《DNA重組技術(shù)的基本工具》課件3

1、專題專題1.基因工程基因工程的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容 基因工程的概念基因工程的概念1.1 基因工程的基本工具基因工程的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程的發(fā)展史基因工程的發(fā)展史1.3 基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起基因工程的概念：基因工程的概念： 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外體外DNA重重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于要的

2、新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在基因工程是在DNA分子水平上分子水平上進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此設(shè)計和施工的，因此又叫做又叫做DNA重重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。 別名：別名： 操作環(huán)境：操作環(huán)境： 原理：原理： 操作水平：操作水平： 結(jié)果：結(jié)果： 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過設(shè)計，并通過體外體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在

3、因工程是在DNA分子水平上分子水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此因此又叫做又叫做DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)?；蚱唇蛹夹g(shù)或基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)重組技術(shù)生物體外生物體外基因重組基因重組DNA分子水平分子水平定向定向地改造生物的遺傳性狀，獲地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。得人類所需要的品種。 1 .1、DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)的基本工具的基本工具“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”-“分子縫合針分子縫合針”-“分子運輸車分子運輸車”-限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶DNADNA連接酶連接酶載體載體 1、簡稱：簡稱： 2、分布：、分布： 一、限制性核

4、酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”主要在主要在原核生物原核生物中中限制酶的識別特點限制酶的識別特點 以中軸線雙側(cè)的以中軸線雙側(cè)的DNA上堿基呈反向?qū)ΨQ，重復(fù)排列上堿基呈反向?qū)ΨQ，重復(fù)排列 如：如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCCEcoR（在G與A之間切割）Sma（在G與C之間切割）Hind （在A與A之間切割）G A A T T CC T T A A GC C C G G GG G G C C CA A G C T TT T C G A A中軸線中軸線（專一性）（專一性） 3、特點、特點: 一、限制性核酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀

5、分子手術(shù)刀”識別特定核苷酸列識別特定核苷酸列,切割特定切點切割特定切點（專一性）（專一性）切點：切點：磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 作用：作用： 結(jié)果：結(jié)果：一、限制性核酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”產(chǎn)生黏性未端和平末端產(chǎn)生黏性未端和平末端 3、特點、特點: 4、作用：、作用： 5、結(jié)果：、結(jié)果：1、簡稱：、簡稱：2、分布：、分布：工具工具1：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶主要在主要在原核生物原核生物中中識別特定核苷酸列識別特定核苷酸列,切割特定切點切割特定切點（專一性）（專一性）產(chǎn)生黏性未端或平末端產(chǎn)生黏性未端或平末端催化催化磷酸二酯鍵磷酸

6、二酯鍵形成形成,不是氫鍵不是氫鍵二、二、 DNADNA連接酶連接酶 “分子縫合針分子縫合針”類型DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA連接酶連接酶用途用途 將將單個核苷酸單個核苷酸連接到連接到已有的核酸片段上，已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵在在兩個兩個DNADNA片段片段之間之間形成磷酸二酯形成磷酸二酯鍵鍵作用作用 對象對象DNA復(fù)制復(fù)制3、類型類型Ecoli DNA 連接酶連接酶 來源：大腸桿菌來源：大腸桿菌作用特點：只連接作用特點：只連接黏性末端黏性末端 T4DNA 連接酶連接酶 來源：來源：T4噬菌體噬菌體作用特點：連接作用特點：連接黏性末端和平末端黏性末端和平末端 催化催

7、化磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵形成形成工具工具2： DNA連接酶連接酶 例例.限制酶在限制酶在DNA的任何部位都能將的任何部位都能將DNA切開嗎？以切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段片段:你是否能用你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？連接酶將它們連接起來？ CTGCA G ACTG CG GC G CTTAA G ACGTC GCCG GT CA AATTCG 和和能連接形成能連接形成ACTGGT CA 和和能連接形成能連接形成G CTTAA AATTCG CG GC GCCG 和和能連接形成能連接形成和和能連接形成能連接形成CTGCA G G ACGTC

8、反向?qū)ΨQ反向?qū)ΨQ 載體必須具備的條件：載體必須具備的條件：能夠在宿主細(xì)胞中能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有一至多個具有一至多個限制酶切點限制酶切點，以便與，以便與 外源基因連接外源基因連接具有某些具有某些標(biāo)記基因標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。，便于進(jìn)行篩選。對受體細(xì)胞無害對受體細(xì)胞無害 三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 “分子運輸車分子運輸車” 質(zhì)粒，質(zhì)粒， 噬菌體的衍生物，噬菌體的衍生物， 動植物病毒等動植物病毒等環(huán)狀環(huán)狀DNA分子。分子。工具工具3 3：運載體：運載體1 1、需要的條件、需要的條件：有1多個限制酶切點能在受體細(xì)胞中自我復(fù)制，或整合到受體細(xì)

9、胞的 染色體DNA上復(fù)制有某些標(biāo)記基因，便于篩選 對受體細(xì)胞無害2 2、常用運載體、常用運載體： 質(zhì)粒、噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物或某些動植物病毒3、質(zhì)粒 2和7能連接形成ACGT TGCA； 4和8能連接形成GAATTC CTTAAG； 3和6能連接形成GCGC CGCG； 1和5能連接形成CTGCAG GACGTC。教材教材P7思考與探究思考與探究11、在基因工程中，切割運載體和、在基因工程中，切割運載體和含有目的基因的含有目的基因的DNA片段，需使片段，需使用（用（ ）A. 同種限制酶同種限制酶 B. 兩種限制酶兩種限制酶C. 同種連接酶同種連接酶 D. 兩種連接酶兩種連接酶反饋練習(xí)：

10、反饋練習(xí)：3 3、下列不適合用于基因工程的運載體、下列不適合用于基因工程的運載體是（是（ ） A A、質(zhì)粒、質(zhì)粒 B B、噬菌體、噬菌體 C C、細(xì)菌、細(xì)菌 D D、病毒、病毒選選我我C4、下列說法正確的是、下列說法正確的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC堿基序列堿基序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、 連接酶、運載體連接酶、運載體 D、利用運載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因、利用運載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因 進(jìn)行大量復(fù)制的過程可稱為進(jìn)行大量復(fù)制的過程可稱為“克隆克隆

11、”選選我我D審題審題5、以下是兩種限制酶切割后形成的、以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，試分析：片段，試分析：GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中其中和和 是由一種限制酶切割形成的是由一種限制酶切割形成的 末端，兩者要重組成一個末端，兩者要重組成一個DNA 分子，所用分子，所用DNA連接連接酶通常是酶通常是 。 （2） 和和 是由另一種限制酶切割形成的是由另一種限制酶切割形成的 末端，兩者要形成重組末端，兩者要形成重組DNA片段，所用的連接酶通常片段，所用的連接酶通常是是 。反饋練習(xí)：反饋練習(xí)：1.1944年艾弗里年艾弗里(O.Avery)等等進(jìn)行了肺炎雙球

12、菌體外轉(zhuǎn)進(jìn)行了肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗化實驗,證明了證明了DNA是生物是生物的遺傳物質(zhì)的遺傳物質(zhì),并且證明了并且證明了DNA可以從一種生物個體可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到另一種生物個體到另一種生物個體,成成為基因工程的先導(dǎo)為基因工程的先導(dǎo)2.1953年年沃森和克里克建沃森和克里克建立了雙螺旋結(jié)構(gòu)模型立了雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,使使生物學(xué)進(jìn)入生物學(xué)進(jìn)入分子水平分子水平。1958年梅塞爾松和斯塔爾年梅塞爾松和斯塔爾,以大腸桿菌為實以大腸桿菌為實驗材料驗材料,運用同位素示蹤技術(shù)運用同位素示蹤技術(shù),用實驗用實驗證明證明了了DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的.1957年克里克年克里克提出中

13、提出中心法則的確立心法則的確立3.1963年尼倫伯格和馬太做蛋白質(zhì)體外合成實驗?zāi)昴醾惒窈婉R太做蛋白質(zhì)體外合成實驗,破破譯譯編碼氨基酸的編碼氨基酸的遺傳密碼遺傳密碼.1967年羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌質(zhì)粒有自我復(fù)制能年羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌質(zhì)粒有自我復(fù)制能力力,為基因轉(zhuǎn)移為基因轉(zhuǎn)移找到一種運載工具找到一種運載工具.1970年阿爾伯年阿爾伯(W.Arber)、內(nèi)森斯、內(nèi)森斯(D,Nathans)、史密、史密斯斯(H.C.Smith)細(xì)菌中細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制酶發(fā)現(xiàn)了第一個限制酶1977年科學(xué)家又年科學(xué)家又發(fā)明了發(fā)明了DNA序列分析方法序列分析方法1965年桑格年桑格發(fā)明了氨基酸序列分析技術(shù)發(fā)明了

14、氨基酸序列分析技術(shù)1972年伯格年伯格(P.Berg)首先在體外進(jìn)行首先在體外進(jìn)行了了DNA改造的研究改造的研究,成功地構(gòu)建了成功地構(gòu)建了第第一個人工體外重組一個人工體外重組DNA分子分子.1973年博耶和科恩使重組年博耶和科恩使重組DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌中轉(zhuǎn)入大腸桿菌中,轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的出相應(yīng)的mRNA,并使外源基因可以在原核細(xì)胞中并使外源基因可以在原核細(xì)胞中成成功表達(dá)功表達(dá),至此表明至此表明基因工程正式問世基因工程正式問世.1973年科學(xué)家才將質(zhì)粒作為基因的載體使用年科學(xué)家才將質(zhì)粒作為基因的載體使用這是基因工程發(fā)展史上第一個成功的基因克隆實驗這是基因工程發(fā)展史上第一個成功的基因克隆實驗1973年科恩第一個建成年科恩第一個建成“基因工程菌基因工程菌”，并創(chuàng)，并創(chuàng)立基因工程模式立基因工程模式1973年稱這年稱這“基因工程元年基因工程元年”，科恩被稱為基因工程發(fā)展史上的創(chuàng)始人科恩被稱為基因工程發(fā)展史上的創(chuàng)始人科恩并向美國申報了世界上第一個基因工程的科恩并向美國申報了世界上第一個基因工程的專利技術(shù)專利技術(shù)1980年第一個轉(zhuǎn)基因小鼠問