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1、专题专题1.基因工程基因工程的基本内容的基本内容 基因工程的概念基因工程的概念1.1 基因工程的基本工具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基本操作程序 基因工程的发展史基因工程的发展史1.3 基因工程的应用基因工程的应用1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起基因工程的概念：基因工程的概念： 基因工程是指按照人们的愿望，进基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过行严格的设计，并通过体外体外DNA重重组和转基因等技术，赋予生物以新的组和转基因等技术，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。由于要的
2、新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在基因工程是在DNA分子水平上分子水平上进行进行设计和施工的，因此设计和施工的，因此又叫做又叫做DNA重重组技术或基因拼接技术。组技术或基因拼接技术。 别名：别名： 操作环境：操作环境： 原理：原理： 操作水平：操作水平： 结果：结果： 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过设计，并通过体外体外DNA重组和转基因等技术，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。由于基人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在
3、因工程是在DNA分子水平上分子水平上进行设计和施工的，进行设计和施工的，因此因此又叫做又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。重组技术或基因拼接技术。基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因重组基因重组DNA分子水平分子水平定向定向地改造生物的遗传性状，获地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。得人类所需要的品种。 1 .1、DNADNA重组技术重组技术的基本工具的基本工具“分子手术刀分子手术刀”-“分子缝合针分子缝合针”-“分子运输车分子运输车”-限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNADNA连接酶连接酶载体载体 1、简称：简称： 2、分布：、分布： 一、限制性核
4、酸内切酶一、限制性核酸内切酶 “分子手术刀分子手术刀”主要在主要在原核生物原核生物中中限制酶的识别特点限制酶的识别特点 以中轴线双侧的以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列上碱基呈反向对称，重复排列 如：如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCCEcoR（在G与A之间切割）Sma（在G与C之间切割）Hind （在A与A之间切割）G A A T T CC T T A A GC C C G G GG G G C C CA A G C T TT T C G A A中轴线中轴线（专一性）（专一性） 3、特点、特点: 一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶 “分子手术刀
5、分子手术刀”识别特定核苷酸列识别特定核苷酸列,切割特定切点切割特定切点（专一性）（专一性）切点：切点：磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 作用：作用： 结果：结果：一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶 “分子手术刀分子手术刀”产生黏性未端和平末端产生黏性未端和平末端 3、特点、特点: 4、作用：、作用： 5、结果：、结果：1、简称：、简称：2、分布：、分布：工具工具1：限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶主要在主要在原核生物原核生物中中识别特定核苷酸列识别特定核苷酸列,切割特定切点切割特定切点（专一性）（专一性）产生黏性未端或平末端产生黏性未端或平末端催化催化磷酸二酯键磷酸
6、二酯键形成形成,不是氢键不是氢键二、二、 DNADNA连接酶连接酶 “分子缝合针分子缝合针”类型DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶用途用途 将将单个核苷酸单个核苷酸连接到连接到已有的核酸片段上，已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键在在两个两个DNADNA片段片段之间之间形成磷酸二酯形成磷酸二酯键键作用作用 对象对象DNA复制复制3、类型类型Ecoli DNA 连接酶连接酶 来源：大肠杆菌来源：大肠杆菌作用特点：只连接作用特点：只连接黏性末端黏性末端 T4DNA 连接酶连接酶 来源：来源：T4噬菌体噬菌体作用特点：连接作用特点：连接黏性末端和平末端黏性末端和平末端 催化催
7、化磷酸二酯键磷酸二酯键形成形成工具工具2： DNA连接酶连接酶 例例.限制酶在限制酶在DNA的任何部位都能将的任何部位都能将DNA切开吗？以切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段片段:你是否能用你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？连接酶将它们连接起来？ CTGCA G ACTG CG GC G CTTAA G ACGTC GCCG GT CA AATTCG 和和能连接形成能连接形成ACTGGT CA 和和能连接形成能连接形成G CTTAA AATTCG CG GC GCCG 和和能连接形成能连接形成和和能连接形成能连接形成CTGCA G G ACGTC
8、反向对称反向对称 载体必须具备的条件：载体必须具备的条件：能够在宿主细胞中能够在宿主细胞中复制并稳定地保存复制并稳定地保存；具有一至多个具有一至多个限制酶切点限制酶切点，以便与，以便与 外源基因连接外源基因连接具有某些具有某些标记基因标记基因，便于进行筛选。，便于进行筛选。对受体细胞无害对受体细胞无害 三、基因进入受体细胞的载体三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车分子运输车” 质粒，质粒， 噬菌体的衍生物，噬菌体的衍生物， 动植物病毒等动植物病毒等环状环状DNA分子。分子。工具工具3 3：运载体：运载体1 1、需要的条件、需要的条件：有1多个限制酶切点能在受体细胞中自我复制，或整合到受体细
9、胞的 染色体DNA上复制有某些标记基因，便于筛选 对受体细胞无害2 2、常用运载体、常用运载体： 质粒、噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物或某些动植物病毒3、质粒 2和7能连接形成ACGT TGCA； 4和8能连接形成GAATTC CTTAAG； 3和6能连接形成GCGC CGCG； 1和5能连接形成CTGCAG GACGTC。教材教材P7思考与探究思考与探究11、在基因工程中，切割运载体和、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的含有目的基因的DNA片段，需使片段，需使用（用（ ）A. 同种限制酶同种限制酶 B. 两种限制酶两种限制酶C. 同种连接酶同种连接酶 D. 两种连接酶两种连接酶反馈练习：
10、反馈练习：3 3、下列不适合用于基因工程的运载体、下列不适合用于基因工程的运载体是（是（ ） A A、质粒、质粒 B B、噬菌体、噬菌体 C C、细菌、细菌 D D、病毒、病毒选选我我C4、下列说法正确的是、下列说法正确的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列碱基序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、重组技术所用的工具酶是限制酶、重组技术所用的工具酶是限制酶、 连接酶、运载体连接酶、运载体 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 进行大量复制的过程可称为进行大量复制的过程可称为“克隆克隆
11、”选选我我D审题审题5、以下是两种限制酶切割后形成的、以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：片段，试分析：GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中其中和和 是由一种限制酶切割形成的是由一种限制酶切割形成的 末端，两者要重组成一个末端，两者要重组成一个DNA 分子，所用分子，所用DNA连接连接酶通常是酶通常是 。 （2） 和和 是由另一种限制酶切割形成的是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形成重组末端，两者要形成重组DNA片段，所用的连接酶通常片段，所用的连接酶通常是是 。反馈练习：反馈练习：1.1944年艾弗里年艾弗里(O.Avery)等等进行了肺炎双球
12、菌体外转进行了肺炎双球菌体外转化实验化实验,证明了证明了DNA是生物是生物的遗传物质的遗传物质,并且证明了并且证明了DNA可以从一种生物个体可以从一种生物个体转移转移到另一种生物个体到另一种生物个体,成成为基因工程的先导为基因工程的先导2.1953年年沃森和克里克建沃森和克里克建立了双螺旋结构模型立了双螺旋结构模型,使使生物学进入生物学进入分子水平分子水平。1958年梅塞尔松和斯塔尔年梅塞尔松和斯塔尔,以大肠杆菌为实以大肠杆菌为实验材料验材料,运用同位素示踪技术运用同位素示踪技术,用实验用实验证明证明了了DNA的复制是以半保留方式进行的的复制是以半保留方式进行的.1957年克里克年克里克提出中
13、提出中心法则的确立心法则的确立3.1963年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验,破破译译编码氨基酸的编码氨基酸的遗传密码遗传密码.1967年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制能年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制能力力,为基因转移为基因转移找到一种运载工具找到一种运载工具.1970年阿尔伯年阿尔伯(W.Arber)、内森斯、内森斯(D,Nathans)、史密、史密斯斯(H.C.Smith)细菌中细菌中发现了第一个限制酶发现了第一个限制酶1977年科学家又年科学家又发明了发明了DNA序列分析方法序列分析方法1965年桑格年桑格发明了氨基酸序列分析技术发明了
14、氨基酸序列分析技术1972年伯格年伯格(P.Berg)首先在体外进行首先在体外进行了了DNA改造的研究改造的研究,成功地构建了成功地构建了第第一个人工体外重组一个人工体外重组DNA分子分子.1973年博耶和科恩使重组年博耶和科恩使重组DNA转入大肠杆菌中转入大肠杆菌中,转录转录出相应的出相应的mRNA,并使外源基因可以在原核细胞中并使外源基因可以在原核细胞中成成功表达功表达,至此表明至此表明基因工程正式问世基因工程正式问世.1973年科学家才将质粒作为基因的载体使用年科学家才将质粒作为基因的载体使用这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验1973
15、年科恩第一个建成年科恩第一个建成“基因工程菌基因工程菌”，并创，并创立基因工程模式立基因工程模式1973年称这年称这“基因工程元年基因工程元年”，科恩被称为基因工程发展史上的创始人科恩被称为基因工程发展史上的创始人科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的专利技术专利技术1980年第一个转基因小鼠问世年第一个转基因小鼠问世1982年采用显微注射技术培养目出年采用显微注射技术培养目出”超级小鼠超级小鼠”1983年培育出第一例转基因烟草年培育出第一例转基因烟草1988年穆里斯年穆里斯发明了发明了PCR技术技术,使基因工程使基因工程技术得到了进一步的发展和完善技术得到了进一步的发展和完善.获获1993年年诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖1993年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗棉铃虫的转基因抗虫棉棉铃虫的转基因抗虫棉
《DNA重组技术的基本工具》课件3
