選修(xuǎnxiū)3生態工程生物技術的安全性和倫理問題胚胎工程細胞工程基因工程現代生物科技專題第一頁，共33頁。讓細菌制造胰島素讓細菌“吐出”蠶絲(cánsī)讓細菌生產出糧食讓水稻也能固氮讓煙草(yāncǎo)生產醫用蛋白質不同種生物的DNA能進入加一種生物體內嗎?我們人類可不可以故意把某種生物的DNA引入另一種生物體內呢?第二頁，共33頁。基因工程(jīyīngōngchéng)的概念1.1基因工程的基本(jīběn)工具1.2基因工程的基本操作程序基因工程的發展史1.3基因工程的應用1.4蛋白質工程的崛起第三頁，共33頁。基因工程(jīyīngōngchéng)的概念基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計(shèjì)，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。人類需要(xūyào)的基因產物結果剪切→拼接→導入→表達基本過程DNA分子水平操作水平基因操作對象生物體外操作環境基因拼接技術或DNA重組技術基因工程的別名第四頁，共33頁。抗蟲害的玉米轉魚抗寒基因的番茄轉基因

鮭魚基因工程(jīyīngōngchéng)產品第五頁，共33頁。轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)第六頁，共33頁。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程發展史1.1944年艾弗里(O.Avery)等進行了肺炎雙球菌體外轉化實驗(shíyàn),證明了DNA是生物的遺傳物質,并且證明了DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體,成為基因工程的先導是基礎理論和技術(jìshù)的發展催生了基因工程2.1953年沃森和克里克建立了雙螺旋結構模型,使生物學進入分子水平。1958年梅塞爾松和斯塔爾,以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素示蹤技術,用實驗證明了DNA的復制是以半保留方式進行的.1957年克里克提出中心法則的確立20世紀中葉,基礎理論取得重大突破3.1963年尼倫伯格和馬太做蛋白質體外合成實驗,破譯編碼氨基酸的遺傳密碼.第七頁，共33頁。1.1967年羅思和赫林斯基發現細菌質粒有自我(zìwǒ)復制能力,為基因轉移找到一種運載工具.2.1970年阿爾伯(W.Arber)、內森斯(D,Nathans)、史密斯(H.C.Smith)細菌(xìjūn)中發現了第一個限制酶3.1965年桑格發明了氨基酸序列分析(fēnxī)技術4.1972年伯格(P.Berg)首先在體外進行了DNA改造的研究,成功地構建了第一個人工體外重組DNA分子.技術發明命使基因工程的實施成為可能

1977年科學家又發明了DNA序列分析方法DNA合成儀的問世第八頁，共33頁。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程發展史5.1973年博耶和科恩使重組DNA轉入大腸桿菌中,轉錄出相應的mRNA,并使外源基因可以在原核細胞中成功表達,至此表明基因工程(jīyīngōngchéng)正式問世.技術發明命使基因工程的實施(shíshī)成為可能

1973年科學家才將質粒作為基因的載體使用這是基因工程發展史上第一個成功的基因克隆實驗1973年科恩第一個建成“基因工程菌”，并創立基因工程模式1973年稱這“基因工程元年”，科恩被稱為基因工程發展史上的創始人科恩并向美國申報了世界上第一個基因工程的專利技術第九頁，共33頁。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程發展史6.1980年第一個轉基因小鼠問世(wènshì)1982年采用顯微注射技術(jìshù)培養目出”超級小鼠”1983年培育出第一例轉基因煙草發明了PCR技術1993年中國農業科學院的科學成功之路地培育出抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉技術發明命使基因工程的實施成為可能

第十頁，共33頁。1.1DNA重組技術(jìshù)的基本工具是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類(rénlèi)所需要的新的生物類型和生物產品分析(fēnxī)概念：工具為什么要加工什么是表達用什么導入第十一頁，共33頁。基因(jīyīn)的“分子手術刀(剪刀)”基因(jīyīn)的“分子縫合針(針線)”基因的“分子(fēnzǐ)運輸車(運載體)”——限制性核酸內切酶——DNA連接酶——運載體第十二頁，共33頁。①分布：主要在原核生物中。②作用特點:專一性，識別(shíbié)特定核苷酸序列，切割特定切點。切點：磷酸二酯鍵

③結果：產生黏性未端和平末端④舉例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶

1.1.1、基因工程的“分子手術刀”第十三頁，共33頁。限制酶的識別(shíbié)特點以中軸線雙側的DNA上堿基呈反向(fǎnxiànɡ)對稱，重復排列

如：GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCC第十四頁，共33頁。黏性末端(mòduān)和平末端(mòduān)第十五頁，共33頁。GAATTCCTTAAGCTTAAGAATTCG粘性(zhānxìnɡ)末端特定(tèdìng)的核苷酸序列(6)特定(tèdìng)的切點(磷酸二酯鍵)EcoRI限制酶中軸線第十六頁，共33頁。TGCAACGTACGTGCAT不同的限制酶所形成(xíngchéng)的黏性末端不同特定(tèdìng)的核苷酸序列(4)特定(tèdìng)的切點(磷酸二酯鍵)粘性末端第十七頁，共33頁。不同(bùtónɡ)的限制酶所形成的黏性末端不同(bùtónɡ)CCCGGGCCCGGG特定(tèdìng)的核苷酸序列(6)特定(tèdìng)的切點(磷酸二酯鍵)CCCGGGGGGCCC平末端平末端Smal酶第十八頁，共33頁。DNA外源基因GCATTGCAACGTCGTAGCATTGCA第十九頁，共33頁。限制酶在原核(yuánhé)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，生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割(qiēgē)掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割(qiēgē)外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割(qiēgē)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。第二十頁，共33頁。1.1.2、基因工程的“分子縫合針”指“DNA連接酶”“”作用(zuòyòng)：連接“梯子”斷口的“扶手(fúshou)”(DNA鏈之間的磷酸二酯鍵)而非“梯子”中間的“踏板”種類(zhǒnglèi)：E?coliDNA連接酶只能連接黏性末端T4DNA連接酶兩種末端都可連接第二十一頁，共33頁。CTTAAGAATTCG只連接(liánjiē)DNA鏈上的磷酸二酯鍵思考：DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事(huíshì)嗎？它們有什么不同點？第二十二頁，共33頁。第二十三頁，共33頁。目的基因指某些(mǒuxiē)小型DNA分子“”1.1.3、基因工程(jīyīngōngchéng)的“分子運輸車”思考：具備什么(shénme)條件才能充當“分子運輸車？載體的作用：1、將外源基因轉移到受體細胞中去。2、利用運載體在受體細胞內，對外源基因進行大量復制。第二十四頁，共33頁。載體必須具備的條件(tiáojiàn)：1、能夠在宿主細胞中復制并穩定地保存；2、具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；3、具有某些標記基因，便于進行篩選。（如抗菌素的抗性基因、產物具有顏色反應的基因等）4、對受體細胞無害5、載體DMA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。常用的載體(zàitǐ)有：質粒，λ噬菌體的衍生物，動植物病毒等第二十五頁，共33頁。質粒是什么(shénme)？

質粒是細菌染色體以外的小的環狀的DNA分子(fēnzǐ)，它不是細菌生存所必須的，但可復制、并穩定地遺傳下去思考：為什么在進行(jìnxíng)基因操作時，真正被用作載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行(jìnxíng)人工改造的？第二十六頁，共33頁。練習(liànxí)在基因工程中，切割運載(yùnzài)體和含有目的基因的DNA片段，需使用（）同種限制酶B.兩種限制酶同種連接酶D.兩種連接酶基因工程常用的受體細胞有（）(1)大腸桿菌（2）枯草桿菌（3）支原體（4）動植物細胞A.（3）（4）B.（1）（2）（4）C.（2）（3）（4）D.（1）（2）（3）第二十七頁，共33頁。不屬于(shǔyú)質粒被選為基因運載體的理由是A、能復制（）B、有多個限制酶切點C、具有標記基因D、它是環狀DNAD練習(liànxí)第二十八頁，共33頁。1、下列不適合用于基因工程的運載體是（）A、質粒B、噬菌體C、細菌D、病毒選我C2、下列說法正確的是：（）A、限制酶的切口一定是GAATTC堿基序列B、質粒是基因(jīyīn)工程中唯一的運載體C、重組技術所用的工具酶是限制酶、連接酶、運載體D、利用運載體在宿主細胞內對目的基因(jīyīn)進行大量復制的過程可稱為“克隆”選我D審題第二十九頁，共33頁。模擬制作：

重組(zhònɡzǔ)DNA分子的模擬制作剪刀(jiǎndāo)——EcoRⅠ透明膠條——DNA連接酶EcoRⅠ的識別(shíbié)序列：GAATTC第三十頁，共33頁。模擬制作：

重組(zhònɡzǔ)DNA分子的模擬制作思考和討論：你模擬插入DNA片段能稱得上是一個基因嗎？如果你操作失誤，堿基不能配對，可能是什么原因造成的？進一步模擬操作： 如果你有興趣(xìngqù)，可自制SmaⅠ切割位點的紙板，然后按照上述步驟剪切和連接，制成一個新的重組DNA分子第三十一頁，共33頁。1.1