選3-1-1DNA重組技術(shù)的工具

1、設(shè)想一能否培育出具有抗蟲性狀的抗蟲棉？1胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能從豬、牛等動物的胰腺中提取，產(chǎn)量低，成本高。而微生物生長迅速，容易控制。設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素等珍貴藥物？2這些設(shè)想能實現(xiàn)嗎？ 經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家終于在20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)基因工程3生物選修3專題1 基因工程基因工程：指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。4基因工程的別名操作環(huán)境操作對象

2、操作水平基本過程實質(zhì)結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)基因重組5基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因提取普通棉花（無抗蟲特性）與運載體DNA拼接，導(dǎo)入棉花細(xì)胞（含抗蟲基因）棉花植株（有抗蟲特性）表達(dá)小結(jié):切割、改造、修飾、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)實現(xiàn)這一精確操作需要哪些工具？6生物選修3莆田市第十五中學(xué)生物組 王敏華1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具專題1 基因工程7基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞81、噬菌體侵

3、染細(xì)菌實驗的結(jié)果如何？噬菌體侵染細(xì)菌結(jié)果：細(xì)菌的DNA被破壞，細(xì)菌裂解死亡92、現(xiàn)存的生物為什么沒有在長期的進(jìn)化過程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)呢？3、單細(xì)胞生物如何抵抗入侵的外源DNA，保護(hù)自身？4、怎樣才能讓DNA失效？生物體都有各自的保護(hù)機(jī)制如動物的免疫系統(tǒng)，植物的保護(hù)組織只有讓外來的DNA失效DNA酶5、DNA酶的作用及其結(jié)果如何？水解DNA，使DNA失效6、DNA酶會使生物自身的DNA失效嗎？會107、到哪里尋找這種能使外源DNA失效又不破壞自身DNA的酶？到單細(xì)胞的生物中去找8、為什么在單細(xì)胞中能尋找到這種能使外源DNA失效又不破壞自身DNA的酶？單細(xì)胞生物比

4、多細(xì)胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進(jìn)化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶。9、這到底是一種怎樣的酶？限制性核酸內(nèi)切酶11“分子手術(shù)刀”1、限制性核酸內(nèi)切酶識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開主要是原核生物4000種 （1）來源： （2）化學(xué)本質(zhì)：（3）作用特點：1212345脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)13 G1234512345 A3,5-磷酸二酯鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵14中軸線在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)只能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRI限制酶的作用15黏性末端黏性末端EcoRI限制酶

5、的切割 被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫黏性末端。16SmaI只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。中軸線SmaI限制酶的作用在G與C之間切割17平末端平末端SmaI限制酶的切割當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。181、兩種不同生物的DNA，用同種限制酶切割，那么會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？出現(xiàn)相同的黏性末端G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T

6、T C GEcoRI切割位點黏性末端黏性末端 思考與討論192、要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？3、限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點體現(xiàn)了酶的哪種特性？ 思考與討論限制性核酸內(nèi)切酶只能識別特定的核苷酸序列，并且只能在特定部位切割，這說明了酶具有專一性。兩個20你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、

7、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。尋根問底為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。 21T GA C T T A AA A T T C C G G T G A C T T A A A A T T C C G G不同生物的DNA片段會不會結(jié)合呢？這兩個缺口如何“縫合”呢？22“分子縫合針”2、DNA連接酶把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和

8、磷酸連接起來催化形成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用23磷酸二酯鍵DNA連接酶24兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來DNA連接酶的縫合作用可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的DNA單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！25DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低DNA連接酶的縫合作用26AG T AC AA A T GCGACGGTTATTADNA聚合酶27AG T AC AA A T GCGCGGTTATTATDNA聚合酶28AG T AC AA A T GGCGGTTATTATCDNA聚合酶2

9、9AG T AC AA A T GGCGGTTATTATCDNADNA聚合酶具有連接單鏈DNA的本領(lǐng)30DNA連接酶DNA聚合酶相同點作用實質(zhì)化學(xué)本質(zhì)不同點模板作用對象 作用結(jié)果用途都能催化形成磷酸二酯鍵都是蛋白質(zhì)不需要需要形成完整的重組DNA分子形成DNA的一條鏈基因工程DNA復(fù)制DNA連接酶與DNA聚合酶的比較只能將單個核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵31大腸桿菌T4噬菌體E.coliDNA連接酶:T4DNA連接酶:來源：作用：只連接互補(bǔ)的黏性末端來源：作用：對于兩種末端都能連接，但對平末端的連接效率較低DNA連接酶的種類32單純的DNA片段

10、是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，所以切割下來的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞就需要有一個“分子運輸車”幫助?！胺肿舆\輸車”3、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體那么這個運輸車應(yīng)該具備什么樣的特點呢？33載體的必要條件1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行鑒定和選擇。4）必須是安全的 ，對受體細(xì)胞無害。5）載體DNA 分子應(yīng)大小適中，以便于提取和操作34載體的作用及種類質(zhì)粒噬菌體的衍生物動植物病毒1）作為運載工具，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中2）在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制作用：種類：35有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制質(zhì)粒裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。最常用運載體質(zhì)粒 實際上在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。36DN