浙科版浙科版2019版版选择性选择性必修三必修三第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第四章第四章 基因工基因工程程 运用运用转基因大肠杆菌生产人转基因大肠杆菌生产人胰岛胰岛素素 早期早期治疗糖尿病的胰岛素是从牛或猪的胰脏中提取的，由于其个别的氨基酸序列和人胰岛素治疗糖尿病的胰岛素是从牛或猪的胰脏中提取的，由于其个别的氨基酸序列和人胰岛素不一样，使用后会引发人体内的免疫反应。不一样，使用后会引发人体内的免疫反应。1982年年2月月5日，著名学术期刊日，著名学术期刊科学科学发表了科学家运发表了科学家运用基因工程技术使大肠杆菌合成人胰岛素的研究成果。此项基因工程技术经过完善，最终实现了大用基因工程技术使大肠杆菌合成人胰岛素的研究成果。此项基因工程技术经过完善，最终实现了大肠杆菌能够在装有培养液的发酵罐中大量生产人胰岛素，再经加工制成药品。通过基因工程获得的肠杆菌能够在装有培养液的发酵罐中大量生产人胰岛素，再经加工制成药品。通过基因工程获得的人胰岛素不仅价格低廉，而且疗效好，拯救了大批糖尿病患者。那么，什么是基因工程？科学家是人胰岛素不仅价格低廉，而且疗效好，拯救了大批糖尿病患者。那么，什么是基因工程？科学家是如何完成上述过程的呢？如何完成上述过程的呢？浙科版浙科版2019版版选择性选择性必修三必修三第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第四章第四章 基因工程基因工程第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第一节基因工程赋予生物新的遗传特性第一节基因工程赋予生物新的遗传特性第第1课时基因工程的工具与活动：课时基因工程的工具与活动：DNA的粗提取和鉴定的粗提取和鉴定 多多个生物学分支学科的发展为基因工程的诞生提供了个生物学分支学科的发展为基因工程的诞生提供了理论基础，理论基础，重要工具的发现重要工具的发现为基因工程的实现提供了为基因工程的实现提供了技术支持技术支持。在此基础上建立的基因工程包括一系列在此基础上建立的基因工程包括一系列操作程序操作程序，可以使生物，可以使生物获得新的遗传性状获得新的遗传性状。那么那么，什么是，什么是基因工程基因工程？基因工程需要什么工具？如何进？基因工程需要什么工具？如何进行？行？1.基因工程基因工程(重组重组DNA技术技术)定义：定义：有意识地把一个人们所需要有意识地把一个人们所需要 的基因转入的基因转入另一个另一个生物体生物体中，使后者获得新的中，使后者获得新的遗传性状遗传性状或表达或表达所需要产物的技术。所需要产物的技术。2.操作水平：操作水平：分子分子水平。水平。一一.基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来产生人类需要的基因产物产生人类需要的基因产物基因重组基因重组基本原理：基本原理：工程结果：工程结果：让目的基因在宿主细胞中稳定高效地表达让目的基因在宿主细胞中稳定高效地表达操作目的：操作目的：基本过程：基本过程：剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达（不产生新基因，产生新物种吗？）（不产生新基因，产生新物种吗？）从此大肠杆菌的身上得到了世界上从没有过的基因？从此大肠杆菌的身上得到了世界上从没有过的基因？3.基因工程诞生的理论基础基因工程诞生的理论基础包括：包括：DNA是遗传物质的是遗传物质的证明证明、DNA双螺旋结构的发现和双螺旋结构的发现和“中心法则中心法则”的确立、的确立、遗传信息遗传信息的传递和表达的传递和表达的机制的机制认定认定、遗传密码的遗传密码的破译破译。一一.基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来自然界中不同自然界中不同生物共用一套遗传密码，这意味着同一个基因，生物共用一套遗传密码，这意味着同一个基因，在不同生物体内将会表达出相同的蛋白质。例如，人的胰岛素在不同生物体内将会表达出相同的蛋白质。例如，人的胰岛素基因在大肠杆菌细胞内，能利用同人类一样的遗传密码合成人基因在大肠杆菌细胞内，能利用同人类一样的遗传密码合成人的的胰岛素。胰岛素。异种生物的异种生物的DNA拼接成功的原因：拼接成功的原因：一一种生物基因在另一种生物细胞内能够表达成功的原因种生物基因在另一种生物细胞内能够表达成功的原因：所有生物的所有生物的DNA具有相同的化学组成（脱氧核苷酸）和具有相同的化学组成（脱氧核苷酸）和空间结构（双螺旋结构）。空间结构（双螺旋结构）。各种生物共用一套遗传密码。各种生物共用一套遗传密码。4.基因工程诞生的技术保障基因工程诞生的技术保障（工具）（工具）：限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶、DNA连接酶连接酶和和载体载体的发现与应用。其中，的发现与应用。其中，限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶和和DNA连接酶连接酶为基因的为基因的分离和重组提供了必要的手段分离和重组提供了必要的手段（工具酶）（工具酶），而而载体载体能够将外源基因运送能够将外源基因运送到细胞中。到细胞中。5.基因工程核心技术：基因工程核心技术：构建构建重组重组DNA分子分子。小思考：基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组小思考：基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？的主要区别是什么？【答案】有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种【答案】有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种内进行；基因工程可以在不同物种间进行，并且方向性强，可以内进行；基因工程可以在不同物种间进行，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。定向地改变生物的性状。基因工程的优点基因工程的优点与杂交育种相比：克服与杂交育种相比：克服远缘杂交不远缘杂交不亲和障碍亲和障碍与诱变育种相比：能定向地改造生物的遗传性状与诱变育种相比：能定向地改造生物的遗传性状1限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶(1)主要来源主要来源：细菌细菌等等微生物微生物。（酵母菌酵母菌中也有中也有发现）发现）(2)存在于细菌等微生物中的作用：存在于细菌等微生物中的作用：破坏破坏外源外源DNA，自身，自身DNA不会被不会被破坏破坏（自身自身DNA经过相应的化学修饰经过相应的化学修饰），起到保护作用，是其进化出的起到保护作用，是其进化出的一一种种防御机制防御机制。（将外源（将外源DNA分子从内部剪切成分子从内部剪切成片段片段，不是，不是核苷酸核苷酸）(3)作用特点：作用特点：识别识别双链双链DNA上特定的一上特定的一小段小段核苷酸核苷酸序列序列，并催化其，并催化其中特定的两个核苷酸之间中特定的两个核苷酸之间的的磷酸二酯磷酸二酯键键水解水解，使得，使得DNA双链在特定的位双链在特定的位置置断开断开。一般一般48个核苷酸对，个核苷酸对，6个核苷酸对最个核苷酸对最常见。常见。二、对二、对DNADNA进行剪切、连接和复制，实现重组进行剪切、连接和复制，实现重组DNADNA技术的基础技术的基础思考思考能否切割烟草花叶病毒上人们想要的目的基因？能否切割烟草花叶病毒上人们想要的目的基因？基因工程基因工程重要工具重要工具的发现将体外重组的发现将体外重组DNA技术变为现实技术变为现实（4）、）、作用部位：作用部位：磷酸二酯键磷酸二酯键专一性专一性-识别识别特定的序列特定的序列、有、有特定的切点特定的切点（5）、）、作用特点：作用特点：EcoRI识别识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间之间切开（催化特定的两个切开（催化特定的两个磷酸磷酸二酯二酯键键）限制酶在切断限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸（末端有凸出的单链部分时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸（末端有凸出的单链部分），），他们他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为为黏性黏性末端末端。55553333黏性黏性末端：末端：被限制酶切开后的被限制酶切开后的DNA的两条单链的切口处，的两条单链的切口处，各带有几个伸出的无互补配对的核苷酸序列，这个序列叫，这个序列叫黏性末端黏性末端。（末端有凸出的单链部分）（末端有凸出的单链部分）思考一：用限制酶切割后的用限制酶切割后的DNADNA分子，有几分子，有几个黏性个黏性末端？这几末端？这几个黏性个黏性末端有何特点？末端有何特点？两个，黏性末端相同且它们之间正好能够互补配对。平末端平末端：平切：平切黏性黏性末端末端：错切：错切作用结果：作用结果：5-GGATCC-33-CCTAGG-5BamH5-TGATCA-33-ACTAGT-5Bcl5-AGATCT-33-TCTAGA-5Bgl思考二：用用不同种不同种限制酶切割限制酶切割不同的不同的DNADNA分子分子，黏性，黏性末端可能互补配对吗？末端可能互补配对吗？有可能用限制性核酸内切酶剪切不同的用限制性核酸内切酶剪切不同的DNA分子得到了不同来源的片段，具有互补配对分子得到了不同来源的片段，具有互补配对的的黏性黏性末端末端或平末端。这正是能将不同来源的或平末端。这正是能将不同来源的DNA片段片段连接连接起来起来的基础。的基础。思考三：限制性限制性核酸内切核酸内切酶酶I I的识别序列和切点的识别序列和切点是是G GGATCCGATCC 限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶IIII的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATCGATC下图表示含有某目的基因的下图表示含有某目的基因的DNADNA分子片段。分子片段。（1 1）要要想想获获得得某某个个特特定定的的基基因因，至至少少需需要要几几个个限限制制性性酶酶切切位位点点，切切断断几几个磷酸二酯键？产生几个黏性末端？个磷酸二酯键？产生几个黏性末端？（2 2）若想将目的基因剪切下来，应选择何种限制性内切酶？）若想将目的基因剪切下来，应选择何种限制性内切酶？至少需要2 2个限制酶的切点,切断4 4个磷酸二酯键,产生4 4个黏性末端酶IIII专一性专一性-识别识别特定的序列特定的序列、有、有特定的切点特定的切点2 2、DNADNA连接酶（连接酶（T4T4噬菌体、大肠杆菌）噬菌体、大肠杆菌）两条链的骨架部分，形成两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键磷酸二酯键 连接部位：连接部位：具有相同黏性末端的两具有相同黏性末端的两个不同来源的个不同来源的DNA片段连接起来，片段连接起来，形成形成重组重组DNA分子分子。结果：结果：限制酶和限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，只是一个是切开，一个是连接只是一个是切开，一个是连接注意：注意：CGGCCGTTAAAATTGCTATA氢键的断裂与形成氢键的断裂与形成与限制酶、与限制酶、DNA连接酶无关。连接酶无关。专一性？CGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGTTAAAATTGCGCGCTAATCGTTAAAATTGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA用同一种限制酶来切割两种来源不同的用同一种限制酶来切割两种来源不同的DNA，会产生相同的黏性末端。会产生相同的黏性末端。E.coli DNAE.coli DNA连接酶：连接酶：来源：来源：大肠杆菌大肠杆菌作用：作用：连接连接黏黏性性末端末端TT4 4 DNADNA连接酶连接酶：来源：来源：T T4 4噬菌体噬菌体作用：作用：连接连接黏黏性末端、性末端、平末端（低）平末端（低）常用种类：常用种类：2、与与DNA相关的几种酶的相关的几种酶的比较比较 项目项目DNA连接酶连接酶限制酶限制酶DNA聚合酶聚合酶解旋酶解旋酶作用部位作用部位 磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键 磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键碱基对间的氢键作用对象作用对象 DNA片段片段DNA分子分子单个的脱氧核苷酸单个的脱氧