《DNA重組技術(shù)的基本工具》課件

1.1DNA重組技術(shù)的根本工具能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細菌“吐出”蠶絲？能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于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。一、基因工程的概念

基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。該技術(shù)是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物?；蚬こ痰膭e名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(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→表達理論根底DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)確實立遺傳信息傳遞方式(中心法那么)的認(rèn)定技術(shù)保障基因工程工具的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用

限制性核酸內(nèi)切酶

DNA連接酶基因載體(如質(zhì)粒)二、基因工程的誕生提取抗蟲基因棉花細胞蘇云金芽孢桿菌(有抗蟲特征)

普通棉花(無抗蟲特征)與運載體DNA拼接，導(dǎo)入(含抗蟲基因)

棉花植株(有抗蟲特征)基因工程培育抗蟲棉的簡要過程如何將蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)的抗蟲基因從它的DNA分子中切割下來？如何將切下來的抗蟲基因與運載體DNA連接起來？如何將重組的DNA運送到棉花細胞？需要切割DNA的工具〔分子手術(shù)刀〕需要連接DNA片斷的工具〔分子縫合針〕需要基因轉(zhuǎn)移的工具〔分子運輸車〕——限制性核酸內(nèi)切酶——DNA連接酶——基因載體工具酶思考1、限制性核酸內(nèi)切酶〔簡稱限制酶〕能夠識別和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊核苷酸序列的酶。含義：主要從原核生物中別離得到來源：磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵

作用部位：有專一性。即一種限制酶只能識別一種特定核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。作用特點：產(chǎn)生黏性未端

作用結(jié)果：三、基因工程的根本工具9限制酶的識別序列有何特點？G1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’A3’,5’-磷酸二酯鍵3’端5’端3’端5’端EcoRIAAGTTCCTTAAGCTTAAGGAATTC識別GAATTC序列，并在G和A之間切開限制酶在切斷DNA時，可在切口處帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間堿基正好互補配對，因此稱這些片斷為黏性末端。AATTGCCTTAAG3’5’3’3’5’5’5’3’SmaⅠCCCGGGGGGCCC識別GAATTC序列，并在G和C之間切開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。CCCGGGGGGCCCAATTGCCTTAAG3’5’3’3’5’5’5’3’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，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細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，以保證自身的平安。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而到達保護自身的目的。尋根問底1.要想獲得某個特定性狀的目的基因必須要用限制酶切幾刀？可產(chǎn)生幾個黏性(平)末端？

要切兩刀，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。2.如果把兩種來源不同的DNA用同種限制酶來切割，會怎樣？會產(chǎn)生相同的黏性(平)末端3.如果把具有相同黏性(平)末端的DNA連接起來，又會怎樣呢？得到重組DNA討論CGGCCGTATAATATGCGCGCTAATCGTATAATATGCTATAEcoRIEcoRICGGCCGTTAAAATTGCGCGCTAATCGTTAAAATTGCTATACGGCCGTTAAAATTGCTATA2、DNA連接酶三、基因工程的根本工具類型來源功能相同點差異E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)閱讀課本第5頁“分子縫合針”——DNA連接酶的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表你能畫出經(jīng)DNA連接酶作用形成的磷酸二酯鍵嗎？E.coliDNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來T4

DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來GCTTAAGCTTAADNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？DNA連接酶DNA聚合酶連接DNA鏈

連接部位尋根問底：DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？雙鏈單鏈兩DNA片段之間的磷酸二酯鍵將游離的脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接起來

用DNA連接酶連接兩個相同的黏性未端要形成幾個磷酸二酯鍵？2個

用限制酶切一個特定基因要切斷幾個磷酸二酯鍵？4個外源基因〔如抗蟲基因〕怎樣才能運送到受體細胞〔如棉花細胞〕？需要“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體思考3、基因載體〔運載體〕作為運載工具，將外源基因送入受體細胞。作用：條件：⑴能在宿主細胞內(nèi)自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存⑵有一個或多個限制酶切點，可使外源基因插入其中⑶具有某些遺傳標(biāo)記基因，以便進行篩選⑷對受體細胞無害

質(zhì)?！沧畛Ｓ谩场⑹删w和某些動植物病毒種類：三、基因工程的根本工具假設(shè)外源基因?qū)胧荏w細胞后不能復(fù)制會怎樣？作為載體如果沒有限制酶切割位點將怎樣？外源基因是否進入受體細胞，你如何去覺察？如果載體對受體細胞有害將怎樣？會在細胞增殖中喪失外源的基因不可能插入

如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，就可通過標(biāo)記基因的表達來檢測。

將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉(zhuǎn)入的外源基因也可能無法表達。思考質(zhì)粒：裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌擬核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。有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點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)粒的根底上進行過人工改造的。運載體的種類：質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒質(zhì)粒

以質(zhì)粒為載體的DNA

克隆過程小結(jié)基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有專一性(識別序列)切開DNA分子的磷酸二酯鍵DNA連接酶連接磷酸二酯鍵種類E.coliDNA連接酶T4DNA連接酶運載工具具備的條件結(jié)構(gòu)簡單,大小適中能在宿主細胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定存在具一個至多個限制酶切位點具標(biāo)記基因質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖，其中ori為復(fù)制必需的序列，amp為氨芐青霉素抗性基因，tet為四環(huán)素抗性基因，箭頭表示一種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點。假設(shè)要得到一個能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的含重組DNA的細胞，應(yīng)選用的質(zhì)粒是C1、科學(xué)家們經(jīng)過多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實施該工程的最終目的是〔〕A.定向提取生物體的DNA分子B.定向地對DNA分子進行“剪切”C.在生物體外對DNA分子進行改造D.定向地改造生物的遺傳性狀D2、以下說法正確的選項是〔〕A.所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列B.質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體C.載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接D.基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來C3、人們常選用的細菌質(zhì)粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是〔〕A.提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐藥性B.有利于對目的基因是否導(dǎo)入受體細胞進行檢測C.增加質(zhì)粒分子的分子量