基因工程的基本原理和技术ppt课件.ppt

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基因工程的基本原理和技术,1,教学目标,知识与能力1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

二、教学重点和难点1.教学重点：

DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

2.教学难点:

基因工程载体需要具备的条件。

基因工程的基本原理和技术,2,基因工程,基因工程的基本原理和技术,3,每100kg猪或牛的胰腺中仅可提取45g。

1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。

治疗糖尿病特效药,据调查：

2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。

胰岛素,基因工程的基本原理和技术,4,抗虫害的玉米,转基因鲑鱼,基因工程产品,基因工程的基本原理和技术,5,基因工程的产物,基因工程的基本原理和技术,6,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,乳汁中含有人生长激素的转基因牛（阿根廷）,基因工程的基本原理和技术,7,什么叫基因工程？

基因工程又叫DNA重组技术。

该技术是在生物体外，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。

（一）基因工程的概念,基因工程的基本原理和技术,8,基因工程的概念,DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切,拼接,导入,表达,按照预先设计的蓝图，定向改变生物遗传特性，创造出新型生物,基因工程的基本原理和技术,9,基因工程研究的理论基础,科技探索之路,早期基础理论,达尔文提出生物进化论,基因工程的基本原理和技术,10,科技探索之路,早期基础理论,孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律,基因工程的基本原理和技术,11,科技探索之路,早期基础理论,摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。

基因工程的基本原理和技术,12,科技探索之路,后期基础理论,艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。

基因工程的基本原理和技术,13,科技探索之路,后期基础理论,沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。

基因工程的基本原理和技术,14,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,后期基础理论,梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制,基因工程的基本原理和技术,15,科技探索之路,后期基础理论,克里克等提出中心法则,基因工程的基本原理和技术,16,科技探索之路,后期基础理论,1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。

基因工程的基本原理和技术,17,基础理论和技术的发展催生了基因工程,DNA是遗传物质的证明DNA双螺旋结构和中心法则的确立遗传密码的破译（遗传密码的通用性）基因运载体的发现工具酶的发明DNA合成和测序技术的发明DNA体外重组的实现重组DNA表达实验的成功第一例转基因动物问世PCR技术的发明,基因工程的基本原理和技术,18,问题探讨：

苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。

让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。

想一想需要做哪些关键工作？

普通棉花抗虫棉,基因工程的基本原理和技术,19,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：

抗虫基因与棉花DNA“缝合”,关键步骤三：

抗虫基因进入棉花细胞,基因工程的基本原理和技术,20,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？

“分子手术刀”限制性核酸内切酶,“分子缝纫针”DNA连接酶,“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,基因工程的基本原理和技术,21,DNA重组技术的基本工具,限制性核酸内切酶“分子手术刀”DNA连接酶“分子缝纫针”基因进入受体细胞的载体“分子运输车”,基因工程的基本原理和技术,22,一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”,1、主要来源：

2、特点：

3、作用：

识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列（不同的限制酶能识别不同特点的核苷酸序列），并且以不同的方式在两个特殊碱基之间切断DNA双链。

主要从微生物中分离纯化,使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,基因工程的基本原理和技术,23,磷酸二酯键,H2O+,基因工程的基本原理和技术,24,基因工程的基本原理和技术,25,4、限制酶识别序列,Goon,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成,基因工程的基本原理和技术,26,限制酶的识别序列：

Goback,基因工程的基本原理和技术,27,EcoR,黏性末端,黏性末端,Goback,基因工程的基本原理和技术,28,EcoR,黏性末端,黏性末端,重复演示,Goback,基因工程的基本原理和技术,29,什么叫黏性末端？

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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。

基因工程的基本原理和技术,30,Sma,平末端平末端,基因工程的基本原理和技术,31,限制性内切酶与DNA解旋酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键,将DNA两条链的氢键打开形成两条单链,限制性内切酶与DNA水解酶的区别,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键，形成片段的DNA.,切割磷酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸。

Goback,基因工程的基本原理和技术,32,要想获得某个特定性状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。

如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？

会产生相同的黏性（平）末端，然后让两者的黏性（平）末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。

思考?

基因工程的基本原理和技术,33,GAATTCCTTAAG,GAATTCCTTAAG,EcoR,不同来源的DNA片段混合,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,GAATTCCTTAAG,酶切,GAATTCCTTAAG,同一种,基因工程的基本原理和技术,34,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,EcoliDNA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,基因工程的基本原理和技术,35,二、“分子缝合针”DNA连接酶,作用:

恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,作用原理：

催化磷酸二酯键形成,基因工程的基本原理和技术,36,DNA连接酶“分子缝纫针”,连接酶有两种：

一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为Ecoli连接酶。

另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。

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。

Ecoli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。

基因工程的基本原理和技术,37,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,基因工程的基本原理和技术,38,类型：

EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复磷酸二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端（效率较低）,相同点,差别,基因工程的基本原理和技术,39,寻根问底,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?

为什么?

1）只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1）在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,2）以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的DNA链,2）将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,基因工程的基本原理和技术,40,外源基因（如抗虫基因）怎样才能导入受体细胞（如棉花细胞）？

导入过程需要运输工具运载体。

基因工程的基本原理和技术,41,三、基因进入受体细胞的运载体”分子运输车”,运载体的作用有哪些？

作用一：

作为运载工具，将外源基因（抗虫基因）转移到受体细胞（棉花细胞）中去。

作用二：

利用运载体在受体细胞（棉花细胞）内，对外源基因（抗虫基因）进行大量复制。

基因工程的基本原理和技术,42,三、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”,如果载体对受体细胞有害将怎样？

假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？

作为载体没有切割位点将怎样？

目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？

基因工程的基本原理和技术,43,作为运载体必须具备哪些条件？

1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。

2）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目的基因插入到载体上去。

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。

载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去;5）载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行操作,太大就不便操作.,基因工程的基本原理和技术,44,常用的运载体主要有两类：

1）细菌细胞质的质粒2）噬菌体或某些动植物病毒,基因工程的基本原理和技术,45,常用的载体：

质粒,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，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别,基因工程的基本原理和技术,46,1.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）同种限制酶B.两种限制酶同种连接酶D.两种连接酶,A,课堂练习,基因工程的基本原理和技术,47,2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNA,D,课堂练习,基因工程的基本原理和技术,48,3.以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：

具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,课堂练习,基因工程的基本原理和技术,49,种类与命名：

现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶（限制酶）。

EcoR,Sma,粘质沙雷氏杆菌（Serratiamarcesens）,大肠杆菌（EscherichiacoliR）,Goback,练习：

流感嗜血杆菌的d菌株（Haemophilusinfluenzaed）中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:

Hind、Hind和Hind,