3.1重组DNA技术的基本工具课件2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

重组DNA技术的基本工具 基因工程 1 糖尿病是一种常见内分泌疾病,为了治疗糖尿病,有的病人要经常注射胰岛素。如何获取胰岛素? 20世纪20年代,人们开始从猪、牛胰腺中提取胰岛素。但是,从动物胰腺中提取胰岛素成本高、产量低。而且猪胰岛素与人胰岛素有1个氨基酸不同,容易发生免疫反应。 方案1:动物体内提取 日本研究人员将分泌胰岛素的胰岛细胞与拥有增殖能力的干细胞融合到一起,形成一种新细胞,移植到患有重度糖尿病的大鼠体内之后,显著改善了大鼠的症状。 方案2:人工合成 方案3:动物细胞融合技术 1965年,世界上第一个人工合成的蛋白质——牛胰岛素在中国诞生,这是世界上第一次人工合成与天然胰岛素分子相同化学结构并具有完整生物活性的蛋白质。 方案4:发酵工程 利用 大肠杆菌生产人的胰岛素。 转基因 方案可行么?理论基础? 人的胰岛素基因 大肠杆菌 剪切 拼接 导入 表达 载体 检测鉴定表达产物 人的组织细胞 提取 研究过程中遇到了困惑:切割后的DNA片段往往不能进行复制并很容易在细胞中降解。 Herbert Wayne Boyer (具备在受体细胞中独立复制性能的 DNA 分子) 【问题1】胰岛素基因能够进入大肠杆菌么?该变异可以遗传么? 基因工程——诞生的理论基础 质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 大部分 DNA 片段(尤其是目的基因) 并不具备可遗传的自我复制能力,因为缺少复制所必需的特定 DNA 序列。而且,即便一个 DNA 片段能在原供体细胞中复制,这种复制能力一般情况下也难以在受体细胞中正常发挥。因此,要让外源 DNA 在受体细胞中复制,就需要一种合适的运载工具为其提供在受体细胞中复制的能力,这种用于重组 DNA 技术的运载工具称为载体。也就是说,任何具备在受体细胞中独立复制性能的 DNA 分子,理论上均可用作基因工程的载体 。 11号染色体约1.35亿个碱基对,可能包含1300至1400个基因 3 理论基础 1.DNA的基本组成单位相同(都是四种脱氧核苷酸) 2.都遵循碱基互补配对原则 3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 理论基础 1.基因是控制生物性状的结构与功能单位 2.遗传信息传递都遵循中心法则 3.生物界几乎共用一套遗传密码 【问题2】为什么不同生物的DNA分子能拼接起来? 【问题3】为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 基因工程——诞生的理论基础 1.DNA分子可以被切割、改造、拼接么? 3. 胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达么? 是否可以遗传? 1953年,沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。说明不同生物的基因化学本质相同,空间结构相同,理论上具备拼接的可能。不同生物的基因具有同样的组成成分和结构(即相同的基本单位和空间结构),具有拼接的可能。 后来,58年,梅塞尔松和斯塔尔证明DNA的半保留复制,随后不久确立了中心法则,阐明了遗传信息的流动方向。1964年尼伦伯格,1967年克拉那分别破译破译了遗传密码。这些成果使人们认识到,在自然界中从微生物到人类均共用一套遗传密码。这为基因的分离和体外复制及在受体细胞中指导蛋白质合成等提供了理论依据。各种生物共用同一套遗传密码,其转录翻译的过程也相同,才能保证转入受体细胞的基因能够表达出同样的蛋白质。 4 基因工程 基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,将外源目的基因与载体DNA进行组合形成重组DNA,然后导入受体细胞,并使其在受体细胞中表达,产生人类需要的基因产物的技术。 归纳定义 工程别名 重组DNA技术 转基因技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本过程 剪切 拼接 导入 表达 原理 基因重组 5 基因工程 分子运输车 分子手术刀 分子缝合针 DNA分子直径只有2nm,要想实现这样一个精确的过程,我们应该选择具有什么功能的工具来对DNA分子进行操作呢? 6 5’ 3’ 3’ 5’ ② 和 交替连接,排列在外侧,构成 ; 排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过 连接成碱基对,且遵循 。 ①DNA是由两条单链组成的,这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。 反向平行 脱氧核糖 磷酸 碱基 基本骨架 氢键 碱基互补配对原则 回顾——DNA 磷酸二酯键 …… ATGCCGTGGAATTCC …… …… TACGGCACCTTAAGG …… ① ② 磷酸二酯键 氢键 01 “分子手术刀” 带32P放射性标记的病毒 侵染未标记的细菌 没有病毒释放 没有在细菌中检测到放射性DNA 推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么? 切割外源DNA使之失效,从而达到保护自身的目的。 推测未能检测到放射性的原因? 保温一段时间 推测:该菌具有剪切