1、第一章基因工程,1.1 工具酶的发现和基因工程的诞生,Hcg2009.7,The camelecow,基因工程是狭义的遗传工程，但广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质（细胞核、染色体脱氧核糖核酸等）移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。基因工程的核心是构建重组DNA分子，因此，早期也将基因工程称为重组DNA技术。,什么是基因工程,什么叫基因工程？,基因工程又叫基因拼接技术或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
2、要的基因产物。,（一）基因工程的概念,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,基因工程的概念,为什么人的基因可以导入大肠杆菌内？ 为什么人的基因可以在大肠杆菌内表达？基因工程基础： （1）DNA的规则双螺旋结构是基因工程的物质基础； （2）不同生物共用一套密码子是理论基础； （3）运载体和工具酶的发现为基因工程的提供了技术基础。,DNA重组技术的基本工具,准确切割DNA的工具（“分子手术刀”） DNA片段的连接工具（“分子缝合针”） 基因转移工具（“分子运输车”）,基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作
3、，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：,限制性核酸内切酶,限制酶切割的是哪个部位的键?,重播,识别和切割双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,微生物,4000种。,形成两种末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,特异性,限制酶切割DNA后形成的末端黏性末端、平末端是如何形成的？,重播,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,什么叫黏性末端？,当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，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，他们之间正好互补配对，
4、这样的切口叫黏性末端。,什么叫平末端？,当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,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？可产生几个黏性末端？,要切两个切口，产生四个黏性末端。,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？,会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,思考,基因的针线DNA连接酶,切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，你觉得可以用什么酶？,2. DNA连接酶“分子缝合针”,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来
5、，这样一个重组的DNA分子就形成了。,连接的部位 磷酸二酯键（梯子的扶手） 而不是氢键（梯子的踏板）。 结果 两个DNA相同的黏性末端连接起来。,二、DNA连接酶,基因的针线：DNA连接酶,基因进入受体细胞的载体,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是载体。,基因进入受体细胞的载体,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？ 如果载体对受体细胞有害将怎样？,作为载体的必要条件,能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 具多个限制酶切点，以便与外源基
6、因连接。 能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达； 具有某些标记基因，便于进行筛选。 对受体细胞无害 比较容易得到,“分子运输车” 运载体,1.作用：2.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒,将外源基因送入受体细胞。,质粒的特点:,1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。,3、基因的运输工具运载体,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，将来可用含青霉素的培养基鉴别。,科技探索之路,基因工程诞生的理论基础：,DNA是生物遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的确立 以及遗传信息
7、传递方式的认定,基因工程的技术保障,限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体,本节归纳,练习,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,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,练习,3.下列说法正确的是 （ ） 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载体 C、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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,练习,C,4.有关基因工程的叙
8、述中，错误的是（ ）A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种B、重组DNA的形成在细胞内完成C、目的基因须由载体导入受体细胞D、质粒可作为载体,练习,B,over,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,思考,在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？ 现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保持一种稳定状态？ 怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？,一、限制性核酸内切酶 早在1970年，从细菌中分离得到。1994年分离到
9、2300多种，常用200多种，主要从微生物分离。限制性核酸内切酶是能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。（一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。） EcoRI G AATTC CTTAA GA AGCTT TTCGA A识别反向重复序列，切割后形成黏性末端。,基因操作的工具,“分子缝合针”DNA连接酶,根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类： 1.从大肠杆菌中分离得到：E.coliDNA连接酶，只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接。 2.从T4噬菌体中分离到： T4连接酶，既可以“缝合”双链DNA片段互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,
