选修3DNA重组技术的基本工具 完整版PPT

1、基因工程专题1烟草据WTO调查：2004年全世界因狂犬病致死人数约5.5万人中国卫生部通报：2004年月，狂犬病列法定报告传染病死亡数之首。发病死亡率近100% 能产生狂犬病抗体蛋白的转基因每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。胰岛素思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？密码子在生物界是的！DNA(基因)mRNA 蛋白质(性状)转录翻译通

2、用学习目标1、简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。2、简述基因工程的原理和技术3、举例说出基因工程的应用4、简述蛋白质工程。青霉菌产生青霉素根瘤菌固氮家蚕吐丝性状是基因特异性表达的结果。以上几种生物各自的特定性状是什么的结果？人类能不能改造基因，使本身没有某个性状的生物具有某个性状？能，通过基因工程定向改造生物的新技术思考基因工程的产物什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，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。提问：基因工程的概念基因工程的概念基因工程的别

3、名操作环境操作对象操作水平基本过程结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的新生物类型和产品剪切 拼接 导入 表达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提出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提出基因的分离定律和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 摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。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 艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。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、

4、克里克、提出DNA的双螺旋结构模型。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、斯塔尔证明DNA的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等提出中心法则DNARNA蛋白质转录翻译逆转录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 1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。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合成和测叙技术的发明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技术的发明基因工程

5、培育抗虫棉的简要过程：一、DNA重组技术的基本工具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抗虫基因通过运载体导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一、DNA重组技术的基本工具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一、DNA重组技术的基本工具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“

6、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一、DNA重组技术的基本工具（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀”来源：主要从原核生物中分离纯化出来。种类：已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。作用：1.能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列2.使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。磷酸二酯键：磷酸二酯键：一个核苷酸核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称3,5磷酸二酯键。具有特异性。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，作用特点：大多数限制酶的

7、识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成限制酶的识别序列：（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀”限制酶的识别序列：EcoRI限制酶的切割：中轴线黏性末端黏性末端在G与A之间切割 大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。C C C G G GG G G C C C中轴线SmaI限制酶的切割：C C CG G GG G GC C C平末端平末端只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。产生黏性末端或平末端。限制酶的作用结果： 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是

8、反向、对称、重复排列的。想一想限制酶所识别的序列有什么特点？寻根问底 P4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。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

9、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?（二）“分子缝合针”DNA连接酶作用:作用原理：催化磷酸二酯键形成 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.“分子手术刀”限制性核酸内切酶“分子手术刀”限制性核酸内切酶(二)“分子缝合针”DNA连接酶类型：类型EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别（二）“分子缝合针”DNA连接酶DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点寻根问底 P6DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为

10、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，将单个核苷酸通过磷酸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，不需要模板将外源基因送入受体细胞。(三)基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”载体的作用：质粒噬菌体的衍生物动植物病毒等载体的种类：质粒： 裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。(三)基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”作为载体的必要条件：有切割位点供外源DNA片段(基因)插入。能自我复制有遗传标记基因

11、供重组DNA的鉴定和选择。载体DNA必需是安全的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。载体DNA分子大小应适合以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。？想一想 P6质粒：能复制并带着插入的目的基因一起复制有切割位点有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别。(三)基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”1）不属于质粒被选为基因载体的理由是（ ） 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练习2）有关基因工程的叙述中，正确的是（ ） A、所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载体 C、载体必须具备的条件之一

12、是：具有多个限制酶切点，以便与目的基因连接 D、DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键C练习 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。对照组：不添加抗生素实验组1：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素练习对照组实验组1实验组2实验组3结 论预期一预期二预期三预期四对照组：不添加抗生素实验组1：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因只

13、含有抗四环素基因只含有抗氨苄青霉素基因既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因思考与探究 P72、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： 基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。 是否任何质粒都可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：思考与探究 P71） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，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所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。4） 载体