专题一一 基因工程基因工程 基因工程的概念：基因工程的概念： 又叫做基因拼接技又叫做基因拼接技术术或或DNADNA重重组组技技术术。通俗的。通俗的说说，就是按照人，就是按照人们们的志愿，把一种生物的某种基的志愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修因提取出来，加以修饰饰改造，然改造，然后放到另一种生物的后放到另一种生物的细细胞里，定胞里，定向地改造生物的向地改造生物的遗传遗传性状。性状。基因重基因重组生物体外生物体外基因基因DNA分子程度分子程度剪切剪切拼接拼接导入入表达表达获得人得人们所需求的基因所需求的基因产物物回想：回想：优点：点：定向地改造生物的定向地改造生物的遗传性状；性状；实现基因在不同物种之基因在不同物种之间的的转移，迅速培育移，迅速培育出生物新种出生物新种类1 1基因拼接的基因拼接的实际实际根底根底(1)(1)大多数生物的大多数生物的遗传遗传物物质质是是DNADNA。(2)DNA(2)DNA的根本的根本组组成成单单位都是四种脱氧核苷酸。位都是四种脱氧核苷酸。(3)(3)双双链链DNADNA分子的空分子的空间间构造都是构造都是规规那么的双那么的双螺旋构造。螺旋构造。一、基因工程诞生的实际根底一、基因工程诞生的实际根底2 2外源基因在受体内表达的外源基因在受体内表达的实际根底根底(1)(1)基因是控制生物性状的独立基因是控制生物性状的独立遗传单位。位。(2)(2)遗传信息的信息的传送都遵照中心法那么。送都遵照中心法那么。(3)(3)生物界共用一套生物界共用一套遗传密密码。一。一样的的遗传信息在信息在 不同的生物体内表达出一不同的生物体内表达出一样的蛋的蛋白白质。1.1DNA1.1DNA重重组技技术的根本工具的根本工具 工工欲欲善善其其事事必必先先利利其其器器准确切割准确切割DNA的工具的工具“分子手分子手术刀刀限制性核酸内切限制性核酸内切酶 限制限制酶DNA片段的片段的衔接工具接工具“分子分子缝合合针DNA衔接接酶基因基因转移工具移工具“分子运分子运输车运运载体体二、二、DNADNA重组技术的根本工具重组技术的根本工具 限制性内切酶从哪里寻觅？限制性内切酶从哪里寻觅？1、来源：原核生物、来源：原核生物2、种、种类：约4000种种一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶限制限制酶的名字：的名字：是用生物属名的是用生物属名的头一个字母与种名的一个字母与种名的头两个字母，两个字母，组成了成了3个字母的略个字母的略语，以，以此来表示此来表示这个个酶是从哪个生物中分是从哪个生物中分别出出来的。例如，一种限制来的。例如，一种限制酶是从大是从大肠杆菌杆菌Escherchia coli的的R型菌株分型菌株分别出出来的，就用字母来的，就用字母EcoR表示；假表示；假设他是他是从大从大肠杆菌杆菌R型菌株中分型菌株中分别出来的第一出来的第一个限制个限制酶，那么，那么进一步表示成一步表示成EcoRI3、限制、限制酶专注性注性 识别一种特定的核苷酸序列，并且能在一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割特定的切点上切割DNA分子。分子。限制酶切割的是什么？限制酶切割的是什么？两个脱氧核两个脱氧核苷酸之苷酸之间的的磷酸二磷酸二酯键.黏性末端黏性末端 当限制当限制酶从从识别序列的中心序列的中心轴线两两侧切切开开时，被限制，被限制酶切开的切开的DNADNA两条两条单链的切的切口，口，带有几个伸出的核苷酸，他有几个伸出的核苷酸，他们之之间正正好互好互补配配对，这样的切口叫黏性末端。的切口叫黏性末端。平末端平末端 当限制当限制酶酶从从识别识别序列的中心序列的中心轴线处轴线处切切开开时时，切开的，切开的DNADNA两条两条单链单链的切口，是平的切口，是平整的，整的，这样这样的切口叫平末端。的切口叫平末端。1、来源：原核生物、来源：原核生物2、种、种类：约4000种种3、特点：、特点：专注性注性4、切割位点：磷酸二、切割位点：磷酸二酯键5、构成末端：黏性末端、平末端、构成末端：黏性末端、平末端？寻根问底：根据他掌握的知识，寻根问底：根据他掌握的知识，他能推测这类酶存在于原核生他能推测这类酶存在于原核生物中的作用是什么吗物中的作用是什么吗一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶防止外来病原物的防止外来病原物的损害。当外源害。当外源DNADNA侵侵入入时，会利用限制，会利用限制酶将外源将外源DNADNA切割掉，切割掉，以保以保证本身的平安。所以，限制本身的平安。所以，限制酶在原在原核生物中主要起到切割外源核生物中主要起到切割外源DNADNA、使之、使之失效，从而到达失效，从而到达维护本身的目的。本身的目的。原核生物本身的原核生物本身的DNADNA分子能分子能否会被本身存在的限制否会被本身存在的限制酶切切割？割？为什么？什么？细菌中限制酶之所以不切断本身细菌中限制酶之所以不切断本身DNADNA，是，是由于微生物在长期的进化过程中构成了由于微生物在长期的进化过程中构成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNADNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNADNA分子中或分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者经过甲基化酶将甲基转移到所识别或者经过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，虽然细菌中含有某种限制酶也不这样，虽然细菌中含有某种限制酶也不会使本身的会使本身的DNADNA被切断。被切断。DNA衔接酶链接的是什么衔接酶链接的是什么二、二、DNADNA链接酶链接酶磷酸二磷酸二酯键磷酸二磷酸二酯键二、二、DNADNA链接酶链接酶 可把黏性末端之可把黏性末端之间间的的缝缝隙隙“缝缝合起来，合起来，Ecoli DNAEcoli DNA衔衔衔衔接接接接酶酶酶酶或或或或T4DNAT4DNA衔衔衔衔接接接接酶酶酶酶即恢复被限制即恢复被限制即恢复被限制即恢复被限制酶酶切开的两个核苷酸之切开的两个核苷酸之切开的两个核苷酸之切开的两个核苷酸之间间的磷酸二的磷酸二的磷酸二的磷酸二酯键酯键T4 DNA衔衔接接酶酶还还可把平末端之可把平末端之间间的的缝缝隙隙“缝缝合合起来，但效率起来，但效率较较低低T4DNAT4DNA衔衔衔衔接接接接酶酶酶酶1、种类：、种类：2、作用：、作用：两两类Ecoli DNA衔衔接接酶酶T4 DNA衔衔接接酶酶 将双将双将双将双链链 DNA DNA片段片段片段片段“ “缝缝合起来，恢复被限制合起来，恢复被限制合起来，恢复被限制合起来，恢复被限制酶酶切开切开切开切开的两个核苷酸之的两个核苷酸之的两个核苷酸之的两个核苷酸之间间的磷酸二的磷酸二的磷酸二的磷酸二酯键酯键 。二、二、DNADNA链接酶链接酶寻根根问底：底：DNA衔接接酶与与DNA聚合聚合酶是一回事是一回事吗?为什么什么?1)1)只能将只能将单单个核苷酸个核苷酸衔衔接到已有的核酸片段上，接到已有的核酸片段上，构成磷酸二构成磷酸二酯键酯键构成磷酸二构成磷酸二酯键1)1)在两个在两个DNADNA片段之片段之间间构成磷酸二构成磷酸二酯键酯键2)2)以一条以一条DNADNA链为链为模板，模板，将将单单个核苷酸个核苷酸经过经过磷酸磷酸二二酯键衔酯键衔接成一条互接成一条互补补的的DNADNA链链2)2)将将DNADNA双双链链上的两上的两个缺口同个缺口同时衔时衔接起来，接起来，不需求模板不需求模板1、作用：将目的基因、作用：将目的基因导入受体入受体细胞胞2、常用运、常用运载体：体：1质粒粒2噬菌体噬菌体3动植物病毒植物病毒三、运载体三、运载体3、运、运载体需具体需具备的条件的条件1能自我复制能自我复制能能进入受体生物入受体生物细胞并在受体胞并在受体生物生物细胞内复制并表达；胞内复制并表达；2有多种限制有多种限制酶单一切点一切点便于与不同目的基因便于与不同目的基因结合合3有有遗传标志基因志基因便于察看便于察看4对受体受体细胞无害、易分胞无害、易分别真正被用作载体真正被用作载体的质粒，都是在的质粒，都是在天然质粒的根底天然质粒的根底上进展过人工改上进展过人工改造的。造的。小结小结DNA重组技术的根本工具重组技术的根本工具一、限制性核酸内切一、限制性核酸内切酶 限制限制酶来源：原核生物来源：原核生物特点：特点：专注性注性切割位点：磷酸二切割位点：磷酸二酯键末端：粘性末端末端：粘性末端 平末端平末端二、二、DNA衔接接酶种种类：EcoliDNA衔接接酶 T4DNA链接接酶缝合位点：磷酸二合位点：磷酸二酯键三、运三、运载体体种种类：质粒粒 噬菌体噬菌体 动植物病毒植物病毒特点：自我复制，具有一个或多个限制特点：自我复制，具有一个或多个限制酶切点切点 具有具有标志基因，志基因，对受体受体细胞无害胞无害以下是两种限制以下是两种限制酶切割后构成的切割后构成的DNA片段，片段，试分析：分析：GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中其中和和 是由一种限制是由一种限制酶切割构成的切割构成的 末端，两者要重末端，两者要重组成一个成一个DNA 分子，所用分子，所用DNA衔接接酶通常是通常是 。 2 和和 是由另一种限制是由另一种限制酶切割构成的切割构成的 末端，两者要构成重末端，两者要构成重组DNA片段，所用的片段，所用的衔接接酶通常通常是是 。T4DNA衔接接酶EcoliDNA衔接接酶课后练习课后练习据右图所示，有关工具酶功能的表达不正确的选项是据右图所示，有关工具酶功能的表达不正确的选项是 A. 限制性内切酶可以切断限制性内切酶可以切断a处，处，DNA衔接酶可以衔接衔接酶可以衔接a处处B. DNA聚合酶可以衔接聚合酶可以衔接a处处C. 解旋酶可以使解旋酶可以使b处解开处解开D. 衔接衔接C处的酶可以为处的酶可以为DNA衔接酶衔接酶D