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1、專題1 基因工程 題圖：題圖： 科技探索之路：科技探索之路： 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 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專題1 基因工程 從題圖中可以看出：從題圖中可以看出： 1.沃森和克里克對沃森和克里克對 結構的重大發(fā)現(xiàn)和隨后的技術創(chuàng)新結構的重大發(fā)現(xiàn)和隨后的技術創(chuàng)新孕育了基因工程。孕育了基因工程。 2.在復制的在復制的DNA雙螺旋結構上展示的雙螺旋結構上展示的 工程菌、牛、羊、工程菌、牛、羊、魚、番茄、甜椒、牽?；ǖ?，代表了基因工程三個重要方面魚、番茄、甜椒、牽?；?/p>
2、等，代表了基因工程三個重要方面的研究成果：轉基因的研究成果：轉基因微生物微生物、轉基因、轉基因 和轉基因和轉基因 。 綜上所述，基因工程的主題：基因工程是按照人們的愿望，綜上所述，基因工程的主題：基因工程是按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。型和生物產品。專題1 基因工程 從科技探索之路中可以看出：從科技探索之路中可以看出： 說明沒有說明沒有 的研究成果，沒有的研究成果，沒有 的創(chuàng)新發(fā)明，基因工的
3、創(chuàng)新發(fā)明，基因工程不可能誕生，也不可能迅速崛起。程不可能誕生，也不可能迅速崛起。 閱讀選修閱讀選修3現(xiàn)代生物科技專題，找出現(xiàn)代生物現(xiàn)代生物科技專題，找出現(xiàn)代生物科技包括哪些工程？科技包括哪些工程？1.1 DNA重組技術的基本工具 一、教學目標：一、教學目標： 1.簡述簡述DNA重組技術所需三種基本工具的作用。重組技術所需三種基本工具的作用。 2.認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術創(chuàng)新。認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術創(chuàng)新。 二、教學重點：二、教學重點： DNA重組技術所需的三種基本工具的作用。重組技術所需的三種基本工具的作用。 三、教學難點：三、教學難點： 基因工程載體需
4、要具備的條件?；蚬こ梯d體需要具備的條件。一、自學導引： 閱讀課本閱讀課本P4P4P7P7，完成優(yōu)化設計的自學導引。完成優(yōu)化設計的自學導引。 二、基因工程的原理：二、基因工程的原理： 1.1.概念：概念： 2.2.基因工程又叫基因工程又叫DNADNA重組技術。重組技術。 3.3.過程：這種技術是在生物體過程：這種技術是在生物體 ，通過對，通過對 分子進行人分子進行人工工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，對生物的基因進行，對生物的基因進行 和重新組合，和重新組合，然后導入受體細胞內，進行然后導入受體細胞內，進行 繁殖，使重組基因在受體細繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，非姐妹染色單體間的交叉互換。胞
5、內表達，非姐妹染色單體間的交叉互換。二、基礎知識： 4.基因工程的特點：基因工程的特點： 1）它是一種按照人們意愿，定向改造生物遺傳特性的技術。）它是一種按照人們意愿，定向改造生物遺傳特性的技術。 2）在）在DNA分子水平上進行操作。分子水平上進行操作。 3）是在體外進行的人為的基因重組。）是在體外進行的人為的基因重組。 4）一旦成功，便可遺傳。）一旦成功，便可遺傳。 5）主要技術是體外）主要技術是體外DNA重組技術和轉基因技術。重組技術和轉基因技術。三、DNA重組技術的基本工具： 1.限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶-“分子手術刀分子手術刀”： (1)(1)來源：來源： （2）特點：）特點：
6、 （3）切割后的形式：）切割后的形式：2種種 分別為：黏性末端和平末端分別為：黏性末端和平末端 注：限制性酶是一大類酶，不是一種酶。注：限制性酶是一大類酶，不是一種酶。 限制酶大多可以專一性識別雙鏈限制酶大多可以專一性識別雙鏈DNA分子上的某種特定核分子上的某種特定核苷酸序列，限制酶所識別的序列，無論是苷酸序列，限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是個堿基還是4個個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱，重復排列的。上的堿基是反向對稱，重復排列的。實例 1： 1、下列關于限制酶的說法正確的是（、下列關于限制酶的說法正
7、確的是（ ） A.限制酶廣泛存在于各種生物中，但微生物中少限制酶廣泛存在于各種生物中，但微生物中少 B.一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 C.不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNA后都會形成黏性末端后都會形成黏性末端 D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氫鍵限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氫鍵（四）DNA連接酶“分子縫合針” 1.作用：作用： 2.種類種類：（：（1）EcoliDNA連接酶連接酶 （2）T4DNA連接酶連接酶 3.實例實例2、見課本、見課本P5，圖，圖1-4，回答下列問題：，回答下列問題： （1）EcoR I是一種是一種 酶，其識
8、別序列是酶，其識別序列是 ，切割位點，切割位點是是 與與 之間的之間的 鍵。切割結果產生的鍵。切割結果產生的DNA片段末片段末端形式為端形式為 。 （2）不同來源）不同來源DNA 片段結合，在這里需要的酶應是片段結合，在這里需要的酶應是 連接酶，此酶的作用是在連接酶，此酶的作用是在 與與 之間形成之間形成 鍵而起鍵而起“縫合縫合”作用的。還有一種連接平末端的連接酶是作用的。還有一種連接平末端的連接酶是 。（五）基因進入受體細胞的載體“分子運輸車” 1.使用載體的目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉使用載體的目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉移到宿主細胞中；二是利用它在宿主細胞內進行大
9、量的復制。移到宿主細胞中；二是利用它在宿主細胞內進行大量的復制。 2.載體的種類：（載體的種類：（1）質粒）質粒 （2）噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物 （3 3）某些動植物病毒）某些動植物病毒3.作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件： 1）載體）載體DNA 必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處因可以插入到載體上。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，才不至于因的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，才不至于因目的基因的插入而失活。目的基因
10、的插入而失活。 2）載體）載體DNA 必須具備自我復制能力，或整合到受體染色體必須具備自我復制能力，或整合到受體染色體DNA 上，隨染色體上，隨染色體DNA 的復制而同步復制。的復制而同步復制。 3）載體）載體DNA必須有標記基因，以便重組后進行篩選。必須有標記基因，以便重組后進行篩選。 4）載體）載體DNA 必須是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入必須是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。到除受體細胞外的其他生物細胞中去。 5）載體）載體DNA分子大小應適合，以便提取和體外操作。分子大小應適合，以便提取和體外操作。（六）模擬操作：重組DNA分子的模擬操
11、作 注意：這兩條注意：這兩條DNA分子的堿基對不是隨意亂寫的。分子的堿基對不是隨意亂寫的。 首先，每個首先，每個DNA分子上的兩條鏈上的堿基要互補配對；分子上的兩條鏈上的堿基要互補配對； 第二，每個第二，每個DNA分子中每條鏈都存在一個分子中每條鏈都存在一個G-A-A-T-T-C的的堿基序列，也就是說是堿基序列，也就是說是EcoRI限制酶的識別位點，并存在限制酶的識別位點，并存在G-A的切割位點。的切割位點。 以下是兩種限制酶切割后形成的DNA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
12、要重末端，兩者要重組成一個組成一個DNA 分子，所用分子，所用DNA連接酶通常是連接酶通常是 。 （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，兩者要形末端，兩者要形成重組成重組DNA片段，所用的連接酶通常是片段，所用的連接酶通常是 。實例3，本節(jié)內容小結： 1.知識梳理：知識梳理： DNA重組技術的基本工具：重組技術的基本工具： 限制酶（分子手術刀）：識別特定的核苷酸序列并切割兩限制酶（分子手術刀）：識別特定的核苷酸序列并切割兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵；核苷酸之間的磷酸二酯鍵； DNA連接酶（分子縫合針）：連接兩核苷酸之間的磷酸二連接酶（分子縫合針）：連接兩核苷酸之
13、間的磷酸二酯鍵；酯鍵； 基因進入受體細胞的載體（分子運輸車）：最常用的是細基因進入受體細胞的載體（分子運輸車）：最常用的是細菌質粒，還有菌質粒，還有噬菌體的衍生物、動植物病毒等。噬菌體的衍生物、動植物病毒等。2.方法、技巧、規(guī)律總結： 限制酶切割的是磷酸二酯鍵，而限制酶切割的是磷酸二酯鍵，而DNA連接酶連接的正是兩個連接酶連接的正是兩個斷開此鍵的斷開此鍵的DNA片段。片段?！胺肿舆\輸車分子運輸車”是目的基因進入受體是目的基因進入受體細胞的載體，它具有的若干特點是基因工程鑒定、選擇、表細胞的載體，它具有的若干特點是基因工程鑒定、選擇、表達的關鍵，可以說，沒有它，目的基因即使進入受體細胞，達的關鍵
14、，可以說，沒有它，目的基因即使進入受體細胞，也難以穩(wěn)定保存，更談不上復制和表達。也難以穩(wěn)定保存，更談不上復制和表達。 3.思維誤區(qū)提示：思維誤區(qū)提示： DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶根本不是同類酶，其功能特點大不聚合酶根本不是同類酶，其功能特點大不相同，注意其區(qū)別。相同，注意其區(qū)別。4.DNA連接酶和 DNA聚合酶的異同： 基因工程中所用的連接酶有兩種：從大腸桿菌中分離得到的基因工程中所用的連接酶有兩種：從大腸桿菌中分離得到的Ecoli連接酶、從連接酶、從T4噬菌體中分離得到的噬菌體中分離得到的T4連接酶。這兩種酶的連接酶。這兩種酶的催化反應基本相同，都是連接雙鏈催化反應基本相同，都是連接
15、雙鏈DNA的缺口，而不能連接單的缺口，而不能連接單鏈鏈DNA。連接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯鍵。連接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯鍵。 DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的3末端的末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而連接酶是在兩個羥基上，形成磷酸二酯鍵；而連接酶是在兩個DNA片段之間形片段之間形成磷酸二酯鍵。成磷酸二酯鍵。 DNA聚合酶是以一條聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成子鏈；而連接酶是將酯鍵形成子鏈；而連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，因此連接酶不需要模板。起來，因此連接酶不需要模板。 兩者都是由蛋白質構成的酶，但組成和性質各不相同。兩者都是由蛋白質構成的酶，但組成和性質各不相同。
高二生物選修3 基因工程 DNA重組技術的基本工具 課件
