人教版选修3第1章第1节DNA重组技术的基本工具.ppt

<p>,*,【,应城一中生物,】,【,应城一中生物,】,*,基因工程,专题,1,烟草,据,WTO,调查：,2004,年全世界因狂犬病致死人数约,5.5,万人,中国卫生部通报：,2004,年,月，狂犬病列法定报告传染病死亡数之首。,发病死亡率近,100%,能产生狂犬病抗体蛋白的转基因,每,100kg,猪或牛的胰腺中仅可提取,45g,。,1979,年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。,治疗糖尿病特效药,据,WTO,调查：,2005,年全世界约有糖尿病患者,1.8,亿人，我国约,6000,万。,胰岛素,思考,：转基因技术实现了,一种生物,的某些,性状,在,另一种生物,中,表达,。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？,密码子在生物界是的！,DNA(,基因,),mRNA,蛋白质,(,性状,),转录,翻译,通用,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,基因工程的产物,早期基础理论,1859,年达尔文,提出,生物进化论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1900,年孟德尔,基因,分离定律,和,自由组合定律的再度提出,早期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1910,年摩尔根,证明,基因在染色体上,，,并提出基因的,连锁互换定律,早期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1944,年,艾弗里,证明,DNA,是遗传物质,DNA,可从一种生物个体,转移,到另一种生物个体,后期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1953,年,沃森,、,克里克,提出,DNA,的,双螺旋结构,模型,后期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1958,年,梅塞尔松,、,斯塔尔,证明,DNA,的,半保留复制,后期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,1958,年克里克,等提出,中心法则,后期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,转录,翻译,DNA,mRNA,蛋白质,逆转录,1963,年,尼伦伯格,和,马太,破译编码氨基酸的,遗传密码,，,1966,年,霍拉纳,用实验加以证明,。,后期基础理论,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,科技探索之路,基础理论和技术发展催生了基因工程,技术发明,1967,年基因转移载体的发现,1970,年工具酶的发现,1965,年氨基酸测序和,1977,年,DNA,测序技术的发明,1972,年,DNA,体外重组的实现,1973,年重组,DNA,表达实验的成功,1980,年第一例转基因动物和,1983,年第一例转基因 植物问世,1988,年,PCR,技术的发明,专题一 基因工程,(gene engineering),1.1 DNA,重组技术的基本工具,温故知新,培育转基因抗虫棉的简要过程,棉花细胞,(,不能抗虫,),抗虫基因,转基因抗虫棉,(,能抗虫,),苏云金芽孢杆菌,目的基因,提取,与运载体,DNA,拼接,导入,剪刀,针线,运载体,检测 表达,受体细胞,分子手术刀,分子缝合针,分子运输车,项 目,内 容,来源,种类及命名,识别序列数目,作用特点,作用结果,主要,来源于,原核生物,命名：,属名头字母（大写）,+,种名头,2,字母,+,菌株名（通常省略）,+,罗马数字,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割,DNA,分子。,特异性,大多数,限制酶的识别序列,由,个核苷酸组成,少数,的识别序列,由,个核苷酸组成,6,4,、,5,或,8,产生黏性末端或平末端,种类：,现已从,300,微生物中分离出,约,4000,种,限制酶,作用,1,、识别双链,DNA,分子的某种,特定核苷酸序列,2,、在,特定序列的特定位点,上切割,DNA,断开两个核苷酸之间的磷酸二酯键。,一、基因工程的基本工具,1,、限制（性核酸内切）酶,1,2,3,4,5,脱氧核苷酸的结构,G,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,A,3,5-,磷酸二酯键,3,端,5,端,3,端,5,端,磷酸二酯键,3,5,22,仔细观察各限制酶 识别的特定序列有何 特点？,限制酶的识别序列,限制酶所识别的序列的特点是：,呈现碱基互补对称，无论是,6,个碱基还是,4,个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链,DNA,上的碱基是,反向对称重复,排列的，称为,回文序列,中轴线,在,G,与,A,之间切割,大肠杆菌的一种限制酶,(EcoR),只能识别,GAATTC,序列,，并在,G,和,A,之间切开。,EcoRI,限制酶的作用,黏性末端,黏性末端,EcoRI,限制酶的切割,被限制酶切开的,DNA,两条单链的切口，带有几个,伸出的核苷酸,，,他们之间正好互补配对，这样的切口叫,黏性末端,。,SmaI,只能识别,CCCGGG,序列，,并在,C,和,G,之间切开。,中轴线,SmaI,限制酶的作用,在,G,与,C,之间切割,平末端平末端,SmaI,限制酶的切割,当限制酶,从识别序列的中心轴线处切开时，,切开的,DNA,两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫,平末端,。,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,目的基因,黏性末端,练习使用,EcoRI,剪切目的基因,模型构建,3,为什么限制酶主要是在原核生物中提取的？你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？,要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口,？,可产生几个黏性,(,平,),末端,？,要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。,如果把两种来源不同的,DNA,用同种限制酶来切割,，,会怎样,？,会产生相同的黏性,(,平,),末端,如果把具有相同黏性,(,平,),末端的,DNA,连接起来,，,又会怎样呢,？,得到重组,DNA,寻根问底,2.,分子缝合针,-,DNA,连接酶,项目,内容,种类,(,比较,),作用,对象,原理,结果,E.coli DNA,连接酶,T,4,DNA,连接酶,只作用于,末端,主要作用于,末端,，,还可作用于,末端,DNA,片段,形成磷酸二酯键,黏性,平,黏性,通过形成新的,磷酸二酯,键,，,而将两条,DNA,的,“,扶手缝隙,”,连接起来,，,形成重组,DNA,把切下来的,DNA,片段,拼接成新的,DNA,，即将,脱氧核糖和磷酸,连接起来催化形成,磷酸二酯键,DNA连接酶的作用,两,DNA,片段要具有,互补的黏性末端,才能拼起来,DNA连接酶的缝合作用,可把黏性末端之间的,缝隙,“,缝合,”,起来,，,注意：,DNA,连接酶可连接双链,DNA,中的,DNA,单链缺口，但不能连接单链,DNA,！,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶是一回事吗？,T,4,DNA,连接酶,还可把,平末端之间的缝隙“缝合”,起来，但效率较低,DNA连接酶的缝合作用,DNA,聚合酶,DNA,连接酶,区别,1,区别,2,相同点,寻根问底,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶是一回事吗,?,为什么,?,1),只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1),在两个,DNA,片段之间形成磷酸二酯键,2),以一条,DNA,链为模板，,将单个核苷酸通过磷酸二酯键,连接成一条互补的,DNA,链,2),将,DNA,双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,限制性内切酶,的识别序列和切点是,GGATCC,，限制性内切酶,的识别序列和切点是,GATC,。在质粒上有酶,的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶,的切点。,（,1,）请画出质粒被限制酶,切割后所形成的黏性末端。,（,2,）请画出目的基因两侧被限制酶,切割后所形成的黏性末端。,（,3,）在,DNA,连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？,可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）,小试身手,DNA,1,CTTCATG AATTCCCTAA,GAAGTACTTAA GGGATT,DNA,2,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,重组,DNA,GGCATCTTAA,AATTCCGTAG,练习使用,DNA,连接酶制作重组,DNA,分子,模型构建,4,由于切割后的载体和目的基因具有相同的末端，故重组,DNA,存在,3,中可能连接,。,即,、,、,。,重组,DNA,一定是载体,-,目的基因连接吗？,载体,-,目的基因,载体,-,载体,目的基因,-,目的基因,载体的作用,载体的必要条件,载体的种类,阅读课本第,6,页,“分子运输车”运载体,的相关内容，填写下表,自主学习,1,）能够在宿主细胞中,复制,并稳定地,保存,。,2,）具多个,限制酶切点,，,以便与外源基因连接,。,3,）具有某些,标记基因,，便于进行,鉴定和选择,。,4,）必须是,安,全,的，对受体细胞,无害,。,5,）载体,DNA,分子应,大小适中,，以便于,提取和操作,1,）作为,运载工具,，将目的基因导入受体细胞中,2,）在受体细胞内对目的基因进行,大量复制,细菌的质粒,病毒：,噬菌体衍生物,、动植物病毒等。,3.,分子运输车,-,载体,项目,内容,作用,具备,条件,种类,质粒,将外源基因送入受体细胞,具有特殊的,标记基因,，便于进行,筛选,；,质粒,、噬菌体和动植物病毒,存在于细菌及酵母菌等微生物中，,核,DNA,以外能自我复制的小型环状,DNA,分子,对受体细胞,无害,具有多个,限制酶切点,，以便与外源基因插入其中；,能够在宿主细胞中,复制并稳定地保存,；,载体能对受体细胞有害吗？,载体怎样才能具有能连接不同目的基因的潜能呢？,目的基因怎样才能在受体细胞分裂时不被丢失从而稳定地存在于子细胞内，同时获得更多所需要的产品呢？,目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？,为什么限制酶不剪切细菌本身的,DNA,？,通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其,DNA,分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的,DNA,被切断，并且可以防止外源,DNA,的入侵。,DNA,连接酶有连接单链,DNA,的本领吗？,迄今为止，所发现的,DNA,连接酶都不具有连接单链,DNA,的能力，现在还不清楚原因，也许将来会发现可以连接单链,DNA,的酶。,天然的,DNA,分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？,不是,的。,实际上自然存在的质粒,DNA,分子并不完全具备所需的,4,个条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,思考与探究,P7,基因工程三工具,分子手术刀,限制（性内切）酶,分子缝合针,DNA,连接酶,分子运输车,质粒、病毒等,基因工程的原理,小结,基因的,“,剪刀,”,基因的,“,针线,”,基因的运载体,1.,基因工程的正确操作步骤是（）,使目的基因与运载体结合 检测与表达,将目的基因导入受体细胞 提取目的基因,A.B.C.D.,C,2.,以下说法正确的是,(),A.,目的基因是指重组,DNA B.,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,C.DNA,重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体,D.,只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能成功表达,B,小试牛刀,4.,(多选题)科学家运用基因工程技术,让羊合成并分泌抗体,相,关叙述中正确的是,(),A.,该技术导致生物定向变异,B.DNA,连接酶把目的基因与运载体黏性末端碱基对连接起来,C.,蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料,D.,受精卵是理想的受体,ACD,3.,下列是由限制酶切割形成的,DNA,片段，能用相应,DNA,连接酶将它们恢复连接的组合是（）,CTGCA,G,G,CTTAA,G,ACGTC,AATTC,G,A.,；,B.,；,C.,；,D.,以上都不对,A,小试牛刀,5.,如图，就下列与核酸相关酶的作用机理填空：,限制酶 解旋酶,DNA,连接酶,DNA,聚合酶,RNA,聚合酶,b,a,A.,切断,a,处的酶为,_B.,连接,a,处的酶为,_,C.,切断,b,处的酶为,_D.,连接,b,处的酶为,_,无,小试牛刀,已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么,？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。,小试牛刀,A,组,B,组,C,组,D,组,结 论,预期一,预期二,预期三,预期四,既,含有抗四环素基因,也,含有抗氨苄青霉素基因,只含有抗四环素基因,只含有抗氨苄青霉素基因,既,不含有,抗四环素基因 也,不含有,抗氨苄青霉素基因,不添加抗生素,添加一定浓度的,四环素,添加一定浓度的,氨苄青霉素,添加一定浓度的,两种抗生素,A,B,C,D,E,co,R,S,ma,粘质沙雷氏杆菌,（,Serratia,marcesens,）,大肠杆菌,（,Escherichia,coli,R,）,流感嗜血杆菌的,d,菌株,(Haemophilus influenzae d),先后分离到,3,种限制酶，,则分别命名为：,Hind,、,Hind,、,Hind,如限制酶,EcoRI,只能识别,GAATTC,的序列,，,并在,G,和,A,之间切开,。,扶手,扶手,踏板,(,磷酸二酯键,),(,磷酸二酯键,),(,氢键,),模型构建,1,模型构建,2,限制酶所识别的序列，无论是,6,个还是,4,个碱基，都可以找到一条对称线，由于有一条,DNA,链上的碱基是,对称互补,的，从而使两条,DNA,链上的碱基是,反向重复,、对称排列的,。,回文序列,想一想限制酶所识别的序列有什么特点？,比较,DNA,连接酶,DNA,聚合酶,不,同,点,连接的,DNA,链,链,模板,连接的对象,相同点,作用实质,形成,键,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶作用的比较,单,双,不要,要,2,个,DNA,片段,单个脱氧核苷酸加到已存在的单链,DNA,片段上,磷酸二酯,</p>