2012高二生物：1.1《DNA重组技术的基本工具》精品课件（新人教版选修3）.ppt

1、基因工程专题1每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取45g。1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。治疗糖尿病特效药 据WTO调查：2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。胰岛素胰岛素思考：转基因技术转基因技术实现了实现了一种生物一种生物的某些的某些性状性状在在另一种生物另一种生物中中表达表达。这些性状的表达与我们学这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？过的基因的什么过程有关？密码子在生物界是 的！密码子在生物界是 的！DNA(DNA(基因基因)mRNA mRNA 蛋白质蛋白质(性状性状)转录转录翻译翻译通用基因工程

2、的产物 什么叫基因工程？基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。基因工程的概念问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。想一想需要做哪些关键工作？苏云金芽孢杆菌毒蛋白毒蛋白普通棉花 抗虫棉 基因工程培育抗虫棉的简要过程：在以上过程中关键步骤或难点是什么？普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因通过运载体导入通过运载体导

3、入转基因棉花含抗虫基因转基因棉花产生伴胞晶体转基因棉花有抗虫特性 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？“分子手术刀”限制性核酸内切酶关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合”关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞“分子缝合针”DNA连接酶“分子运输车”基因进入受体细胞的载体1.1、DNA重组技术的基本工具一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”v 1.主要来源：v 种类与命名：v 作用特点：v 4.限制酶

4、识别序列v 5.作用结果：识别双链识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定特定核苷核苷酸序列，并且使每条链中酸序列，并且使每条链中特定部位特定部位的两个核苷的两个核苷酸之间的酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。主要从原核生物中分离纯化主要从原核生物中分离纯化产生黏性末端或平末端产生黏性末端或平末端Go onGo on大多数限制酶的识别序列由大多数限制酶的识别序列由66个核苷酸组成个核苷酸组成少数的识别序列由少数的识别序列由44、55或或88个核苷酸组成个核苷酸组成寻根问底 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在长期的进化过程中形成了

5、一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。Go backGo back种类与命名：现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。EEcocoRRSSmama粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）大肠杆菌大肠杆菌（EscherichiaEscherichia coli coli RR）Go backGo back练习：流感嗜血杆菌的d菌株(Haemophilus infl

6、uenzae d)中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:Hind、Hind和Hind磷酸二酯键 T12345 A12345HHHHHO T12345 A12345HHHHOH2O+O限制酶DNA解旋酶区别限制性内切酶与DNA解旋酶的区别切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键将DNA两条链的氢键打开形成两条单链限制酶DNA水解酶区别限制性内切酶与DNA水解酶的区别切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键，形成片段的DNA.切割磷酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸。Go backGo back 限制酶的识别序列：能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的

7、顺序完全一致。Go backGo backEcoR黏性末端 黏性末端Go backGo backEcoR黏性末端 黏性末端重复演示重复演示Go backGo back 什么叫黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。Sma平末端 平末端 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。思考?GAATTCG

8、AATTCCTTAAGCTTAAGGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGEcoREcoRGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGGGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGG不同来源的不同来源的DNADNA片段混合片段混合将不同种来源的将不同种来源的DNADNA片段连接起来片段连接起来生物生物AA基因片段基因片段生物生物BB基因片段基因片段GGAATTCAATTCCTTAACTTAAGG酶切酶切GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGGGGAATTCAATTCCTTAACTTAAGG同一种DNA聚合酶DNA连接酶区别1区

9、别2相同点寻根问底 DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键2)以一条DNA链为模板，将将单个核苷酸单个核苷酸通过磷酸通过磷酸二酯键二酯键连接成一条互补的DNA链2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，EcoliEcoli DNA DNA连接酶 或连接酶 或TT44DNADNA连接酶连接酶即即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4 DNA DNA连接酶连接酶还可把平末端之间的缝隙

10、“缝合”起来，但效率较低TT44DNADNA连接酶连接酶二、“分子缝合针”DNA连接酶作用:把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.作用原理：催化磷酸二酯键形成类型：类型EcoliEcoliDNADNA连接酶连接酶TT44DNADNA连接酶连接酶来源来源功能功能大肠杆菌大肠杆菌TT44噬菌体噬菌体恢复恢复磷酸磷酸二酯键二酯键只能连接只能连接黏性末端黏性末端能连接能连接黏性末端黏性末端和和平末端平末端(效率较低效率较低)相同点相同点差别差别三、“分子运输车”基因进入受体细胞的载体载体需要的条件：有1多个限制酶切点对受体细胞无害导入基因能在受体细胞中复制、表达有某些标记基

11、因，便于筛选常用运载体：细菌的质粒 噬菌体衍生物或某些动植物病毒假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？作为分子运输车载体，如果没有切割位点将会怎样？霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？常用的载体：质粒能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制有切割位点有切割位点有标记基因的有标记基因的存在，可用含存在，可用含氨苄青霉素的氨苄青霉素的培养基鉴别培养基鉴别思考与探究 P7（2）为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备

12、这种限制酶的识别切割序列；或者通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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示：提示：基因工程中作为载体使用的基因工程中作为载体使用的DNADNA分子很多都是质粒分子很多都是质粒（plasmidplasmid），即独立于细菌拟核染色体），即独立于细菌拟核染色体DNADNA之外之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNADNA分子。分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？是否任何质粒都可

13、以作为基因工程载体使用呢？不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：思考与探究 P711）载体载体DNADNA必需有必需有一个或多个限制酶一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外在质粒本身需要的基因片段之外，这样，这样才不至于因目的基因的插入而失活。才不至于因目的基因的插入而失活。22）载体载体DNADNA必需具备必需具备自我复制的能力自我复制的能力，

14、或整合到受体染色体，或整合到受体染色体DNADNA上随染色体上随染色体DNADNA的的复制而同步复制复制而同步复制。33）载体载体DNADNA必需必需带有标记基因带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。，以便重组后进行重组子的筛选。44）载体载体DNADNA必需必需是安全的是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。到除受体细胞外的其他生物细胞中去。55）载体载体DNADNA分子分子大小应适合大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。大就不便操作。实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒D

15、NADNA分子并不完全具备上述条件，分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。思考与探究 P71.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶A课堂练习2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNAD课堂练习3.以下说法正确的是（）A、所

16、有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来C课堂练习下课了!基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论达尔文达尔文提出提出生物进化论生物进化论基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论孟德尔孟德尔提出基因的提出基因的分离定律分离定律和和自由组合定律自由组合定律基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路早期基础理论摩尔根摩尔根证明证明基因在染色体上基因在染色体上，并提出基，并提出基因的因的连锁互换定律连锁互换定律。基础理论和技术发展催

17、生了基因工程科技探索之路后期基础理论艾弗里艾弗里证明证明DNADNA是遗传物质是遗传物质，DNADNA可从可从一种生物个体一种生物个体转移转移到另一种生物个体。到另一种生物个体。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论沃森沃森、克里克克里克提出提出DNADNA的的双螺旋结构双螺旋结构模型。模型。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论梅塞尔松梅塞尔松、斯塔尔斯塔尔证明证明DNADNA的的半保留复制半保留复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论克里克克里克等提出等提出中心法则中心法则DNADNARNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译逆转录逆转录复制复制基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路后期基础理论19631963年年尼伦伯格尼伦伯格和和马太马太破译编码氨基酸的破译编码氨基酸的遗传密码遗传密码，19661966年年霍拉纳霍拉纳用实验加以证明。用实验加以证明。基础理论和技术发展催生了基因工程科技探索之路1)基因转移载体的发现2)工具酶的发现3)DNA合成和测序技术的发明4)DNA体外重组的实现5)重组DNA表达实验的成功6)第一例转基因动物问世7)PCR技术的发明