選修3DNA重組技術的基本工具 完整版PPT

1、基因工程專題1煙草據WTO調查：2004年全世界因狂犬病致死人數約5.5萬人中國衛(wèi)生部通報：2004年月，狂犬病列法定報告?zhèn)魅静∷劳鰯抵?。發(fā)病死亡率近100% 能產生狂犬病抗體蛋白的轉基因每100kg 豬或牛的胰腺中僅可提取45g。1979年，美國將人的胰島素基因重組到大腸桿菌內，實現(xiàn)了細菌生產胰島素，大大降低了生產成本。治療糖尿病特效藥 據WTO調查： 2005年全世界約有糖尿病患者1.8億人，我國約6000萬。胰島素思考：轉基因技術實現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中表達。這些性狀的表達與我們學過的基因的什么過程有關？密碼子在生物界是的！DNA(基因)mRNA 蛋白質(性狀)轉錄翻譯通

2、用學習目標1、簡述基礎理論研究和技術進步催生了基因工程。2、簡述基因工程的原理和技術3、舉例說出基因工程的應用4、簡述蛋白質工程。青霉菌產生青霉素根瘤菌固氮家蠶吐絲性狀是基因特異性表達的結果。以上幾種生物各自的特定性狀是什么的結果？人類能不能改造基因，使本身沒有某個性狀的生物具有某個性狀？能，通過基因工程定向改造生物的新技術思考基因工程的產物什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重組技術。是指按照人們的愿望，在DNA分子水平上進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因技術，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品。提問：基因工程的概念基因工程的概念基因工程的別

3、名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結果DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的新生物類型和產品剪切 拼接 導入 表達基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論達爾文提出生物進化論基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論孟德爾提出基因的分離定律和自由組合定律基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路早期基礎理論 摩爾根證明基因在染色體上，并提出基因的連鎖互換定律?；A理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論 艾弗里證明DNA是遺傳物質，DNA可從一種生物個體轉移到另一種生物個體?；A理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論 沃森、

4、克里克、提出DNA的雙螺旋結構模型?；A理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保留復制基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質轉錄翻譯逆轉錄復制基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路后期基礎理論 1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實驗加以證明?；A理論和技術發(fā)展催生了基因工程科技探索之路1)基因轉移載體的發(fā)現(xiàn)2)工具酶的發(fā)現(xiàn)3)DNA合成和測敘技術的發(fā)明4) DNA體外重組的實現(xiàn)5)重組DNA表達實驗的成功6)第一例轉基因動物問世7)PCR技術的發(fā)明基因工程

5、培育抗蟲棉的簡要過程：一、DNA重組技術的基本工具基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：在以上過程中關鍵步驟或難點是什么？普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因通過運載體導入轉基因棉花含抗蟲基因轉基因棉花產生伴胞晶體轉基因棉花有抗蟲特性一、DNA重組技術的基本工具基因工程培育抗蟲棉的關鍵步驟：關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“縫合”關鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞一、DNA重組技術的基本工具解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？“分子手術刀” 限制性核酸內切酶關鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來關鍵步驟二：抗蟲基因與棉花DNA“

6、縫合”關鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞“分子縫合針” DNA連接酶“分子運輸車” 基因進入受體細胞的載體一、DNA重組技術的基本工具（一）限制性核酸內切酶“分子手術刀”來源：主要從原核生物中分離純化出來。種類：已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。作用：1.能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列2.使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。磷酸二酯鍵：磷酸二酯鍵：一個核苷酸核糖上第3位的羥基與下一個核苷酸核糖上第5位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。具有特異性。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子，作用特點：大多數限制酶的

7、識別序列由6個核苷酸組成少數的識別序列由4、5或8個核苷酸組成限制酶的識別序列：（一）限制性核酸內切酶“分子手術刀”限制酶的識別序列：EcoRI限制酶的切割：中軸線黏性末端黏性末端在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。C C C G G GG G G C C C中軸線SmaI限制酶的切割：C C CG G GG G GC C C平末端平末端只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。產生黏性末端或平末端。限制酶的作用結果： 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（如圖），中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是

8、反向、對稱、重復排列的。想一想限制酶所識別的序列有什么特點？尋根問底 P4你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？ 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、使之失效，從而達到保護自身的目的。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？可產生幾個黏性(平)末端？要切兩個切口，產生四個黏性(平)末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？ 會產生

9、相同的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。思考?（二）“分子縫合針”DNA連接酶作用:作用原理：催化磷酸二酯鍵形成 把切下來的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來.“分子手術刀”限制性核酸內切酶“分子手術刀”限制性核酸內切酶(二)“分子縫合針”DNA連接酶類型：類型EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶來源功能大腸桿菌T4噬菌體恢復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)相同點差別（二）“分子縫合針”DNA連接酶DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點尋根問底 P6DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為

10、什么?1)只能將單個核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵1)在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成一條互補的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，不需要模板將外源基因送入受體細胞。(三)基因進入受體細胞的載體 “分子運輸車”載體的作用：質粒噬菌體的衍生物動植物病毒等載體的種類：質粒： 裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體（即擬核DNA）之外，并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。(三)基因進入受體細胞的載體 “分子運輸車”作為載體的必要條件：有切割位點供外源DNA片段(基因)插入。能自我復制有遺傳標記基因

11、供重組DNA的鑒定和選擇。載體DNA必需是安全的不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。載體DNA分子大小應適合以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。？想一想 P6質粒：能復制并帶著插入的目的基因一起復制有切割位點有標記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別。(三)基因進入受體細胞的載體 “分子運輸車”1）不屬于質粒被選為基因載體的理由是（ ） A、能復制 B、有多個限制酶切點 C、具有標記基因 D、它是環(huán)狀DNAD練習2）有關基因工程的敘述中，正確的是（ ） A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B、質粒是基因工程中唯一的載體 C、載體必須具備的條件之一

12、是：具有多個限制酶切點，以便與目的基因連接 D、DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵C練習 已知標記基因有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素的基因，現(xiàn)探討某細菌的質粒中有無標記基因或標記基因是什么？請設計實驗、預期實驗結果，并得出相應的實驗結論。對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素練習對照組實驗組1實驗組2實驗組3結 論預期一預期二預期三預期四對照組：不添加抗生素實驗組1：添加一定濃度的四環(huán)素實驗組2：添加一定濃度的氨芐青霉素實驗組3：添加一定濃度的四環(huán)素和氨芐青霉素既含有抗四環(huán)素基因也含有抗氨芐青霉素基因只

13、含有抗四環(huán)素基因只含有抗氨芐青霉素基因既不含有抗四環(huán)素基因也不含有抗氨芐青霉素基因思考與探究 P72、為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？ 通過長期的進化，細菌中含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者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。 3、天然的DNA分子可以直接用做 基因工程載體嗎？為什么？提示： 基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。 是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？不是，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件：思考與探究 P71） 載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。2） 載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。3） 載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。4） 載體