資源簡介

(共25張PPT)
第1節(jié) 基因工程及其技術
第1課時
通過動畫演示和小組討論，闡明限制酶、DNA連接酶和載體的作用。
01
通過資料分析和科學史的學習，闡明基因工程的概念和發(fā)展歷程。
02
通過了解基因工程的發(fā)展歷程，認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開多個學科的理論研究和技術創(chuàng)新。
03
我國是棉花的生產(chǎn)和消費大國，棉花在種植過程中常常會受到棉鈴蟲的侵襲，這會使棉花大量減產(chǎn)。大量施用農(nóng)藥不僅提高了生產(chǎn)成本，還可能造成農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污染。如果能培育出自身能抵抗棉鈴蟲的棉花就能解決這個問題。
棉花本身不具有“殺蟲基因”，而蘇云金桿菌有一種“殺蟲基因”，它能通過編碼產(chǎn)生抗蟲蛋白來殺死棉鈴蟲。
基因工程
怎樣就能獲得抗蟲棉？
一、基因工程是在多學科基礎上發(fā)展而來的
任務一：閱讀課本p86相關內(nèi)容，總結(jié)基因工程發(fā)展的歷程，完成下列表格。
時間 科學家 發(fā)現(xiàn)
1957 科恩伯格 首次在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了 聚合酶
1967 羅思和海林 斯基 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運工具——______（細菌擬核之外一種具有
___________能力的__________分子）；其他科學家
發(fā)現(xiàn)了__________
1970 特明和巴爾 的摩 在 “腫瘤”病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶
史密斯 從流感嗜血桿菌中分離到一種特異性很強的
__________________
質(zhì)粒
環(huán)狀DNA
連接酶
自我復制
限制性內(nèi)切核酸酶
時間 科學家 發(fā)現(xiàn)
1972 伯格 首次實現(xiàn)了 DNA 分子______重組
1973 科恩 將大腸桿菌不同的質(zhì)粒重組，并轉(zhuǎn)化大腸桿菌，獲得了成功
1973 科恩和博耶 將非洲爪蟾核糖體蛋白基因的 片段與大腸桿菌的質(zhì)粒進行重組，再用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，成功轉(zhuǎn)錄出相應的 ，這說明________________________________________
1976 — 科學家用質(zhì)粒為載體，將生長激素釋放抑制因子基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌，并于1977年首次生產(chǎn)出生長激素釋放抑制因子
1977 桑格 測定了一種噬菌體的基因組序列，人類首次對
____________的核苷酸排列順序進行測定
真核生物的基因可以在原核生物中進行表達
完整基因組
體外
下列為基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：
蘇云金芽孢桿菌
提取
抗蟲基因
普通棉花(無抗蟲特性)
棉花細胞(含抗蟲基因)
與運載體DNA拼接，導入
棉花植株(有抗蟲特性)
表達
思考1：根據(jù)抗蟲棉培育的簡要過程，你能總結(jié)出什么是基因工程，以及基因工程需要哪些工具嗎？
1.基因工程概念
二、基因工程的基本工具
操作環(huán)境 ______
操作方法 人工“______”和“______”
操作過程 將外源目的基因與載體 進行組合形成__________，然后導入__________，并使其在受體細胞中______
操作原理 基因重組
目的 產(chǎn)生人類需要的__________
體外
剪切
拼接
重組
受體細胞
表達
基因產(chǎn)物
2.基因工程基本工具：
“分子剪刀”：限制酶“分子黏合劑”：DNA 連接酶“分子搬運工”：載體
（1）“分子剪刀”——限制性內(nèi)切核酸酶
來源：
主要是從原核生物中分離純化出來的
功能：
能識別 DNA 分子上特定的脫氧核苷酸序列，并使每條鏈中特定部位的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開
結(jié)果：
形成黏性末端或平末端
5’
5’
3’
3’
5’
3’
3’
5’
EcoR I
（在 G 與 A 之間切割）
中軸線
黏性末端
Sma I
（在 G 與 C 之間切割）
平末端
中軸線
錯位切
平切
常見的兩種限制酶——EcoRI 限制酶和SmaI 限制酶
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
動畫演示
SmaⅠ
平末端　　　平末端
動畫演示
1.你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？
2.為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？
缺乏特定的核苷酸序列或該序列被修飾
破壞外源DNA，保護自我
小組討論1：
5’—G
3’—CCTAG
①
5’—T
3’—ACTAG
②
5’—
3’—CTAG
③
GATCC—3’
G—5’
GATCA—3’
T—5’
GATC—3’
—5’
④
⑤
⑥
5’—TGATCA—3’
3’—ACTAGT—5’
5’—GATC—3’
3’—CTAG—5’
5’—GGATCC—3’
3’—CCTAGG—5’
小組討論2：
哪些片段是由同一限制酶切割得到？
分布：
廣泛存在于各種生物體內(nèi)
作用：
將被酶切的DNA片段拼接成新的DNA分子，在DNA復制、修復以及
體內(nèi)外重組過程中起著重要作用
常用種類及作用：
種類
來源
作用
相同點 E.coli DNA 連接酶
T4 DNA 連接酶
大腸桿菌
T4 噬菌體
只能將具有互補黏性末端的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段
既可以連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端，又可以連接雙鏈DNA片段的平末端（但連接平末端的效率相對較低）
恢復的都是磷酸二酯鍵
（2）“分子黏合劑”——DNA連接酶
A
G
C
C
T
G
A
G
C
C
T
G
氫鍵
T
G
A
C
C
G
T
G
A
C
C
G
磷酸二酯鍵
磷酸二酯鍵
動畫演示
A A T T G
C
A
A
T
T
A
A
T
T
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
注意：DNA連接酶不能將單個脫氧核苷酸連接到DNA鏈上！
動畫演示
DNA連接酶 DNA聚合酶
相同點 作用實質(zhì) 化學本質(zhì) 不 同 點 模板
作用對象
作用結(jié)果
用途
都能催化形成磷酸二酯鍵
都是蛋白質(zhì)
不需要
需要
形成完整的重組DNA分子
形成DNA的一條鏈
基因工程
DNA復制
DNA連接酶與DNA聚合酶的比較
只能將單個核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵
在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵
酶 作用 作用的化學鍵
DNA連接酶
DNA聚合酶
解旋酶
DNA水解酶
RNA聚合酶
下列相關酶的生理功能及作用的化學鍵比較
連接兩個雙鏈DNA片段
磷酸二酯鍵
將單個脫氧核苷酸連接在DNA的一條鏈上
磷酸二酯鍵
打開DNA雙鏈上的氫鍵
氫鍵
將DNA水解為游離的脫氧核苷酸
磷酸二酯鍵
以DNA分子的一條鏈為模板，催化核糖核苷酸形成mRNA
磷酸二酯鍵
作用：
常用的載體：
質(zhì)粒（最常用）
λ 噬菌體的衍生物
動植物病毒等
（3）“分子搬運工”——載體
將外源基因送入受體細胞
①質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)：
裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力
②質(zhì)粒的來源：
質(zhì)粒存在于細菌和酵母菌等生物細胞中，最常用的是大腸桿菌質(zhì)粒
③質(zhì)粒的本質(zhì)：
環(huán)狀 DNA 分子
常見的載體——質(zhì)粒
1、能否用SARS病毒作為基因載體？
2、作為載體，若沒有插入位點將怎樣？
3、攜帶目的基因的載體是否進入了受體細胞，如何鑒定？
4、假如目的基因?qū)胧荏w細胞后不能復制，將怎樣？
不能
不能進行DNA的重組
載體上應有標記基因
可能造成基因丟失
小組討論3：
歸納載體必備的條件：
①在受體細胞中能保存下來并能大量復制；
②有一個至多個限制酶切割位點，供外源基因插入；
③有標記基因，便于篩選含重組 DNA 的細胞；
④對受體細胞無害，不影響受體細胞正常的生命活動。
基因工程
的工具
限制酶
主要存在于原核生物中
具有專一性(識別序列)
切開DNA分子的磷酸二酯鍵
DNA連
接酶
連接磷酸二酯鍵
種類
E.coliDNA連接酶
T4 DNA連接酶
載體
具備的
條件
結(jié)構(gòu)簡單,大小適中對受體細胞無害；能在宿主細胞中自我復制并穩(wěn)定存在；
具一個至多個限制酶切位點
具標記基因
質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒等
1.對下圖所示黏性末端的相關說法，不正確的是( )
C
A.甲、乙、丙的黏性末端是由各自不同的限制酶催化產(chǎn)生的
B.甲、乙的黏性末端可形成重組 分子，但甲、丙之間不能
C. 連接酶作用位點在 處，催化磷酸基團和脫氧核糖之間形成化學鍵
D.切割甲的限制酶不能識別由甲、乙片段形成的重組 分子
2.［多選］下列對限制酶和 連接酶的理解，錯誤的是( )
A. 限制酶能在特定部位的兩個核苷酸之間切斷磷酸二酯鍵
B. 連接酶可以恢復 分子中的氫鍵，將兩條 片段的黏性
末端之間的縫隙連接起來
C. 在基因工程操作中，可以用 聚合酶代替 連接酶
D. 限制酶廣泛存在于動植物體內(nèi)，微生物內(nèi)很少分布
BCD

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