基因工程專項1學習目的1、簡述基礎理論研究和技術進步催生了基因工程。2、簡述基因工程的原理和技術3、舉例說出基因工程的應用4、簡述蛋白質工程。青霉菌產生青霉素根瘤菌固氮家蠶吐絲性狀是基因特異性體現的成果。以上幾個生物各自的特定性狀是什么的成果？人類能不能改造基因，使本身沒有某個性狀的生物含有某個性狀？能，通過基因工程——定向改造生物的新技術思考基因工程的產物什么叫基因工程？基因工程，又叫DNA重組技術。是指按照人們的愿望，在DNA分子水平上進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而發明出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。復習提問：基因工程的概念基因工程的概念基因工程的別名操作環境操作對象操作水平基本過程結果DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的新生物類型和產品剪切→拼接→導入→體現基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論達爾文提出生物進化論基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論孟德爾提出基因的分離定律和自由組合定律基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖交換定律。基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論艾弗里證明DNA是遺傳物質，DNA可從一種生物個體轉移到另一種生物個體?；A理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論沃森、克里克、提出DNA的雙螺旋構造模型。基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保存復制基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質轉錄翻譯逆轉錄復制基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論

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。基礎理論和技術發展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉移載體的發現2)工具酶的發現3)DNA合成和測敘技術的發明4)DNA體外重組的實現5)重組DNA體現實驗的成功6)第一例轉基因動物問世7)PCR技術的發明基因工程哺育抗蟲棉的簡要過程：一、DNA重組技術的基本工具基因工程哺育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中核心環節或難點是什么？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載體導入轉基因棉花含抗蟲基因轉基因棉花產生伴胞晶體轉基因棉花有抗蟲特性一、DNA重組技術的基本工具基因工程哺育抗蟲棉的核心環節：核心環節一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來核心環節二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”核心環節三：抗蟲基因進入棉花細胞一、DNA重組技術的基本工具解決哺育抗蟲棉的核心環節需要哪些工具？“分子手術刀”——限制性核酸內切酶關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體一、DNA重組技術的基本工具（一）限制性核酸內切酶——“分子手術刀”①來源：重要從原核生物中分離純化出來。②種類：已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。③作用：1.能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列2.使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。磷酸二酯鍵：磷酸二酯鍵：一種核苷酸核糖上第3位的羥基與下一種核苷酸核糖上第5位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。含有特異性。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，④作用特點：大多數限制酶的識別序列由6個核苷酸構成少數的識別序列由4、5或8個核苷酸構成⑤限制酶的識別序列：（一）限制性核酸內切酶——“分子手術刀”限制酶的識別序列：EcoRI限制酶的切割：中軸線黏性末端黏性末端在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)只能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。CCCG

GGGGGCCC中軸線SmaI限制酶的切割：CCCG

GGG

GGCCC平末端平末端只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。產生黏性末端或平末端。⑥限制酶的作用成果：限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都能夠找到一條中心軸線（如圖），中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向、對稱、重復排列的。想一想限制酶所識別的序列有什么特點？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，但生物在長久的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以避免外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會運用限制酶將外源DNA切割掉，以確保本身的安全。因此，限制酶在原核生物中重要起到切割外源DNA、使之失效，從而達成保護本身的目的。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？可產生幾個黏性(平)末端？要切兩個切口，產生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會如何呢？會產生相似的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來，就似乎能夠合成重組的DNA分子了。思考?（二）“分子縫合針”——DNA連接酶①作用:②作用原理：催化磷酸二酯鍵形成把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶“分子手術刀”——限制性核酸內切酶(二)“分子縫合針”——DNA連接酶③類型：類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功效大腸桿菌T4噬菌體恢復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)相似點差別（二）“分子縫合針”——DNA連接酶DNA聚合酶DNA連接酶區別1區別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，不需要模板將外源基因送入受體細胞。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”①載體的作用：質粒λ噬菌體的衍生物動植物病毒等②載體的種類：質粒：裸露的、構造簡樸的、獨立于細菌染色體（即擬核DNA）之外，并含有自我復制能力的雙鏈環狀DNA分子。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”③作為載體的必要條件：有切割位點——供外源DNA片段(基因)插入。能自我復制——有遺傳標記基因——供重組DNA的鑒定和選擇。載體DNA必需是安全的——不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其它生物細胞中去。載體DNA分子大小應適合——方便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。質粒：能復制并帶著插入的目的基因一起復制有切割位點有標記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養基鑒別。(三)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”1）不屬于質粒被選為基因載體的理由是（）A、能復制B、有多個限制酶切點C、含有標記基因D、它是環狀DNAD練習2）有關基因工程的敘述中，對的的是（）A、全部的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列B、質粒是基因工程中唯一的載體C、載體必須含有的條件之一是：含有多個限制酶切點，方便與目的基因連接D、DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵C練習已知標記基因有抗四環素基因和抗氨芐青霉素的基因，現探討某細菌的質粒中有無標記基因或標記基因是什么？請設計實驗、預期實驗成果，并得出對應的實驗結論。對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環素實驗組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素和氨芐青霉素練習對照組實驗組1實驗組2實驗組3結論預期一＋＋＋＋預期二＋＋－－預期三＋－＋－預期四＋－－－對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環素實驗組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素和氨芐青霉素既含有抗四環素基因也含有抗氨芐青霉素基因只含有抗四環素基因只含有抗氨芐青霉素基因既不含有抗四環素基因也不含有抗氨芐青霉素基因思考與探究P72、為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？通過長久的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不含有這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使本身的DNA被切斷，并且能夠避免外源DNA的入侵。3、天然的DNA分子能夠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分子諸多都是質粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種能夠自我復制、雙鏈閉環的裸露的DNA分子。與否任何質粒都能夠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下列條件：思考與探究P71）載體DNA必需有一種或多個限制酶的切割位點，方便目的基因能夠插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質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必需含有自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同時復制。3）載體DNA必需帶有標記基因，方便重組后進行重組子的篩選。4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其它生物細胞中去。5）載體DNA分子大小應適合，方便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。事實上自然存在的質粒DNA分子并不完全含有上述條件，都要進行人工改造后才干用于基因工程操作。4、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？迄今為止，所發現的DNA連接酶都不含有連接單鏈DNA的能力，至于因素，現在還不清晰，可能將來會發現能夠連接單鏈DNA的酶。思考與探究P7什么是內含子和外現子？原核細胞基因的編碼區是持續的，真核細胞基因的編碼區是間隔的、不持續的.真核生物基因的構造特點是：“編碼區是間隔的、不持續的?！币簿褪钦f：能夠編碼蛋白質的序列被不能編碼蛋白質的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質的序列叫內含子。真核基因涉及編碼區和非編碼區，編碼區又分為外顯子和內含子,內含子不翻譯蛋白質。知識拓展什么是內含子和外現子？在遺傳學上普通將能編碼蛋白質的基因稱為構造基因。真核生物的構造基因是斷裂的基因。一種斷裂基因能夠含有若干段編碼序列，這些能夠編碼的序列稱為外顯子。在兩個外顯子之間被一段不編碼的間隔序列隔開，這些間隔序列稱為內含子。內含子（Interveningregion）是一種基因中非編碼DNA片斷，它分開相鄰的外顯子。更