浙科版高中生物選修三1.1《工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生》

1、生物學(xué)生物學(xué) 選修選修3 3現(xiàn)代生物科技專題現(xiàn)代生物科技專題長(zhǎng)樂一中 劉中標(biāo)n專題專題1 1 基因工程基因工程n專題專題2 2 細(xì)胞工程細(xì)胞工程n專題專題3 3 胚胎工程胚胎工程n專題專題4 4 生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題n專題專題5 5 生態(tài)工程生態(tài)工程目目 錄錄n此視頻片段實(shí)現(xiàn)了哪種生物的哪些此視頻片段實(shí)現(xiàn)了哪種生物的哪些性狀在另外哪種生物中表達(dá)？性狀在另外哪種生物中表達(dá)？n性狀的表達(dá)與我們從前學(xué)過(guò)的什么性狀的表達(dá)與我們從前學(xué)過(guò)的什么過(guò)程有關(guān)？過(guò)程有關(guān)？人類能不能改造基因，使本身沒有某個(gè)性狀的生物具有某個(gè)性狀？人類能不能改造基因，使本身沒有某個(gè)性狀的生物具有某個(gè)性

2、狀？定向基因改造設(shè)想 第一章第一章 基因工程基因工程全身散發(fā)綠色熒光的全身散發(fā)綠色熒光的轉(zhuǎn)基因魚轉(zhuǎn)基因魚美科學(xué)家研制出世界美科學(xué)家研制出世界上第一只轉(zhuǎn)基因蝴蝶上第一只轉(zhuǎn)基因蝴蝶首只轉(zhuǎn)基因猴首只轉(zhuǎn)基因猴降生降生超凡嗅覺能力的超凡嗅覺能力的轉(zhuǎn)基因鼠轉(zhuǎn)基因鼠思考思考n在自然界中有一些生物的在自然界中有一些生物的DNA可能進(jìn)入另可能進(jìn)入另一種生物的細(xì)胞中。我們有沒有學(xué)過(guò)相關(guān)一種生物的細(xì)胞中。我們有沒有學(xué)過(guò)相關(guān)的實(shí)例？的實(shí)例？n現(xiàn)今存在的生物為什么沒有在長(zhǎng)期的進(jìn)化現(xiàn)今存在的生物為什么沒有在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中被外源過(guò)程中被外源DNA的入侵而滅絕，仍能保的入侵而滅絕，仍能保持一種穩(wěn)定狀態(tài)？持一種穩(wěn)定狀態(tài)？n怎

3、樣才能使外來(lái)的怎樣才能使外來(lái)的DNA失效從而保護(hù)自身失效從而保護(hù)自身？技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能1)1)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)（基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)（19671967年）年）2)2)工具酶的發(fā)現(xiàn)（工具酶的發(fā)現(xiàn)（19701970年）年）3)DNA3)DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明（合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明（19771977年）年）4) DNA4) DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)（體外重組的實(shí)現(xiàn)（19721972年）年）5)5)重組重組DNADNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功（表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功（19731973年）年）6)6)第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世（第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世（19801980年）年）7)P

4、CR7)PCR技術(shù)的發(fā)明（技術(shù)的發(fā)明（19881988年）年）科技探索之路科技探索之路DNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具n準(zhǔn)確切割準(zhǔn)確切割DNA的工具（的工具（“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”）nDNA片段的連接工具（片段的連接工具（“分子縫合針分子縫合針”）n基因轉(zhuǎn)移工具（基因轉(zhuǎn)移工具（“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”）基因的大小以納米計(jì)算，要對(duì)它進(jìn)行剪切、基因的大小以納米計(jì)算，要對(duì)它進(jìn)行剪切、拼接等操作，沒有非常精細(xì)的工具是不行的。進(jìn)拼接等操作，沒有非常精細(xì)的工具是不行的。進(jìn)行基因操作最少需要以下三種工具：行基因操作最少需要以下三種工具：第一節(jié)第一節(jié) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因

5、工程的誕生 基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)抗蟲基因與載體抗蟲基因與載體“縫合縫合”抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)抗蟲基因與載體抗蟲基因與載體“縫合縫合”抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞 解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀” 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶“分子縫合針分子縫合針” DNA DNA連接酶連接酶“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” 基

6、因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體（一）限制性核酸內(nèi)切酶（一）限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀” 來(lái)源：來(lái)源：主要從主要從原核生物原核生物中分離純化出來(lái)。中分離純化出來(lái)。 種類：種類：已從近已從近300300種微生物中分離出種微生物中分離出40004000種種限制酶。限制酶。 作用：作用：1.1.能能識(shí)別識(shí)別雙鏈雙鏈DNADNA的某種的某種特定核苷酸序列特定核苷酸序列2.2.使每條鏈中使每條鏈中特定部位特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的的兩個(gè)核苷酸之間的磷磷 酸二酯鍵酸二酯鍵斷開。斷開。 T磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵1234512345 A一個(gè)核苷酸核糖上第一個(gè)核苷酸核糖上第3 3位位的羥基與

7、下一個(gè)核苷酸的羥基與下一個(gè)核苷酸核糖上第核糖上第5 5位的磷酸羥基位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱鍵稱3,53,5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵。具有具有特異性特異性。 一種一種限制酶限制酶只能識(shí)別一種只能識(shí)別一種特定的特定的核苷酸核苷酸序列序列，并且能在，并且能在特定的切點(diǎn)特定的切點(diǎn)上切割上切割DNADNA分子，分子，作用特點(diǎn)：作用特點(diǎn)： 大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6 6個(gè)個(gè)核苷酸組成，核苷酸組成，少數(shù)的識(shí)別序列由少數(shù)的識(shí)別序列由4 4、5 5或或8 8個(gè)核苷酸組成。個(gè)核苷酸組成。限制酶的識(shí)別序列：限制酶的識(shí)別序列：（一）限制性核酸內(nèi)切酶（一）限制性核酸內(nèi)

8、切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 大腸桿菌的一種限制酶大腸桿菌的一種限制酶( (EcoEcoR)R)只能識(shí)別只能識(shí)別GAATTCGAATTC序列序列，并在并在G G和和A A之間切開。之間切開。EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 SmaISmaI限制酶的切割：限制酶的切割：只能識(shí)別只能識(shí)別CCCGGGCCCGGG序列，并在序列，并在C C和和G G之間切開。之間切開。 想一想限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？想一想限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？限制酶所識(shí)別的序列，無(wú)論是限制酶所識(shí)別的序列，無(wú)論是6 6個(gè)堿基還是個(gè)堿基還是4 4個(gè)堿個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線

9、（如圖），中軸線兩基，都可以找到一條中心軸線（如圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈側(cè)的雙鏈DNADNA上的堿基是上的堿基是反向、對(duì)稱、重復(fù)排列反向、對(duì)稱、重復(fù)排列的。的。 限制酶所識(shí)別序列的特點(diǎn)：限制酶所識(shí)別序列的特點(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)黏性個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性( (平平) )末端？末端？ 要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性( (平平) )末端。末端。 如果把兩種來(lái)源不同的如果把兩種來(lái)源不同的DNADNA用同一種限制酶來(lái)切割，用同一種限制酶來(lái)切割，會(huì)怎樣呢？會(huì)怎樣呢？ 會(huì)產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生相同的黏性相同的

10、黏性( (平平) )末端末端，然后讓兩者的黏性，然后讓兩者的黏性( (平平) )末端末端黏合黏合起來(lái)，就似乎可以合成重組的起來(lái)，就似乎可以合成重組的DNADNA分子了。分子了。（二）（二）“分子縫合針分子縫合針”DNADNA連接酶連接酶作用作用: :作用原理：作用原理：催化磷酸二酯鍵形成催化磷酸二酯鍵形成 把切下來(lái)的把切下來(lái)的DNADNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNADNA，即將，即將脫氧脫氧核糖和磷酸核糖和磷酸連接起來(lái)。連接起來(lái)。（二）（二）“分子縫合針分子縫合針”DNADNA連接酶連接酶類型：類型：EcoliEcoliDNADNA連接酶連接酶T T4 4DNADNA連接酶連接酶來(lái)源來(lái)源

11、功能功能大腸桿菌大腸桿菌T T4 4噬菌體噬菌體恢復(fù)恢復(fù)磷酸磷酸二酯鍵二酯鍵只能連接黏性末端只能連接黏性末端能連接黏性末端和能連接黏性末端和平末端平末端( (效率較低效率較低) )相同點(diǎn)相同點(diǎn)差別差別（二）（二）“分子縫合針分子縫合針”DNADNA連接酶連接酶DNADNA連接酶和連接酶和DNADNA聚合酶是一回事嗎？聚合酶是一回事嗎？基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來(lái)要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來(lái)的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去！能將外源基因送入細(xì)胞的工內(nèi)去！能將外

12、源基因送入細(xì)胞的工具就是載體。具就是載體?；蜻M(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣？將怎樣？作為載體沒有切割位點(diǎn)將怎樣？作為載體沒有切割位點(diǎn)將怎樣？目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何察目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何察覺？覺？如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將怎樣？如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將怎樣？作為載體的必要條件作為載體的必要條件n能自我復(fù)制能自我復(fù)制n有切割位點(diǎn)有切割位點(diǎn)n能與目的基因結(jié)合能與目的基因結(jié)合n能進(jìn)入受體生物細(xì)胞并在受體生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并能進(jìn)入受體生物細(xì)胞并在受體生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并表達(dá)；表達(dá)；n有遺傳標(biāo)記基因有遺傳標(biāo)記

13、基因n對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害n比較容易得到比較容易得到將外源基因送入受體細(xì)胞。將外源基因送入受體細(xì)胞。( (三三) )基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 “ “分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”載體的作用：載體的作用：質(zhì)粒質(zhì)粒噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒等動(dòng)植物病毒等載體的種類：載體的種類： 質(zhì)粒：質(zhì)粒： 裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNADNA之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNADNA分子。分子。在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)

14、行過(guò)是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的人工改造的。有標(biāo)記基因的有標(biāo)記基因的存在，可用含存在，可用含氨芐青霉素的氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別。培養(yǎng)基鑒別。有切割位點(diǎn)有切割位點(diǎn)能復(fù)制并帶著插入的能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制目的基因一起復(fù)制載體需要的條件：載體需要的條件：有有1-1-多個(gè)限制酶切點(diǎn)多個(gè)限制酶切點(diǎn)對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害導(dǎo)入基因能在受體細(xì)胞中復(fù)制、表達(dá)導(dǎo)入基因能在受體細(xì)胞中復(fù)制、表達(dá)有某些標(biāo)記基因，便于篩選有某些標(biāo)記基因，便于篩選 已知標(biāo)記基因有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉已知標(biāo)記基因有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素的基因，現(xiàn)探討某細(xì)菌的質(zhì)粒中有無(wú)標(biāo)記基因或素的基因，現(xiàn)探討某細(xì)菌的質(zhì)粒中有無(wú)標(biāo)記基因或標(biāo)記基因是什么？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并標(biāo)記基因是什么？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)照組：對(duì)照組：不添加抗不添加抗生素生素實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)組1 1：添加一定添加一定濃度的四濃度的四環(huán)素環(huán)素實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)組2 2：添加一定添加一定濃度的氨濃度的氨芐青霉素芐青霉素實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)組3 3：添加一定添加一定濃度的四濃度的四環(huán)素和氨環(huán)素和氨芐青霉素芐青霉素練習(xí)練習(xí)對(duì)照組：不對(duì)照組：不添加抗生素添加抗生素實(shí)