4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性课件2022-2023学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性 从社会中来 番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。 DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？ 转基因番木瓜(左）与非转基因番木瓜(右） 工具 分子手术刀 分子缝合针 分子运输车 限制性内切核酸酶： DNA连接酶： 载体： 准确切割DNA分子 将DNA片段连接起来 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 培育转基因番木瓜 “分子手术刀” 准确切割DNA分子 “分子缝合针” “分子运输车” 将DNA片段连接起来 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 1.基因工程的概念： 指有意识地把一个人们所需的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。 （1）别名： （2）原理： （3）操作对象： （4）操作水平： （5）结果： 重组DNA技术 基因 分子水平 基因重组 赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品 一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来 2.基因工程的诞生: (5)1973年,科学家证明质粒可以作为基因工程的载体,构建重组DNA,使外源基因在原核细胞中成功表达,并实现物种间的基因交流。 （1）1944年,艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验证明了DNA是遗传物质，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 (2)1953年,沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。随后，克里克提出中心法则，阐明了遗传信息的传递和表达的机制。 (3)1961年,尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被破译成功。 (4)20世纪70年代初,多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现,为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀” （1）简称： 限制酶 （2）来源： 主要细菌等原核生物中分离纯化出来的。 （3）作用： 识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解。 （4）作用部位： 特定部位的磷酸二酯键 A T C G T A G C 5’ 3’ 5’ 3’ 磷酸二酯键 EcoRⅠ 5’…G-A-A-T-T-C…3’ 3’…C-T-T-A-A-G…5’ SmaⅠ 5’…C-C-C-G-G-G…3’ 3’…G-G-G-C-C-C…5’ 二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础 （5）识别序列 识别序列通常是4～8个核苷酸对，以6个核苷酸对最为常见 EcoRⅠ 5’…G-A-A-T-T-C…3’ 3’…C-T-T-A-A-G…5’ SmaⅠ 5’…C-C-C-G-G-G…3’ 3’…G-G-G-C-C-C…5’ BamHⅠ 5’…G-G-A-T-C-C…3’ 3’…C-C-T-A-G-G…5’ TaqⅠ 5’……T-C-G-A……3’ 3’……A-G-C-T……5’ 限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为回文序列。 （6）限制酶的命名： 用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制酶是从大肠杆菌( Escherichia coli)的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoRI。 （7）切割产物： 黏性末端或平末端 黏性末端 黏性末端 2023/6/14 实例1—EcoRⅠ限制酶： 识别序列为GAATTC， 切割部位为GA之间的磷酸二酯键。 实例2——SmaⅠ限制酶： 识别序列为CCCGGG 切割部位为CG之间的磷酸二酯键。 形成黏性末端 平末端 形成平末端 你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？试推测限制酶为什么不会切割自身的DNA？ 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身安全。所以，简单来说,限制酶在原核生物中起到的作用为：切割外源DNA、使之失效，以保证自身安全 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰