基因工程的原理

基因工程的原理第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA重組技術(shù)的基本工具第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程實(shí)質(zhì)結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)基因重組基因工程的概念第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月基因操作的工具酶主要有哪幾種?基因的剪刀是什么?其主要作用是什么?基因的針線是什么?其主要作用是什么?基因的運(yùn)輸工具是什么?最常用的運(yùn)載體有哪些?質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)怎樣?第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲棉普通棉第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)上述培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟是什么？第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月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：抗蟲基因與運(yùn)載體DNA連接關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因?qū)胧荏w(棉花)細(xì)胞第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？關(guān)鍵步驟一的工具：關(guān)鍵步驟二的工具：關(guān)鍵步驟三的工具：基因的剪刀——限制酶基因的針線——DNA連接酶基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA重組技術(shù)的基本工具本節(jié)知識內(nèi)容DNA重組技術(shù)的基本工具專題一基因工程“分子手術(shù)刀”──限制酶

“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

第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。主要是從原核生物中分離純化出來的一種酶。能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性核酸內(nèi)切酶。4000種。1、來源：2、種類：3、作用：4、結(jié)果：形成兩種末端一、“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶黏性末端平末端第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶什么叫黏性末端？第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月限制酶什么叫黏性末端？第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月什么叫黏性末端？

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月什么叫平末端？

當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二、“分子縫合針”——DNA連接酶1、種類：2、作用部位：兩類E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶

磷酸二酯鍵

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個(gè)重組的DNA分子就形成了。第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月APCPGPTPAPCPGPTP限制酶切割的是哪個(gè)部位的鍵?第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月T磷酸二酯鍵1234512345A第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？答：不是一回事。基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現(xiàn)在什么地方呢？第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個(gè)核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不相同。第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體——“分子運(yùn)輸車”（1）運(yùn)載體的作用作為運(yùn)載工具，將外源基因(抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞(棉花細(xì)胞)中去。利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞(棉花細(xì)胞)內(nèi)，對外源基因(抗蟲基因)進(jìn)行大量復(fù)制。（隨載體的復(fù)制而復(fù)制）（2）作為運(yùn)載體必須具備的條件能夠在宿主細(xì)胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存。具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接。具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。必需是安全的，不會(huì)對受體細(xì)胞有害。大小應(yīng)適合，便于提取和操作第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）常用的運(yùn)載體

三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體——“分子運(yùn)輸車”細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒λ噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒注意：真正用作運(yùn)載體的質(zhì)粒都是人工改造過的。第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體——“分子運(yùn)輸車”

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。

質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌染色體（即擬核DNA）之外，并且具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、“分子運(yùn)輸車”—基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體：第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)答案第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月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…。第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，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(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dú)立于細(xì)菌擬核處染色體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？其實(shí)不然，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(gè)或多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn)，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(diǎn)所處的位置，還必須是在質(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(huì)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(shí)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。第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月課本知識回顧

基因工程又叫做

或

。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種

提取出來，加以

，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，

改造生物的遺傳性狀?；蚱唇蛹夹g(shù)DNA重組技術(shù)基因修飾改造定向地第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA重組技術(shù)的基本工具“分子手術(shù)刀”──“分子縫合針”──“分子運(yùn)輸車”──限制酶DNA連接酶基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體第32頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月限制性核酸內(nèi)切酶主要是從的一種酶。識別雙鏈DNA分子的某種，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的斷開。形成兩種末端原核生物中分離純化出來特定的核苷酸序列磷酸二酯鍵粘性末端平末端第33頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二、“分子縫合針”——DNA連接酶