問世. 1973年稱這“基因工程元年”，年稱這“基因工程元年”， 科恩被稱為基因工程發(fā)展史上的科恩被稱為

6、基因工程發(fā)展史上的創(chuàng)始人創(chuàng)始人 實驗證明了實驗證明了質粒質粒不僅可以作為基因工程的載不僅可以作為基因工程的載體，體，重組重組DNA還可以進入受體細胞，還可以進入受體細胞，外援基因外援基因可可以在原核細胞中成功表達。以在原核細胞中成功表達。 5)重組重組DNA表達實驗的成功表達實驗的成功 1980年第一個轉基因小鼠問世年第一個轉基因小鼠問世 1982年采用顯微注射技術培養(yǎng)目出年采用顯微注射技術培養(yǎng)目出”超級小鼠超級小鼠” 1983年培育出第一例轉基因煙草年培育出第一例轉基因煙草 1988年穆里斯年穆里斯發(fā)明了發(fā)明了PCR技術技術,使基因工程技術得使基因工程技術得到了進一步的發(fā)展和完善到了進一步的

7、發(fā)展和完善.獲獲1993年諾貝爾化學獎年諾貝爾化學獎 1993年中國農(nóng)業(yè)科學院的科學成功之路地培育出抗年中國農(nóng)業(yè)科學院的科學成功之路地培育出抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉 6)第一例轉基因動物問世第一例轉基因動物問世 7)PCR技術的發(fā)明技術的發(fā)明 能否培養(yǎng)出具有抗蟲能否培養(yǎng)出具有抗蟲 性狀的抗蟲棉呢？性狀的抗蟲棉呢？ 胰島素胰島素是治療糖尿病的特效藥是治療糖尿病的特效藥, ,長期以來長期以來只能從豬、牛等動物的胰腺中提取，產(chǎn)量只能從豬、牛等動物的胰腺中提取，產(chǎn)量低成本高。低成本高。 而微生物生長迅速，容易控制。于是科學而微生物生長迅速，容易控制。于是科學家設想，若能將人的胰島素基

8、因導入微生家設想，若能將人的胰島素基因導入微生物體內，并得以表達，就不僅能解決產(chǎn)量物體內，并得以表達，就不僅能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本，使藥品價問題，還能大大降低生產(chǎn)成本，使藥品價格大幅下降。格大幅下降。 能否讓微生物產(chǎn)生出適合能否讓微生物產(chǎn)生出適合人的胰島素等珍貴藥物？人的胰島素等珍貴藥物？ 這些定向改造基因 的設想能實現(xiàn)嗎？ 經(jīng)過多年的努力，科學家經(jīng)過多年的努力，科學家終于終于在在2020世紀世紀7070年代創(chuàng)立了年代創(chuàng)立了可以可以定向改造定向改造生物的新技術生物的新技術 基因工程基因工程 基因工程的產(chǎn)物基因工程的產(chǎn)物 基因工程的概念：基因工程的概念： 基因工程是指按照人們的愿望

9、，進基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過行嚴格的設計，并通過體外體外DNA重重組和轉基因等技術，賦予生物以新的組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在基因工程是在DNA分子水平上分子水平上進行進行設計和施工的，因此又叫做設計和施工的，因此又叫做DNA重重組技術組技術或或基因拼接技術。基因拼接技術。 基因工程的別名基因工程的別名 操作環(huán)境操作環(huán)境 操作對象操作對象 操作水平操作水平 基本過程基本過程 實質實質 結果結果 基因拼接技術或基因拼接技術或DN

10、ADNA重組技術重組技術 生物體外生物體外 基因基因 DNADNA分子水平分子水平 剪切剪切 拼接拼接 導入導入 表達表達 基因重組基因重組 基因工程的概念基因工程的概念 定向地改造生物的遺傳性狀，定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得人類所需要的品種。 普通棉花普通棉花 抗蟲棉抗蟲棉 基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：基因工程培育抗蟲棉的簡要過程： 普通棉花普通棉花( (無抗蟲特性無抗蟲特性) ) 蘇云金芽孢桿菌蘇云金芽孢桿菌 提取提取 抗蟲基因抗蟲基因 與運載體與運載體DNA拼接拼接 導入導入 棉花細胞棉花細胞( (含抗蟲基因含抗蟲基因) ) 轉基因棉花植株轉基因棉花植株(有抗蟲

11、特性有抗蟲特性) 上述培育抗蟲棉的關鍵步驟是什么？上述培育抗蟲棉的關鍵步驟是什么？ 解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？ “分子手術刀”分子手術刀” 限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶 關鍵步驟一：關鍵步驟一： 從蘇云金芽孢桿菌細胞內提從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來抗蟲基因取出來抗蟲基因 關鍵步驟二：關鍵步驟二： 抗蟲基因與棉花抗蟲基因與棉花DNA“縫合”縫合” 關鍵步驟三：關鍵步驟三： 抗蟲基因進入棉花細胞抗蟲基因進入棉花細胞 “分子縫合針”分子縫合針” DNADNA連接酶連接酶 “分子運輸車”分子運輸車” 運載體運載體 1 .1、DNADNA重組技術重

12、組技術的基本工具的基本工具 “分子手術刀”分子手術刀”- “分子縫合針”分子縫合針”- “分子運輸車”分子運輸車”- 限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶 DNADNA連接酶連接酶 運運載體載體 專一性，專一性，識別雙鏈識別雙鏈DNA 分子的某種分子的某種特定特定的核苷酸序列的核苷酸序列，并且使每一條鏈中，并且使每一條鏈中特定特定部部位的兩個核苷酸之間的位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵斷開。斷開。 主要是從主要是從原核生物原核生物中分離純化出來的一中分離純化出來的一種酶。種酶。 約約4000種。種。 1、來源：、來源： 2、種類：、種類： 3、特點：、特點： 5、結果：、結果： 形成兩種末

13、端形成兩種末端 一、一、 “分子手術刀”“分子手術刀” 限制性核酸內切限制性核酸內切酶酶 粘性末端粘性末端 平末端平末端 切割切割DNA 4、作用：、作用： 原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵的入侵，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限限制酶制酶就是細菌的一種就是細菌的一種防御性工具防御性工具，當外源，當外源DNA侵入時，會利用限制酶侵入時，會利用限制酶將外源將外源DNA切割切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物

14、中主要起到核生物中主要起到切割外源切割外源DNA、使之失效使之失效，從而達到從而達到保護自身保護自身的目的的目的。 限制酶在原核生物中的作用：限制酶在原核生物中的作用： 尋根問底尋根問底(P4) 你能推測限制酶存在于原核你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？生物中的作用是是什么嗎？ 限制酶的識別特點限制酶的識別特點 以中軸線雙側的以中軸線雙側的DNA上堿基呈上堿基呈反向對稱反向對稱， 重復排列重復排列 如：如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCC EcoR （在（在G與與A之間切割）之間切割） Sma （在（在G與與C之間切割）之間切割） Hind （在（在

15、A與與A之間切割）之間切割） G A A T T C C T T A A G C C C G G G G G G C C C A A G C T T T T C G A A 中軸線中軸線 （專一性）（專一性） 大腸桿菌的一種限制酶（大腸桿菌的一種限制酶（EcoREcoR)能識別能識別GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之間之間切開形成黏性末端。切開形成黏性末端。 SmaSma能識別能識別CCCGGGCCCGGG序列，并序列，并在在C C和和G G之間切割形成平末端之間切割形成平末端 。 EcoR 黏性末端黏性末端 黏性末端黏性末端 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？ 被限

16、制酶切開的被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，兩條單鏈的切口，帶有幾個帶有幾個伸出的核苷酸伸出的核苷酸，它們之間正好，它們之間正好互互補配對補配對，這樣的切口叫，這樣的切口叫黏性末端黏性末端。 Sma 平末端平末端 平末端平末端 什么叫平末端？什么叫平末端？ 當限制酶當限制酶從識別序列的從識別序列的中心軸線處中心軸線處切開時，切開時，切開的切開的DNADNA兩條單鏈的切口，是兩條單鏈的切口，是平整的平整的，這樣的切口叫，這樣的切口叫平末端平末端。 思考與探究思考與探究 P7 為什么限制酶不剪切細菌本身的為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？ 通過長期的進化，含有某種限制酶的通過長期的進化，含有某

17、種限制酶的細胞，其細胞，其DNADNA分子中或者分子中或者不具備不具備這種限制這種限制酶的酶的識別切割序列識別切割序列，或者通過甲基化酶，或者通過甲基化酶將將甲基轉移甲基轉移到所到所識別序列識別序列的堿基上，使的堿基上，使限制限制酶不能將其切開酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的某種限制酶也不會使自身的DNADNA被切斷，被切斷，并且可以防止外源并且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 3、特點、特點: 4、作用：、作用： 5、結果：、結果： 1、簡稱：、簡稱： 2、分布：、分布： 工具工具1：限制性核酸內切酶：限制性核酸內切酶 主要在主要在原

18、核生物原核生物中中 限制酶限制酶 識別特定核苷酸列識別特定核苷酸列, 切割特定切點切割特定切點 （專一性）（專一性） 切割切割DNA 產(chǎn)生黏性未端或平末端產(chǎn)生黏性未端或平末端 要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性(平平)末端？末端？ 要切要切兩個兩個切口，產(chǎn)生切口，產(chǎn)生四個四個黏性黏性(平平)末端。末端。 如果把兩種來源不同的如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？來切割，會怎樣呢？ 會產(chǎn)生會產(chǎn)生相同的黏性相同的黏性(平平)末端末端，然后讓兩，然后讓兩者的黏性者的黏性

19、(平平)末端末端黏合黏合起來，就似乎可以合起來，就似乎可以合成重組的成重組的DNA分子了。分子了。 思考思考? ? Go back GAATTCGAATTC CTTAAGCTTAAG GAATTCGAATTC CTTAAGCTTAAG EcoR G GAATTCAATTC CTTAACTTAAG G G GAATTCAATTC CTTAACTTAAG G 不同來源的不同來源的DNA片段混合片段混合 將不同種來源的將不同種來源的DNA片段連接起來片段連接起來 生物生物A基因片段基因片段 生物生物B基因片段基因片段 G G AATTCAATTC CTTAACTTAA G G G G AATTCAA

20、TTC CTTAACTTAA G G 酶切酶切 基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶 G A A T T C C T T A A G G A A T T C C T T A A G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G 用同種限制酶切割用同種限制酶切割 二、二、 “分子縫合針”“分子縫合針” DNA連接酶連接酶 作用作用把把2個個DNA片段末端之間的片段末端之間的 縫隙“縫合”起來?？p隙“縫合”起來。 G A A T T C C T T A A G 即脫氧核糖、即脫氧核糖、 磷酸基之

21、間的連接磷酸基之間的連接 G P A P 限制酶切割后有兩種不同的結果，一限制酶切割后有兩種不同的結果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復它們的連接時，所用恢復它們的連接時，所用DNA連接酶是否連接酶是否一樣呢？一樣呢？ DNA連接酶的種類：連接酶的種類： E.coliDNAE.coliDNA連接酶：連接酶：只連接黏性末端只連接黏性末端 T T4 4DNADNA連接酶：連接酶：連接黏性末端和平末端連接黏性末端和平末端 大腸桿菌大腸桿菌 T4噬菌體噬菌體 可把黏性末端之間的可把黏性末端之間的縫隙“縫合”縫隙“縫合”起來，起來， 即即恢復被限制酶切開的兩

22、個核苷酸之間的磷酸二酯鍵恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 E coliDNA連接酶連接酶 T T4 4DNADNA連接酶連接酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA連接酶連接酶 用途用途 尋根問底尋根問底 (P6) DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶聚合酶是一回事嗎是一回事嗎?為什么為什么? 將將單個核苷酸單個核苷酸連接到連接到已有的核酸片段上，已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵 在在兩個兩個DNADNA片段之片段之間間形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵 作用作用 對象對象 DNA復制復制 基因重租基因重租 DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶比較：聚合酶比較： 鏈條數(shù)鏈條數(shù)

23、 單鏈單鏈 雙鏈雙鏈 3、類型類型 E coli DNA 連接酶連接酶 來源：大腸桿菌來源：大腸桿菌 作用特點：只連接作用特點：只連接黏性末端黏性末端 T 4 DNA 連接酶連接酶 來源：來源： T 4 噬菌體噬菌體 作用特點：連接作用特點：連接黏性末端和平末端黏性末端和平末端 2、作用原理：、作用原理： 催化催化磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵形成形成 1、作用、作用: ： 工具工具2： DNA連接酶連接酶 把把DNA片段片段拼接成新的拼接成新的DNA， 4、 DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶比較聚合酶比較 例例.限制酶在限制酶在DNA的任何部位都能將的任何部位都能將DNA切開嗎？以切開嗎？以下是四種

24、不同限制酶切割形成的下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段片段:你是否能用你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？連接酶將它們連接起來？ CTGCA G AC TG CG GC G CTTAA G ACGTC GC CG GT CA AATTC G 和能連接形成和能連接形成 AC TG GT CA 和能連接形成和能連接形成 G CTTAA AATTC G CG GC GC CG 和能連接形成和能連接形成 和能連接形成和能連接形成 CTGCA G G ACGTC 反向對稱反向對稱 DNA連接酶有連接單鏈連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？的本領嗎？ 迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶連接

25、酶都都不具有不具有連接單鏈連接單鏈DNA的能力，至于的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。的酶。 思考與探究思考與探究 P7 要讓一個從甲生物細胞內取出來的基因在要讓一個從甲生物細胞內取出來的基因在乙生物體內進行表達，首先得將這個基因送乙生物體內進行表達，首先得將這個基因送到乙生物的細胞內去！到乙生物的細胞內去！能將外源基因送入受能將外源基因送入受體細胞的工具體細胞的工具就是就是載體載體。 基因工程的載體來源基因工程的載體來源： 作為基因工程的載體需要怎樣的條件呢？作為基因工程的載體需要怎樣的條件呢？ 質粒質粒、噬菌

26、體噬菌體、動植物病毒動植物病毒 作用：作用：將重組基因導入受體細胞將重組基因導入受體細胞 三、三、 “分子運輸車分子運輸車” 基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體 議一議議一議 2 2、能否用、能否用SARSSARS病毒作為基因載體？病毒作為基因載體？ 3 3、作為載體，若沒有切割位點將怎樣？、作為載體，若沒有切割位點將怎樣？ 4、攜帶目的基因的載體是否進入了受體細胞，、攜帶目的基因的載體是否進入了受體細胞，如何鑒定？如何鑒定？ 5、假如目的基因導入受體細胞后不能復制，假如目的基因導入受體細胞后不能復制，將怎樣？將怎樣？ 1、從化學組成來看，載體應含有什么成分？、從化學組成來看，載體應

27、含有什么成分？ 雙鏈雙鏈DNADNA 不能不能 不能進行不能進行DNADNA的重組的重組 載體上應有標記基因載體上應有標記基因 可能造成基因丟失可能造成基因丟失 1、載體必須具備的條件：載體必須具備的條件： 能夠在宿主細胞中能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存復制并穩(wěn)定地保存； 具有一至多個具有一至多個限制酶切點限制酶切點，以便與，以便與 外源基因連接外源基因連接 具有某些具有某些標記基因標記基因，便于進行篩選。，便于進行篩選。 如：抗菌素的如：抗菌素的抗性抗性基因、基因、 產(chǎn)物具有產(chǎn)物具有顏色反應顏色反應的基因等。的基因等。 對受體細胞對受體細胞無害無害 2、常用的載體：、常用的載體： 質粒，質

28、粒， 噬菌體的衍生物，噬菌體的衍生物， 動植物病毒等動植物病毒等 認識常用的載體認識常用的載體質粒 質粒是基因工程常用的載體，一種裸露的、結構簡單、獨立于染色體或細菌擬核之外，能自我復制的小型環(huán)狀雙鏈DNADNA分子，對宿主細胞沒有影響，主要存在于細菌和酵母菌體內。其中最常用的是大腸桿菌質粒。 能能復制復制并帶著并帶著插入的目的基插入的目的基因一起復制因一起復制 有有切割位點切割位點 有有標記基因標記基因 3、質粒、質粒 本質：本質：小型小型環(huán)狀環(huán)狀DNADNA分子分子。 分布：分布：許多細菌、許多細菌、 酵母菌等生物酵母菌等生物 質粒的特點：質粒的特點： 1 1、細胞染色體細胞染色體（或擬核

29、或擬核DNADNA分子分子）外能外能自主復制的自主復制的小型環(huán)狀小型環(huán)狀DNADNA分子；分子； 2 2、質粒的存在對宿主細胞無影響；質粒的存在對宿主細胞無影響； 3 3、質粒的復制只能在宿主細胞內完成質粒的復制只能在宿主細胞內完成。 1 1、能自我復制、能自我復制 2 2、具有一個或多個限制酶切點、具有一個或多個限制酶切點 3 3、具有遺傳標記基因、具有遺傳標記基因 4 4、對受體細胞無害、易分離、對受體細胞無害、易分離 5 5、大小適合，便于操作、大小適合，便于操作 質粒作為運載體的條件質粒作為運載體的條件： 在進行基因工程操作中在進行基因工程操作中,真正被用作載真正被用作載體的質粒都是在

30、體的質粒都是在天然質粒的基礎上天然質粒的基礎上進行過進行過人工改造人工改造的。的。 工具工具3 3：運載體：運載體 1 1、需要的條件、需要的條件： 有1多個限制酶切點 能在受體細胞中自我復制，或整合到受體細胞的 染色體DNA上復制 有某些標記基因，便于篩選 對受體細胞無害 2 2、常用運載體、常用運載體： 質粒、噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物或某些動植物病毒 3、質粒：小型小型環(huán)狀環(huán)狀DNA分子分子。 天然的天然的DNA分子可以直接用做分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？基因工程載體嗎？為什么？ 不可以，作為基因工程使用的載體不可以，作為基因工程使用的載體必需滿足一定條件必需滿足一定條件,

31、且且都都要進行人工要進行人工改改造后造后才能用于基因工程操作。才能用于基因工程操作。 思考與探究思考與探究 P7 原核生物很容易受到自然界中外源原核生物很容易受到自然界中外源DNADNA的入侵，的入侵， 但是長期的進化過程中，這些原核生物卻沒有因為但是長期的進化過程中，這些原核生物卻沒有因為 外源外源DNADNA的入侵而滅絕。的入侵而滅絕。 根據(jù)我們剛剛掌握的知識，你能推測這其中的根據(jù)我們剛剛掌握的知識，你能推測這其中的 原因嗎？原因嗎？ 原核生物細胞中的原核生物細胞中的限制酶會將外源限制酶會將外源DNADNA切割掉切割掉，使之失效，以保證自身的安全，使之失效，以保證自身的安全，但是不會切割自

32、身但是不會切割自身的的DNADNA，這是原核生物在長期進化過程中形成的一，這是原核生物在長期進化過程中形成的一套防御機制。套防御機制。 尋根問底尋根問底： 課本知識回顧課本知識回顧 基因工程又叫做基因工程又叫做 或或 。通俗地說，就。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物是按照人們的意愿，把一種生物的某種的某種 提取出來，加提取出來，加以以 ， 然后放到另一種生物的細胞里，然后放到另一種生物的細胞里， 改造生物的遺傳性狀。改造生物的遺傳性狀。 基因拼接技術基因拼接技術 DNA重組技術重組技術 基因基因 修飾改造修飾改造 定向地定向地 DNA 重組技術的基本工具重組技術的基本工具 “分子手術刀

33、”分子手術刀” “分子縫合針”分子縫合針” “分子運輸車”分子運輸車” 限制（性核酸內切）酶限制（性核酸內切）酶 DNA連接酶連接酶 基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體 限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶 主要是從主要是從 的一種酶。的一種酶。 識別雙鏈識別雙鏈DNA 分子的某種分子的某種 ，并且使每一條鏈中并且使每一條鏈中特定部位特定部位的兩個核苷酸之間的兩個核苷酸之間的的 斷開。斷開。 形成兩種末端形成兩種末端 原核生物中分離純化出來原核生物中分離純化出來 特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 粘性末端粘性末端 平末端平末端 “分子縫合針”分子縫合針” DNA連接

34、酶連接酶 1、種類：、種類： 2、作用部位：、作用部位： 兩類兩類 連接黏性末端連接黏性末端 E coli DNA連接酶連接酶 T4 DNA連接酶連接酶 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 連接黏性末端和平末端連接黏性末端和平末端 基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體 通常有三種通常有三種: 作為載體的條件：作為載體的條件： 在進行基因工程操作中在進行基因工程操作中,真正被用作載體的質粒都是真正被用作載體的質粒都是在在 質粒質粒 噬菌體衍生物噬菌體衍生物 動植物病毒動植物病毒 天然質粒天然質粒 人工改造人工改造 的的 能自我復制；有切割位點；能自我復制；有切割位點； 有遺傳標記基因；對受體細胞無害、

35、易分離有遺傳標記基因；對受體細胞無害、易分離 基礎上進行過基礎上進行過 2和7能連接形成ACGT TGCA； 4和8能連接形成GAATTC CTTAAG； 3和6能連接形成GCGC CGCG； 1和5能連接形成CTGCAG GACGTC。 教材教材P7思考與探究思考與探究 1 1、在基因工程中，切割運載體和含有、在基因工程中，切割運載體和含有目的基因的目的基因的DNA片段，需使用（片段，需使用（ ） A. 同種限制酶同種限制酶 B. B. 兩種限制酶兩種限制酶 C. 同種連接酶同種連接酶 D. D. 兩種連接酶兩種連接酶 反饋練習：反饋練習： 2、不屬于質粒被選為基因運載體的理由是不屬于質粒被

36、選為基因運載體的理由是 A、能復制能復制 （ ） B、有多個限制酶切點有多個限制酶切點 C、具有標記基因具有標記基因 D、它是環(huán)狀它是環(huán)狀DNA 3 3、下列不適合用于基因工程的運載體、下列不適合用于基因工程的運載體 是（是（ ） A A、質粒、質粒 B B、噬菌體、噬菌體 C C、細菌、細菌 D D、病毒、病毒 4、下列說法正確的是、下列說法正確的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC堿基堿基序列序列 B、質粒是基因工程中唯一的運載體、質粒是基因工程中唯一的運載體 C、重組技術所用的工具酶是限制酶、重組技術所用的工具酶是限制酶、 連接酶、運載體連接酶、運載體

37、D、利用運載體在宿主細胞內對目的基、利用運載體在宿主細胞內對目的基因進行大量復制的過程可稱為“克隆”因進行大量復制的過程可稱為“克隆” 5. 基因工程是在基因工程是在DNA分子水平上進行設計施分子水平上進行設計施工的工的。在基因操作的基本步驟中在基因操作的基本步驟中，不進行堿不進行堿基互補配對的步驟是基互補配對的步驟是 （ ） A、人工合成目的基因人工合成目的基因 B、目的基因與運載體結合目的基因與運載體結合 C、將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞 D、目的基因的檢測和表達目的基因的檢測和表達 6 6、關于限制酶的說法中，正確的（、關于限制酶的說法中，正確的（ ） A A、限制酶是一

38、種酶，只識別、限制酶是一種酶，只識別GAATTCGAATTC堿基堿基序列序列 B B、EcoRIEcoRI切割的是切割的是G GA A之間的氫鍵之間的氫鍵 C C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNADNA分子，只分子，只切割外源切割外源DNADNA D D限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中 7. （多選）（多選）有關基因工程的敘述中，錯誤的有關基因工程的敘述中，錯誤的是（是（ ） A A、基因工程技術能定向地改造生物的遺、基因工程技術能定向地改造生物的遺傳傳 性狀，培育生物新品種性狀，培育生物新品種 B B、重組、重組DNADNA的形成在細胞內完成的形成在細胞內完成

39、 C C、目的基因須由運載體導入受體細胞、目的基因須由運載體導入受體細胞 D D、質粒都可作為運載體、質粒都可作為運載體 BD 8.下列四條下列四條DNA分子，彼此間具有粘性末端的分子，彼此間具有粘性末端的一組是（一組是（ ） A B C D 9、以下是兩種限制酶切割后形成的、以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，試分析：片段，試分析： GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中和其中和 是由一種限制酶切割形成的是由一種限制酶切割形成的 末端，兩者要重組成一個末端，兩者要重組成一個DNA 分子，所用分子，所用DNA連接連接酶通常是酶通常是 。 （2） 和和 是由另一種限制酶切割形成的是由另一種限制酶切割形成的 末端，兩者要形成重組末端，兩者要形成重組DNA片段，所用的連接酶通常片段，所用的連接酶通常是是 。 反饋練習：反饋練習：