赋予受体细胞相应抗生素抗性-课件.ppt
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1、第三节基因工程简介知识目标:知识目标:1简述基因工程的概念简述基因工程的概念2简述基因操作的三种基本工具的作用简述基因操作的三种基本工具的作用3简述基因工程的原理和基本操作程序简述基因工程的原理和基本操作程序4举例说出基因工程所取得的成果和发展前景举例说出基因工程所取得的成果和发展前景 基因工程的基本内容基因工程的基本内容 基因操作的工具基因操作的工具 基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 基因工程的成果与发展前景基因工程的成果与发展前景 基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业 基因工程与环境保护基因工程与环境保护精品资料 你怎么称呼老师?如
2、果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你是否会认为老师的教学方法需要改进?你所经历的课堂,是讲座式还是讨论式?教师的教鞭“不怕太阳晒,也不怕那风雨狂,只怕先生骂我笨,没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早”新课标:普通高中课程标准实验教科书新课标:普通高中课程标准实验教科书科技探索之路科技探索之路 基础理论和技术的发展催生了基因工程基础理论和技术的发展催生了基因工程1.1DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具1.2基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 拓展视野拓展视野 历史不能忘记中国科学家对历史不能忘记中国科学家对PCRPCR的贡献的贡献1.3基因工程的应用基
3、因工程的应用 拓展视野拓展视野 神奇的基因芯片神奇的基因芯片1.4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起选修选修3现代生物科技专题现代生物科技专题专题专题1基因工程基因工程基础理论和技术的发展催生了基因工程基础理论和技术的发展催生了基因工程基因工程理论上三大突破:基因工程理论上三大突破:(1)DNA是遗传物质是遗传物质1943 美 Avery 肺炎双球菌的转化实验等。(2)DNA双螺旋结构双螺旋结构1953 美 Watson 英Crick DNA双螺旋模型;1958M.Meselson&F.Stahl用实验证明了半保留复制,不同基因具有相同不同基因具有相同的物质基础。的物质基础。(3)64个密码子破
4、译和中心法则的确立个密码子破译和中心法则的确立1958 Watson and Crick 提出中心法则,阐明了遗传信息的流动方向,多肽与基因之间存在对应多肽与基因之间存在对应关系。关系。密码形式使遗传学在分子水平上得到解释,密码子是通用的密码子是通用的技术上三大发明:技术上三大发明:(1)基因转移载体的发现基因转移载体的发现1967,T.F.Roth&D.R.Helinski,发现质粒的自我复制能力,并能够在细菌之间转移。基因是可以转移的。基因是可以转移的。(2)工具酶的发明工具酶的发明1972 H.C.Smith、W.Arber&D.Nathans从流感嗜血杆菌中分离得到限制性内切酶;197
5、0年,逆转录酶的发现使真核细胞的 基因制备成为可能;此后,多种限制酶和连接酶发现。基因是可切割基因是可切割的。的。(3)DNA体外重组的实现体外重组的实现1972年,美 Berg 第一次构建出了体外重组DNA分子。重组重组DNA表达实验的成功表达实验的成功1973,H.Boyer&S.Cohen选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC101,使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中,转录出相应的mRNA。基因基因工程诞生元年工程诞生元年H.Boyer&S.Cohen技术进一步推动基因工程的发展:技术进一步推动基因工程的发展:(1)第一例转基因动物和转
6、基因植物问世第一例转基因动物和转基因植物问世1980 科学家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。1983,科学家采用农杆菌转化法,培育出世界上第一例转基因烟草。(2)PCR技术的发明技术的发明1988年,美 K.Mullis发明PCR技术,使基因工程进一步发展。The Nobel Prize in Chemistry 1993for his invention of the polymerase chain reaction(PCR)methodKary B.Mullis La Jolla,CA,USA 4基因工程的发展历史基因工程的发展历史1)1972年美国年美国Berg,Jackson
7、等人将等人将基因工程的发展历史基因工程的发展历史1)1972年美国年美国Berg,Jackson等人将猿猴病基因组等人将猿猴病基因组SV40DNA,噬菌体基因噬菌体基因,大肠杆菌半乳糖操纵子,大肠杆菌半乳糖操纵子,体外重组获得成功。体外重组获得成功。2)1973年美国斯坦福大学年美国斯坦福大学Cohen,Boyer等,在体外构建含有四环素,链霉等,在体外构建含有四环素,链霉素两个抗性基因的重组质粒分子素两个抗性基因的重组质粒分子,导入大肠杆菌后稳定复制,赋予受体导入大肠杆菌后稳定复制,赋予受体细细胞相应抗生素抗性。胞相应抗生素抗性。-(宣告基因工程诞生)(宣告基因工程诞生)3)1978年美国年
8、美国Genentech公司利用重组大肠杆菌合成人胰島素的先进生产公司利用重组大肠杆菌合成人胰島素的先进生产工艺工艺-(揭开基因工程产业化的序幕)(揭开基因工程产业化的序幕)4)1983年,携带有细菌新霉素抗性基因的重组年,携带有细菌新霉素抗性基因的重组Ti质粒转化植物细胞获得成质粒转化植物细胞获得成功功-(高等植物转基因技术问世)(高等植物转基因技术问世)5)1990年,美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷患有重度联合免疫缺年,美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷患有重度联合免疫缺陷症的儿童进行基因治疗获陷症的儿童进行基因治疗获得成功。得成功。-(分子医学新纪元)(分子医学新纪元)6)1991
9、年,美国倡导在全球实施人类基因组计划,用年,美国倡导在全球实施人类基因组计划,用15年时间斥资年时间斥资30亿美亿美元,完成元,完成12万万5000个人类基因的全部测序工作。个人类基因的全部测序工作。7)1997年,英国科学家利用体细胞克隆技术复制出年,英国科学家利用体细胞克隆技术复制出“多利多利”绵绵羊。羊。-(人类可以在实验室进行复制自身的尝试)(人类可以在实验室进行复制自身的尝试)2005年,邓宏魁,丁明孝教授克隆小白鼠在中国属首例。年,邓宏魁,丁明孝教授克隆小白鼠在中国属首例。遗传工程(基因工程)研究的意义遗传工程(基因工程)研究的意义(1)说明两种能力)说明两种能力A.基因工程,它超
10、越生物种属界限基因工程,它超越生物种属界限,具有跨越天然物种屏具有跨越天然物种屏障的能力障的能力.B.把来自任何一种生物的基因,放置在与其毫无亲缘关系把来自任何一种生物的基因,放置在与其毫无亲缘关系的新的寄主生物细胞中的能力。的新的寄主生物细胞中的能力。(2)表明一种创造性)表明一种创造性应用这一技术,有可能按照人们的主观愿望,创造出应用这一技术,有可能按照人们的主观愿望,创造出自然界中原先并不存在的新的生物类型。自然界中原先并不存在的新的生物类型。(3)简化生物物种进化程序,加快生物物种进化速度)简化生物物种进化程序,加快生物物种进化速度.(4)强调了一种事实:确定的)强调了一种事实:确定的
11、DNA小片段在新寄主细胞中小片段在新寄主细胞中进行扩增的事实进行扩增的事实可以制备到大量纯化的可以制备到大量纯化的DNA片段片段.(5)从而拓宽了分子生物学的研究领域。)从而拓宽了分子生物学的研究领域。“工欲善其事,必先利其器”DNA重组技术的基本工具限制性内切酶基因的剪刀DNA连接酶基因的针线运载体基因的运输工具1.限制性内切酶限制性内切酶(Restriction Endonuclease)(Restriction Endonuclease)概念概念 l 存在于任何一种原核细菌中存在于任何一种原核细菌中.l l识别双链识别双链DNA中特殊核苷酸序列,并在合适的反中特殊核苷酸序列,并在合适的反
12、应条件下,使应条件下,使位点上催化双链位点上催化双链DNADNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键断裂断裂,切割产生切割产生5-P、3-OH分子分子,切割成两种末端:切割成两种末端:平端和粘端平端和粘端 l l各种生物呈现特征性的限制性内切酶酶切图谱各种生物呈现特征性的限制性内切酶酶切图谱.识别特定序列识别特定序列 l l在生物分类在生物分类,基因定位基因定位,基因重组基因重组,疾病诊断疾病诊断,刑事刑事侦察领域极为重要侦察领域极为重要HamiltonSmith,DanielNathans(USA)andWernerArber(Switzerland)1978Nobelprize The Nob
13、el Prize in Physiology or Medicine 1978for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics限制性内切酶的发现:限制性内切酶的发现:(宿主细胞的限制和修饰作用宿主细胞的限制和修饰作用)限制:限制:细菌的自我保护系统病毒的侵染细菌的自我保护系统病毒的侵染修饰:修饰:修饰系统防止自杀修饰系统防止自杀(1 1)两种不同来源的入)两种不同来源的入-噬菌体噬菌体入入K K,入,入B B;(2 2)能高频感染各自大肠杆菌宿)能高频
14、感染各自大肠杆菌宿主细胞主细胞 K K株,株,B B株株(3 3)当它们分别与其它宿主菌交)当它们分别与其它宿主菌交叉混合培养时,感染下降数千倍。叉混合培养时,感染下降数千倍。(4 4)一但)一但 入入K K 噬菌体在噬菌体在B B株成功,株成功,由由 B B 株繁殖出株繁殖出 入入K K 后代,能感染后代,能感染 B B 株株,不能感染原来不能感染原来 K K株株.限制性内切酶对抗外来限制性内切酶对抗外来DNA细菌细胞细菌细胞病毒病毒病毒病毒DNA限制性内限制性内切酶切酶病毒注入病毒注入DNA分子分子限制性内切酶切割入限制性内切酶切割入侵的侵的DNA切切割割修饰酶修饰酶EcoRI修饰酶修饰酶
15、加甲基加甲基特点特点1 1)识别序列:)识别序列:4 4,5 5 或或 6 6个碱基对个碱基对 EcoR IEcoR I识别识别 5-G/AATTC-3 5-G/AATTC-3 序列序列 3-CTTAA/G-53-CTTAA/G-52 2)180180度旋转对称回文结构,对称轴在第三,四碱基之间。度旋转对称回文结构,对称轴在第三,四碱基之间。3 3)任何一个)任何一个DNADNA分子,每分子,每9 9对碱基出现一个对碱基出现一个IIII类酶切口。类酶切口。限制性内切酶及其缓冲液限制性内切酶及其缓冲液2.DNA连接酶连接酶(DNA ligase)DNADNA双链分子上相邻双链分子上相邻33羟基和
16、羟基和55磷酸基团共价结合,磷酸基团共价结合,形成形成3-53-5磷酸二酯键,使原来断开的缺口重新连接磷酸二酯键,使原来断开的缺口重新连接起来。起来。DNA片断怎么连起来?片断怎么连起来?3.运载体运载体载体的三大功能:载体的三大功能:1 1)为外源基因提供进入受体细胞的转移能力。)为外源基因提供进入受体细胞的转移能力。2 2)为外源基因提供在受体细胞的的复制能力或整合力。)为外源基因提供在受体细胞的的复制能力或整合力。3 3)为外源基因提供在受体细胞的的扩增和表达能力。)为外源基因提供在受体细胞的的扩增和表达能力。用什么方法将目的基因送入细胞?用什么方法将目的基因送入细胞?假如目的基因导入受
17、体细胞后不能复制将怎样假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样“分子运输车分子运输车”应该具备什么特点?应该具备什么特点?理想载体具备四个条件:理想载体具备四个条件:1)1)具有对受体细胞的可转移具有对受体细胞的可转移性,提 高 导 入 细 胞 的 效性,提 高 导 入 细 胞 的 效率。率。对受体细胞无害、对受体细胞无害、易分离。易分离。2)2)具有与特定受体细胞相适具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点,应的复制位点或整合位点,使外源基因在受体细胞中稳使外源基因在受体细胞中稳定遗传。定遗传。能自我复制能自我复制3)3)具有多种单一的限制性内具有多种单一的限制性内切酶识别切割位点,有利
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