选修三基因工程的基本工具素材

愿同学们在新的一年里，健康快乐像马猴，无忧无虑比猿猴，聪明伶俐胜孙猴！好事多如猴毛，成绩猴顺猴顺滴！！选修3生态工程生物技术的安全性和伦理问题胚胎工程细胞工程基因工程现代生物科技专题专题1.基因工程基因工程的概念1.1基因工程的基本工具1.2基因工程的基本操作程序基因工程的发展史1.3基因工程的应用1.4蛋白质工程的崛起基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。基因工程名称基因拼接技术或DNA重组技术实质:基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程“剪切”“拼接”“导入”“表达”结果人类需要的基因产物基因工程的概念这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上并成功表达？2．基因工程的理论基础(1)拼接的基础：①基本组成单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。②空间结构相同：不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。③碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。(2)表达的基础：生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内可表达出相同的蛋白质。即：（1）不同生物DNA分子的基本结构是相同的，都遵循碱基互补配对原则。（2）生物界共用一套遗传密码。•基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与运载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)•上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？•基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞•解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：基因的剪刀——限制酶基因的针线——DNA连接酶基因的运载工具——运载体一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”分布：主要从原核生物中分离纯化得到作用特点：特异性，即识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，切割特定切点切点：每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键种类：约4000种举例：EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开结果：形成两种末端黏性末端平末端限制酶所识别的序列有什么特点•限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。限制性内切酶限制酶1.什么叫黏性末端？当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。2.什么叫平末端？当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。•限制酶的识别序列：中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的•要想获得目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。•要把目的基因插入运载体的前提是什么必须用同一种限制酶来切割目的基因和运载体。思考?CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG练习使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端3.限制酶在原核生物中的作用•原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。•含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。二、DNA连接酶——“分子缝合针”1.连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。2.这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口，而不能连接单链DNA。3.E·coli连接酶只能连接黏性末端；T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。DNA连接酶——“分子缝合针”•DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，E·coliDNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低T4DNA连接酶使用DNA连接酶制作重组DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG重组DNA分子RecombinantDNAGGCATCTTAAAATTCCGTAG答：不是一回事。（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成）（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。3．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较比较项目DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质相同，都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点是否需要模板不需要需要接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的DNA单链片段上，形成磷酸二酯键作用结果将已存在的DNA片段连接合成新的DNA分子用途基因工程DNA复制三、基因的载体——“分子运输车”2.载体必须具备的条件：①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；③具有某些标记基因，便于进行筛选；（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）④对受体细胞无害。1.载体的作用：①将外源基因转移到受体细胞中去。②利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。3.常用的载体有：质粒，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等质粒质粒是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一。要对天然质粒进行人工改造能复制并带着插入的目的基因一起复制有切割位点有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。