DNA重組技術(shù)的基本工具(選修3)

1、專題專題1 1 基因工程基因工程2 指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的設(shè)計，并指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過通過體外體外DNADNA重組重組和和轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生等技術(shù)，賦予生物以物以新的遺傳特性新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人，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。們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在由于基因工程是在DNADNA分子水平分子水平上進行設(shè)計上進行設(shè)計和施工的，因此又叫做和施工的，因此又叫做DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)。一、一、基因工程基因工程的概念的概念3基因工程的別名基因工程的別名操作環(huán)境操作環(huán)境操作對象操作對象操作水平操作水平基本過程基本

2、過程原理原理結(jié)果結(jié)果基因拼接技術(shù)基因拼接技術(shù) 或或 DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)生物體外生物體外基因基因DNADNA分子水平分子水平剪切剪切 拼接拼接 導(dǎo)入導(dǎo)入 表達表達基因重組基因重組人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品對基因工程概念的分析對基因工程概念的分析4轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲棉抗蟲棉普通棉普通棉56討論討論2 2：外源基因（如抗蟲基因）在受體內(nèi)表達：外源基因（如抗蟲基因）在受體內(nèi)表達（產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白質(zhì)）的理論基礎(chǔ)是什么？（產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白質(zhì)）的理論基礎(chǔ)是什么？(1)(1)基因是控制生物性狀的獨立遺傳單位。基因是控制生物性狀的獨立遺傳單位。(2)(2)遺傳信息的傳遞都遵循中

3、心法則。遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。(3)(3)生物界共用一套遺傳密碼。生物界共用一套遺傳密碼。討論討論1：為什么不同生物的：為什么不同生物的DNA能夠重組？能夠重組？（1）基本組成單位相同：都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。）基本組成單位相同：都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。（2）空間結(jié)構(gòu)相同：都由兩條反向平行的脫氧核苷）空間結(jié)構(gòu)相同：都由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。酸長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。（3）堿基配對方式相同：）堿基配對方式相同：A與與T配對，配對，C與與G配對。配對。71.1 DNA1.1 DNA重組技術(shù)的重組技術(shù)的基本工具基本工具8DNA重組技術(shù)的基本工具準(zhǔn)確切割準(zhǔn)確切

4、割DNADNA的工具（的工具（“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”）限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶 DNADNA片段的連接工具（片段的連接工具（“分子縫合針分子縫合針”）DNADNA連接酶連接酶基因轉(zhuǎn)移工具（基因轉(zhuǎn)移工具（“分子運輸車分子運輸車”）基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體一、分子手術(shù)刀一、分子手術(shù)刀-限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶( (限制酶）限制酶）主要是從主要是從原核生物原核生物中分離純化出來的一種酶。中分離純化出來的一種酶。 （1 1）來源：）來源： 思考思考1：原核生物體內(nèi)的限制酶的作用是什么？原核生物體內(nèi)的限制酶的作用是什么？切割侵入的外援切割侵入的外援DNA，使之失效，

5、從而達到保護自，使之失效，從而達到保護自身的目的身的目的。迄今已從近迄今已從近300300種不同的微生物中分種不同的微生物中分離出了約離出了約40004000種限制酶。種限制酶。（2 2）種類：）種類：思考思考2 2：限制酶是一種酶，還是一類酶？：限制酶是一種酶，還是一類酶？ 是一類酶是一類酶識別識別雙鏈雙鏈DNADNA分子分子的某種的某種特定特定的核苷酸序列的核苷酸序列，并，并且使每一條鏈中且使每一條鏈中特定部位特定部位的兩個核苷酸之間的的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵斷開。斷開。 （3 3）作用：）作用：（4 4）結(jié)果：）結(jié)果： 形成兩種末端形成兩種末端黏性末端黏性末端平末端平末端兩

6、條兩條反向平行反向平行的脫氧核苷酸的脫氧核苷酸長鏈形成的規(guī)長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)磷酸二酯鍵 G磷酸二酯鍵1234512345 A13限制酶所識別的序列有什么特點？限制酶所識別的序列有什么特點？限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線,中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。 圖1-1 限制酶識別序列的中心軸線當(dāng)限制酶從識別序列的當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處中心軸線處切開時，產(chǎn)生的是切開時，產(chǎn)生的是平末端平末端。當(dāng)限制酶從識別序列的當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線兩側(cè)中心軸線兩側(cè)切開時，產(chǎn)生的是切開時，產(chǎn)生的是黏性末端。黏性末端。在在G與

7、與A之間切割之間切割在在C C與與G G之間切割之間切割16思考：3. 限制酶切割一次，形成幾個末端？ 2個4. 一段DNA被限制酶切割兩次，形成幾段DNA？幾個末端? 3段 4個5. 要想獲得某個目的基因必須要用限制酶切幾個切點？可產(chǎn)生幾個黏性末端？一個目的基因有幾個黏性末端？ 要切兩個切點 產(chǎn)生四個黏性末端 兩個( (5 5) )作用特點：作用特點：思考思考6 6：限制酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)嗎？：限制酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)嗎？是是專一性專一性（即（即識別特定的脫氧核苷酸序列識別特定的脫氧核苷酸序列, ,切割特定位點切割特定位點）高效性高效性作用條件溫和作用條件溫和二、連接酶二、連接酶“分子縫合針分子縫

8、合針”1、種類：、種類：2、作用部位：、作用部位：兩類兩類Ecoli DNA連接酶連接酶T4 DNA連接酶連接酶 （扶手）（扶手）（梯子）（梯子）（黏性末端）（黏性末端）（黏性末端和平末端）（黏性末端和平末端）DNA聚合酶和聚合酶和DNA連接酶有何相同點和不同點？連接酶有何相同點和不同點？DNADNA連接酶連接酶DNADNA聚合酶聚合酶連接連接DNADNA鏈鏈連接部位連接部位相同點相同點雙鏈雙鏈單鏈單鏈在兩在兩DNADNA片段之間形片段之間形成磷酸二酯鍵成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加將單個核苷酸加到已存在的核酸到已存在的核酸片段的片段的3 3末端的末端的羥基上，形成磷羥基上，形成磷酸二酯鍵酸二酯鍵

9、1 1）都能形成）都能形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵2）二者都由蛋白質(zhì)構(gòu)成）二者都由蛋白質(zhì)構(gòu)成21三、基因進入受體細胞的載體三、基因進入受體細胞的載體“分子運輸分子運輸車車”2、常用的運載體：常用的運載體： 質(zhì)粒質(zhì)粒 噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物 動植物病毒動植物病毒u將將外源基因外源基因轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到受體細胞受體細胞中去。中去。u利用載體在受體細胞內(nèi)對利用載體在受體細胞內(nèi)對外源基因外源基因進行大量復(fù)制。進行大量復(fù)制。1 1、載體的作用、載體的作用是一種裸露的、結(jié)是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細構(gòu)簡單、獨立于細菌擬核菌擬核DNA或細胞或細胞核之外核之外具有自我復(fù)具有自我復(fù)制能力制能力的很小的的很小的雙

10、雙鏈環(huán)狀鏈環(huán)狀DNA分子分子質(zhì)粒存在場所：質(zhì)粒存在場所：細菌、真菌（如酵母菌）等生物的細胞質(zhì)中細菌、真菌（如酵母菌）等生物的細胞質(zhì)中載體必須具備的條件3、作為載體必須具備的條件、作為載體必須具備的條件u 能自我復(fù)制能自我復(fù)制u 有一個或多個限制酶切點有一個或多個限制酶切點u 具有某些標(biāo)記基因具有某些標(biāo)記基因u 對受體細胞無害對受體細胞無害u 大小應(yīng)適合，便于提取和操作大小應(yīng)適合，便于提取和操作思考：思考：天然的質(zhì)粒天然的質(zhì)粒DNADNA分子可以直接用作基因工程的載體嗎？分子可以直接用作基因工程的載體嗎？不能，天然的質(zhì)粒不能，天然的質(zhì)粒DNADNA分子并不完全具備載體的條件，都要進行人分子并不完

11、全具備載體的條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。工改造后才能用于基因工程操作。思考與探究思考與探究1.1.限制酶在限制酶在DNADNA的任何部位都能將的任何部位都能將DNADNA切開嗎？以下是四種不同限切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的制酶切割形成的DNADNA片段：片段：(1) (1) CTGCACTGCA (2) (2) ACAC (3) GC (3) GC G G TGTG CG CG（4 4）G G (5)(5) G G (6) (6) GCGC CTTAACTTAA ACGTC ACGTC CGCG(7) GT(7) GT (8)AATTC(8)AATTC CA CA G G你能用你能用DNADNA連接酶將它們連接起來？連接酶將它們連接起來？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。262、為什么限制酶不、為什么限制酶不能將自己的能將自己的DNA分子分子剪切掉？剪切掉？1）DNA分子不具備該種限制酶的識別切割序列；2