1、设想一设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想二设想二 能否让微生物产生出人的胰岛素、干能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？扰素等珍贵的药物？设想三设想三 经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于2020世纪世纪7070年代创立了可以定向改造生物的新技年代创立了可以定向改造生物的新技术术基因工程基因工程。19731973年，美国科学家科恩将两种不同来源的年，美国科学家科恩将两种不同来源的DNADNA分子进行体外重组，并首次实现了在大肠杆菌中分子进行体外重组，并首次实现了在大
2、肠杆菌中的表达，创立了定向改造生物的新技术的表达，创立了定向改造生物的新技术基因基因工程工程。专题专题1 1 基因工程基因工程 从科技探索之路中可以看出：从科技探索之路中可以看出：说明没有说明没有 的研究成果，没有的研究成果，没有 的创新的创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。阅读选修阅读选修3 3现代生物科技专题的目录，找出现现代生物科技专题的目录，找出现代生物科技包括哪些工程？代生物科技包括哪些工程？基因工程、蛋白质工程、细胞工程、基因工程、蛋白质工程、细胞工程、胚胎工程、胚胎工程、生态工程生态工程 基础理论基础理论 技术技术 什么叫基
3、因工程？什么叫基因工程？基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过计，并通过体外体外DNADNA重组重组和和转基因技术转基因技术，赋予生物赋予生物以新的遗传特性以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的，从而创造出更符合人们需要的新新的生物类型的生物类型和和生物产品生物产品。由于基因工程是在。由于基因工程是在DNADNA分分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNADNA重组重组技术。技术。一、基因工程的概念一、基因工程的概念 基因工程的别名基因工程的别名 操作环境操作环境 操作对象操作对象 操作水平操作水平
4、基本过程基本过程 实质实质 结果结果 DNADNA重组技术重组技术 生物体外生物体外 基因基因 DNADNA分子水平分子水平 新生物类型和生物产品新生物类型和生物产品 剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达 基因重组基因重组（定向）（定向）它是一种按照人们愿望，定向改造生物遗传特性的它是一种按照人们愿望，定向改造生物遗传特性的技术。技术。在在DNADNA分子水平上进行操作。分子水平上进行操作。是在体外进行的人为的基因重组。是在体外进行的人为的基因重组。一旦成功，便可遗传。一旦成功，便可遗传。主要技术是主要技术是体外体外DNADNA重组技术重组技术和和转基因技术。转基因技术。基因工程的特点：基因
5、工程的特点：转基因抗虫棉转基因抗虫棉 抗虫棉抗虫棉 普通棉普通棉 基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？导入导入 普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌 提取提取 抗虫基因抗虫基因 棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)重组重组DNADNA 形成形成 关键步骤一：关键步骤一：关键步骤二：关键步骤二：关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来 形成重组形成重组DNADNA 重组重组D
6、NADNA导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？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：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：“分子手术刀”“分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 “分子缝合针”“分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶 “分子运输车”“分子运输车”运载体运载体 （一）“分子手术刀”（一）“分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 二、基因操作的工具二、基因操作的工具 切割切割DNADNA的工具是的工具是限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶，又称，又称限制酶限制酶。这类
7、酶主要从原核生物中分离纯化出来的，迄这类酶主要从原核生物中分离纯化出来的，迄今为止已从近今为止已从近300300种不同的微生物中分离出了种不同的微生物中分离出了约约40004000种限制酶。种限制酶。（简称限制酶）（简称限制酶）限制性核酸内切酶能够限制性核酸内切酶能够识别识别双链双链DNADNA分子分子的某种特定核的某种特定核苷酸序列苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之两个核苷酸之间间的的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。T 磷磷酸酸二二酯酯键键 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A A A T T G C C T T A A G 识别双链识别双链DN
8、ADNA分子的某种分子的某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。主要是从主要是从原核生物原核生物中分离纯化出来的。中分离纯化出来的。40004000种。种。1 1、来源：、来源：2 2、种类：、种类：3 3、作用：、作用：4 4、结果：、结果：形成两种末端形成两种末端（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”黏性末端黏性末端 平末端平末端 能将外来的能将外来的DNADNA切断切断，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在DNADNA分子分子内部进行
9、的，故名限制性核酸内切酶。内部进行的，故名限制性核酸内切酶。大肠杆菌的一种限制酶（大肠杆菌的一种限制酶（EcoREcoR）能识别）能识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶 限制酶限制酶 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？当限制酶在它识别的中心轴线两侧将当限制酶在它识别的中心轴线两侧将DNADNA两条链切开时，切开的两条链切开时，切开的DNADNA两条单链的切口两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配它们之间正好互补配对对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。什么叫平末端？什么叫平末端？当限制酶当
10、限制酶在它识别序列的中心轴线处切开在它识别序列的中心轴线处切开时，时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是两条单链的切口，是平整平整的，的，这样的切口叫这样的切口叫平末端平末端。DNADNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的分子经限制性核酸内切酶切割产生的 DNADNA片段末端通常有哪两种形式？片段末端通常有哪两种形式？有有黏性末端黏性末端和和平末端平末端两种。两种。那么，在中心轴线两侧的双链那么，在中心轴线两侧的双链DNADNA上的碱基上的碱基有什么特点呢？有什么特点呢？不管是产生黏性末端还是平末端，在中心轴线两不管是产生黏性末端还是平末端，在中心轴线两侧的双链侧的双链DNADNA上的上
11、的碱基是旋转对称的。碱基是旋转对称的。要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？端？要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会怎样呢？会产生相同的黏性末端。会产生相同的黏性末端。是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就形是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就形成了重组的成了重组的DNADNA分子了分子了?实际还不够实
12、际还不够,还需要还需要DNADNA连接酶进行连接。连接酶进行连接。一种限制酶只能识别和切断特定的核苷酸序列，一种限制酶只能识别和切断特定的核苷酸序列，这是由限制酶的性质（这是由限制酶的性质（专一性或特异性专一性或特异性）决定）决定的。的。中轴线中轴线 思考：限制酶所识别的序列有什么特点？思考：限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列，都可以找限制酶所识别的序列，都可以找到一条中心轴线，中心轴线两侧到一条中心轴线，中心轴线两侧的双链的双链DNADNA上的上的碱基是旋转对称碱基是旋转对称的的。限制酶在限制酶在DNADNA的任何部位都能将的任何部位都能将DNADNA切开吗？切开吗？问题探讨：
13、问题探讨：限制酶从哪里寻找？限制酶从哪里寻找？提示：联想以前学过的内容提示：联想以前学过的内容噬菌体侵染细菌的噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源外源DNADNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？化而不绝灭，有何保护机制？原核生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防原核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，当外源菌的一种防御性工具，当外源DNADNA侵
14、入时，会利用侵入时，会利用限制酶将外源限制酶将外源DNADNA切割掉，以保证自身的安全。所切割掉，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以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNADNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。使之失效，从而达到保护自身的目的。迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，联系你已有的知识，是从细菌或霉菌中提取出来的，联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNADNA？是因为微生物在长期进化过程中，含有某种限制是因为微
15、生物在长期进化过程中，含有某种限制酶的细胞，酶的细胞，其其DNADNA分子中或者不具备这种限制酶的分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的的DNADNA被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源DNADNA的入侵的入侵 将切下来的将切下来的DNADNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNADNA分子分子,是靠是靠DNADNA连接酶来完成的。连接酶来完成的。
16、19671967年，世界上几个实验室几乎同时发现了一年，世界上几个实验室几乎同时发现了一种能够将两条种能够将两条DNADNA链连接起来的酶，称之链连接起来的酶，称之DNADNA连接酶。连接酶。根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称为类：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称为E.coliDNAE.coliDNA连接酶连接酶;另一类是从另一类是从T T4 4噬菌体中分噬菌体中分离出来的离出来的,称为称为T T4 4DNADNA连接酶连接酶。这两类酶都是将双链这两类酶都是将双链DNADNA片段片段“缝合”起缝合”起来，来，恢复恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键，但这两种酶的作用有所差别：，但这两种酶的作用有所差别：E.coliDNAE.coliDNA连接酶只能将双链连接酶只能将双链DNADNA片段互补片段互补的黏性末端之间连接起来，的黏性末端之间连接起来，不能将双链不能将双链DNADNA片段平末端之间进行连接。而片段平末端之间进行连接。而T T4 4DNADNA连接酶连接酶既可
