理化生]高中生物 11DNA重組技術的基本工具課件 新人教版選修.ppt

藍色妖姬,藍色妖姬的產生,三色紫羅蘭,玫瑰,目的基因,受體細胞,基因工程,專題1,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！,通用,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。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳特性。,基因工程的概念,基因工程的概念,DNA重組技術,生物體外,基因,DNA分子水平,剪切, 拼接, 導入, 表達,問題探討：,蘇云金芽孢桿菌含有一種可以合成毒蛋白的基因。 讓細菌的毒蛋白基因在棉花細胞中表達，可培育出抵抗棉鈴蟲害的抗蟲棉。 想一想需要做哪些關鍵工作？,普通棉花 抗蟲棉,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,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,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,“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,1.1、DNA重組技術的基本工具,一、限制性核酸內切酶“分子手術刀”,1.主要來源： 種類與命名： 作用特點（特異性） 4.限制酶識別序列 5.作用結果：,識別特定核苷酸序列，并且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。,主要從原核生物中分離純化,產生黏性末端或平末端,大多數限制酶的識別序列由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,尋根問底,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。,思考與探究 P7 （2）,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。,種類與命名：,現(xiàn)在已經從約300種微生物中分離出了約4000種限制性內切酶(限制酶)。,EcoR,Sma,粘質沙雷氏桿菌 （Serratia marcesens）,大腸桿菌 （Escherichia coli R）,練習：流感嗜血桿菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:,Hind、Hind和Hind,磷酸二酯鍵,H2O +,限制性內切酶與DNA解旋酶的區(qū)別,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵,將DNA兩條鏈的氫鍵打開形成兩條單鏈,限制性內切酶與DNA水解酶的區(qū)別,切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯鍵，形成片段的DNA.,切割磷酸二酯鍵，形成單個的脫氧核苷酸。,限制酶的識別序列：,能被限制性內切酶特異性識別的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。,EcoR,黏性末端,黏性末端,EcoR,黏性末端,黏性末端,重復演示,什么叫黏性末端？,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，它們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。,Sma,平末端 平末端,限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中軸線（如圖），中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱、重復排列的。,想一想限制酶所識別的序列有什么特點？,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?,GAATTC CTTAAG,GAATTC CTTAAG,EcoR,不同來源的DNA片段混合,將不同種來源的DNA片段連接起來,生物A基因片段,生物B基因片段,G AATTC CTTAA G,酶切,GAATTC CTTAAG,同一種,尋根問底,DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?,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,二、“分子縫合針” DNA連接酶,作用:,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.,作用原理：,催化磷酸二酯鍵形成,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,可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，,Ecoli DNA連接酶 或T4DNA連接酶,即恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵,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,T4DNA連接酶,三、“分子運輸車” 基因進入受體細胞的載體,載體需要的條件： 有1多個限制酶切點 對受體細胞無害 導入基因能在受體細胞中復制、表達 有某些標記基因，便于篩選 常用運載體： 細菌的質粒 噬菌體衍生物或某些動植物病毒,假如目的基因導入受體細胞后不能復制或不能轉錄，轉基因生物能有預想的效果嗎？,作為分子運輸車載體，如果沒有切割位點將會怎樣？,霍亂菌的質粒多個限制酶切點，你會用它來做分子運輸車嗎？,目的基因有沒有進入受體細胞，如何去發(fā)現(xiàn)？,常用的載體：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,2,7,4,8,3,6,1,5,CTGCAG GADGTC,ACGT TGCA,GCGC CGCG,GAATTC CTTAAG,思考與探究 P7,2、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 P7,1） 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。 5） 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。 實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。,4、DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？,迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。,思考與探究 P7,1.在基因工程中，切割運載體和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ） 同種限制酶 B. 兩種限制酶 同種連接酶 D. 兩種連接酶,A,課堂