生物專題1《基因工程》課件新人教版選修3

1、生物專題1基因工程課件新人教版選修3生物專題1基因工程課件新人教版選修3能合成水母熒光蛋白的熒光兔這是一種科研人員從特殊水母中提取的綠色熒光蛋白基因，將該基因轉(zhuǎn)染到培養(yǎng)的兔子成纖維細(xì)胞中，再挑選出發(fā)綠色熒光的轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞，將其細(xì)胞核移植到成熟的去核兔子卵母細(xì)胞中，最終構(gòu)成了轉(zhuǎn)基因胚胎。胚胎經(jīng)過手術(shù)，移植入“代孕兔”體內(nèi)。經(jīng)過30天的發(fā)育，就通過剖腹產(chǎn)獲得了這只轉(zhuǎn)基因克隆兔。 由于兔子與人的生理比較接近?？寺⊥每勺鳛閹椭祟惡Y選藥物、研究遺傳學(xué)疾病的“動物模型”，有助于研究一些人類遺傳疾病。 能合成水母熒光蛋白的熒光兔這是一種科研人員從特殊水母中提取的能合成人胰島素的大腸桿菌能合成人胰島素的大腸

2、桿菌每100kg 豬或牛的胰腺中僅可提取45g。1979年，美國將人的胰島素基因重組到大腸桿菌內(nèi)，實現(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，我國約6000萬。胰島素思考：轉(zhuǎn)基因技術(shù)實現(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)過的基因的什么過程有關(guān)？密碼子在生物界是的！DNA(基因)mRNA 蛋白質(zhì)(性狀)轉(zhuǎn)錄翻譯通用每100kg 豬或牛的胰腺中僅可提取45g。1979年專題1 基因工程題圖：科技探索之路：1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序1.3 基因工程的應(yīng)用1.4 蛋

3、白質(zhì)工程的崛起專題1 基因工程題圖：什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重組技術(shù)。是指按照人們的愿望，在DNA分子水平上進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，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?；蚬こ痰母拍钍裁唇谢蚬こ?？ 基因工程，又叫DNA重組技術(shù)基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的新生物類型和產(chǎn)品剪切 拼接 導(dǎo)入 表達(dá)基因工程的概念基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程基礎(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

4、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)理論孟德爾提出基因的分離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)理論孟德基礎(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。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 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 艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體?；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 基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技

5、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 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)理論梅塞基礎(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)理論克里基礎(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年霍拉納用實驗加以證明。基礎(chǔ)理論和技術(shù)

6、發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎(chǔ)理論 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合成和測序技術(shù)的發(fā)明4) DNA體外重組的實現(xiàn)5)重組DNA表達(dá)實驗的成功6)第一例轉(zhuǎn)基因動物問世7)PCR技術(shù)的發(fā)明基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉(zhuǎn)移載體問題探討：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害的抗蟲棉。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棉問題探討：蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因?；蚬こ膛嘤瓜x棉的簡要過程：在以上過程中關(guān)鍵步驟或

7、難點是什么？普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因通過運(yùn)載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因棉花含抗蟲基因轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生伴胞晶體轉(zhuǎn)基因棉花有抗蟲特性一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中關(guān)鍵步驟或難點是什基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞一、DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽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” 限制性核酸內(nèi)切酶關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲

8、基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(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)胞的載體一、DNA重組技術(shù)的基本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” 限一、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”主要來源：種類與命名：作用特點：4.限制酶識別序列5.作用結(jié)果：識別特定核苷酸序列原核生物產(chǎn)生黏性末端或平末端Go on,切斷磷酸二酯鍵具有特異性。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成少數(shù)的識別序列由4、5或8個核苷酸組成一、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”主要來源：識別特定核種類與命

9、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)。EcoRSma粘質(zhì)沙雷氏桿菌（Serratia marcesens）大腸桿菌（Escherichia coli R）Go back練習(xí)：流感嗜血桿菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:Hind、Hind和Hind種類與命名： 現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分 T磷酸二酯鍵1234512345 A T磷酸二酯鍵1234512345 AGo backGo back限制酶的識別序列：Go back限制酶的識別序列：Go backSma平末端平末端Sma平末端平

10、末端EcoR黏性末端黏性末端Go backEcoR黏性末端黏性末端Go backEcoR黏性末端黏性末端Go back重復(fù)演示EcoR黏性末端黏性末端Go back重復(fù)演示 限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線（如圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向、對稱、重復(fù)排列的。想一想限制酶所識別的序列有什么特點？ 限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿尋根問底你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？ 原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源D

11、NA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，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。尋根問底你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？ 思考與探究 P71、為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？ 通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。 思考與探究 P71、為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？要想獲得某個特定性狀的基因必須

12、要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性(平)末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？ 會產(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，就似乎可以合成重組的DNA分子了。思考?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GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGEcoRGAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG不同來源的DNA片段混合將不同種來源的DNA片段連接起來生物A基因片段生物B基因片段GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG酶切GAATTCGAATTCEcoRGAA二、“分子縫

13、合針” DNA連接酶作用: 把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.作用原理：催化磷酸二酯鍵形成二、“分子縫合針” DNA連接酶作用: 可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，Ecoli DNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，EcoT4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低T4DNA連接酶T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效類型EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸桿菌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)

14、相同點差別（二）“分子縫合針”DNA連接酶類型EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸桿菌DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?1)只能將單個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DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成一條互補(bǔ)的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，不需要模板Go onDNA聚合酶DNA連接酶相同點尋根問底DNA連接酶與DNA聚模擬制作：用剪刀在特定部位對棉花DNA進(jìn)行模擬切割，并將模擬毒蛋白基因取出，再用膠紙模擬基因種間

15、連接。棉花的一段DNA 含毒蛋白基因的細(xì)菌DNA片段Go back模擬制作：用剪刀在特定部位對棉花DNA進(jìn)行模擬切割，并三、“分子運(yùn)輸車” 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體載體需要的條件：常用運(yùn)載體：細(xì)菌的質(zhì)粒噬菌體的衍生物或某些動植物病毒三、“分子運(yùn)輸車” 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體載體需要的條作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：1）載體DNA 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的位置，還必須是在質(zhì)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。2）載體DNA 必須具備自我復(fù)制能力，或整合到受體染色體DNA 上，隨染色體DNA

16、 的復(fù)制而同步復(fù)制。3）載體DNA必須有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行篩選。4）載體DNA 必須是安全的，不會對受體細(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，以便提取和體外操作。作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：1）載體DNA 必需常用的載體：質(zhì)粒能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別常用的載體：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 質(zhì)粒本質(zhì)：獨立于擬核或細(xì)胞核之外的DNA分布：許多細(xì)菌、酵母菌等生物特點：自主復(fù)制、環(huán)狀、裸露、雙鏈、小型 最常用：大腸桿菌質(zhì)粒 質(zhì)粒本質(zhì)：獨立于擬核或細(xì)胞核

17、之外的DNA分布：許多細(xì)菌、生物專題1基因工程課件新人教版選修327483615274836152、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 P72、天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示1） 載體DNA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去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還

18、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，不會對受體細(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。1） 載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基3、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？ 迄今

19、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，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。思考與探究 P73、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？ 迄今為 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)粒中有無標(biāo)記基因或標(biāo)記基因是什么？請設(shè)計實驗、預(yù)期實驗結(jié)果，并得出相應(yīng)的實驗結(jié)論。對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素練習(xí) 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，對照組實驗組1實驗組2實驗組3結(jié) 論預(yù)期一預(yù)期二預(yù)期三預(yù)期四對照組：不添加抗生素實驗組1

20、：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素既含有抗四環(huán)素基因也含有抗氨芐青霉素基因只含有抗四環(huán)素基因只含有抗氨芐青霉素基因既不含有抗四環(huán)素基因也不含有抗氨芐青霉素基因?qū)φ战M實驗組1實驗組2實驗組3結(jié) 論預(yù)期一預(yù)期二1下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中，錯誤的是（ ） A 它能在特殊位點切割DNA分子 B 同一種酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端能夠很好 地進(jìn)行堿基配對 C 它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量DNA片段 D 每一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別特定的核苷酸序列 練 一練1下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中，錯誤的是（ ）2在基因工程中，切

21、割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段，需要使用 （ ） A 同種限制性核酸內(nèi)切酶 B 兩種限制性核酸內(nèi)切酶 C 同種DNA連接酶 D 兩種DNA連接酶練 一練2在基因工程中，切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段，需要使3DNA連接酶的作用是（ ）A 使DNA子鏈和母鏈之間形成氫鍵B 使黏性末端之間形成氫鍵而相連C 連接DNA分子中脫氧核苷酸和磷酸之間的化學(xué)鍵D 以上都不對練 一練3DNA連接酶的作用是（ ）練 一練5.不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是（ ） A .能復(fù)制 B .有多個限制酶切點 C .具有標(biāo)記基因 D .它是環(huán)狀DNA練 一練5.不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是（ ）練 本節(jié)內(nèi)容

22、小結(jié)：1.知識梳理：DNA重組技術(shù)的基本工具：限制酶（分子手術(shù)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；DNA連接酶（分子縫合針）：連接兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵；基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體（分子運(yùn)輸車）：最常用的是細(xì)菌質(zhì)粒，還有噬菌體的衍生物、動植物病毒等。本節(jié)內(nèi)容小結(jié)：1.知識梳理：2.方法、技巧、規(guī)律總結(jié)：限制酶切割的是磷酸二酯鍵，而DNA連接酶連接的正是兩個斷開此鍵的DNA片段?！胺肿舆\(yùn)輸車”是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體，它具有的若干特點是基因工程鑒定、選擇、表達(dá)的關(guān)鍵，可以說，沒有它，目的基因即使進(jìn)入受體細(xì)胞，也難以穩(wěn)定保存，更談不上復(fù)制和表達(dá)。 3.思維誤區(qū)提示：DNA連接酶與DNA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。2.方法、技巧、規(guī)律總結(jié)：限制酶切割的是磷酸二酯鍵，而DNADNA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Ecoli連接酶、從T4噬菌體中分離得到的T4連接酶。這兩種酶的催化反應(yīng)基本相同，都