11DNA重组技术的基本工具32185415.pptx

豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮资料一：目前，资料一：目前，全球的氮肥生全球的氮肥生产耗费世界总产耗费世界总电力电力的的3%-4%3%-4%，且农作物只能且农作物只能吸收氮肥的吸收氮肥的1/101/10,造成了大造成了大面积土壤和水面积土壤和水质的质的污染。污染。禾本科植物却不能禾本科植物却不能设想一设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？的氮？蜘蛛能够吐出蛛丝蜘蛛能够吐出蛛丝资料二：蛛丝是自然界最资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其极强的韧度，其韧度韧度是同是同样直径钢材的好几倍。但样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。蜘蛛的农场。3030多年来，多年来，科学家们一直试图找到利科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝用其他生物体来制造蛛丝的办法。的办法。能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蛛丝？蛛丝？设想二设想二 资料三资料三 以往，治疗糖尿病的以往，治疗糖尿病的胰岛胰岛素素是从动物胰腺中提取的，是从动物胰腺中提取的，从从100100千克猪、牛等动物的胰千克猪、牛等动物的胰腺只能提取腺只能提取3 34 4克胰岛素，克胰岛素，治疗一个患者需宰杀治疗一个患者需宰杀40405050头牛头牛，这种药物的造价就可，这种药物的造价就可想而知了。想而知了。微生物可以有分泌产物，微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快且微生物繁殖速率快能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？素等珍贵的药物？设想三设想三设想一设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蛛丝？蛛丝？设想二设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？素等珍贵的药物？设想三设想三经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于2020世纪世纪7070年代创立了可年代创立了可以定向改造生物的新技术以定向改造生物的新技术基因工程基因工程。如：如：19731973年转基因微生物年转基因微生物转基因大肠杆菌问世；转基因大肠杆菌问世；19801980年第一个转基因动物年第一个转基因动物转基因小鼠诞生；转基因小鼠诞生；19831983年年第一例转基因植物第一例转基因植物转基因烟草出现，实现了一种生转基因烟草出现，实现了一种生物的某些性状在另一种生物中的表达。物的某些性状在另一种生物中的表达。首只转基因猴诞生首只转基因猴诞生一、一、基因工程基因工程二、二、基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”、“剪刀剪刀”（1 1）来源）来源（2 2）作用部位）作用部位（3 3）特点）特点（4 4）作用结果）作用结果2.2.DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”、“针线针线”（1 1）转接部位）转接部位（2 2）分类）分类（3 3）DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的异同聚合酶的异同3.3.基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”、“运载体运载体”（1 1）作用）作用（2 2）条件）条件（3 3）种类）种类专题一专题一 基因工程基因工程1.1 DNA1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具一、基因工程概念一、基因工程概念就是按照人们的意愿，进行严格的设就是按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过计，并通过体外体外DNADNA重组和转基因等技术，重组和转基因等技术，把一种生物的某种基因提取出来，加以修把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，赋予生物以新的特性，从而赋予生物以新的特性，从而定向定向的改变生的改变生物的遗传性状。物的遗传性状。由于基因工程是在由于基因工程是在DNADNA分子水平上分子水平上进进行设计和施工的，因此又叫行设计和施工的，因此又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组技术重组技术。基因工程的概念如何理解！基因工程的概念如何理解！基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果实质实质基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组基因工程培育基因工程培育抗虫棉抗虫棉的简要过程的简要过程苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提提取取抗虫抗虫基因基因与运载体DNA拼接导入导入普通棉花（无抗虫特性）普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞（含抗虫基因）棉花细胞（含抗虫基因）棉花植株（含抗虫特性）棉花植株（含抗虫特性）上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？二、基因工程操作的工具二、基因工程操作的工具基因的大小以基因的大小以纳米纳米计算，要对它进行剪切、计算，要对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：行基因操作最少需要以下三种工具：1 1、限制性内切酶（限制酶）、限制性内切酶（限制酶）“分子手术刀分子手术刀”、“基因的剪刀基因的剪刀”2 2、DNADNA连接酶连接酶 “分子缝合针分子缝合针”、“针线针线”3.3.基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 “分子运输车分子运输车”、“运载体运载体”、“分子手术刀分子手术刀”限制性内切酶（限制酶）限制性内切酶（限制酶）（3 3）特点：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，）特点：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将并在特定的切割点上将DNA DNA 分子切断。分子切断。指一类酶，非一种酶。指一类酶，非一种酶。特异性特异性（2 2）作用部位：磷酸二酯键）作用部位：磷酸二酯键（1 1）来源：主要从）来源：主要从原核生物原核生物中分离中分离 原因：限制酶是在生物体原因：限制酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内的一种酶，内的一种酶，能将外来的能将外来的DNADNA切断，而对自己切断，而对自己DNADNA无害，保护细胞原有遗无害，保护细胞原有遗传信息，由于这种切割作用是在传信息，由于这种切割作用是在DNADNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性内切酶。名限制性内切酶。而真核生物一般有其他保护措施。而真核生物一般有其他保护措施。举例：大肠杆菌的一种限制酶举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoREcoR）能识别能识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。（4 4）作用结果：形成）作用结果：形成DNADNA片段末端片段末端平末端：平切（相同部位）平末端：平切（相同部位）黏性末端：错位切（不同部位）黏性末端：错位切（不同部位）什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切口，带两条单链的切口，带有几个有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补配对，互补配对，这样的切口叫这样的切口叫黏性末端黏性末端。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来用同一种限制酶来切割，会怎样呢？切割，会怎样呢？会产生相同的黏性末端，然后让两者的会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就可以合成重组的黏性末端黏合起来，就可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。、“分子缝合针分子缝合针”DNA”DNA连接酶连接酶（1 1）连接的部位：）连接的部位：DNADNA双链片段间的双链片段间的磷酸二酯键磷酸二酯键，不是，不是氢键。氢键。DNADNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程（2）常用种类：E.E.colicoli DNA DNA连接酶连接酶：来源：大肠杆菌来源：大肠杆菌作用：连接黏性末端作用：连接黏性末端TT4 4 DNADNA连接酶：连接酶：来源：来源：T T4 4噬菌体噬菌体作用：连接黏性末端、作用：连接黏性末端、平末端平末端 基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌中分离得到的中分离得到的E Ecolicoli连接酶、从连接酶、从T4T4噬菌体中分离噬菌体中分离得到的得到的T4T4连接酶。这两种酶的催化反应基本相同，连接酶。这两种酶的催化反应基本相同，都是连接双链都是连接双链DNADNA的缺口，而不能连接单链的缺口，而不能连接单链DNADNA。作。作用用都是形成磷酸二酯键都是形成磷酸二酯键。（3）DNA连接酶和DNA聚合酶的异同连接酶和聚合酶的作用连接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯键都是形成磷酸二酯键。DNADNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的片段的33末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而连接酶是在两个连接酶是在两个DNADNA片段之间形成磷酸二酯键。片段之间形成磷酸二酯键。DNADNA聚合酶是以一条聚合酶是以一条DNADNA链为模板，将单个核苷酸链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成子链；而连接酶是将通过磷酸二酯键形成子链；而连接酶是将DNADNA双双链上的两个缺口同时连接起来，因此连接酶不需链上的两个缺口同时连接起来，因此连接酶不需要模板。要模板。两者都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不两者都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。相同。DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶化学本质化学本质作用部位作用部位模板模板蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质磷酸二酯键磷酸二酯键（单个脱氧核苷（单个脱氧核苷酸酸+片段）片段）磷酸二酯键磷酸二酯键（DNADNA双链片段双链片段+DNADNA双链片段）双链片段）需要需要（DNADNA一条链）一条链）不需要不需要3 3、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”（3 3）.种类：种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒。、噬菌体和动植物病毒。（1 1）.作用：将外源基因送入受体细胞。作用：将外源基因送入受体细胞。（2 2）.条件：条件：1)1)能在宿主细胞内复制并稳定地保存。能在宿主细胞内复制并稳定地保存。2)2)具有一个至多个限制酶切点，使外源基因插入具有一个至多个限制酶切点，使外源基因插入其中。其中。3)3)具有某些标记基因，供重组具有某些标记基因，供重组DNADNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。如抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因如抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。等。4)4)对受体细胞无害，不影响其正常活动。对受体细胞无害，不影响其正常活动。运载体最常用的运载体最常用的运载体-质粒质粒例 11 1、下列关于限制酶的说法正确的是（、下列关于限制酶的说法正确的是（）A.A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少B.B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.C.不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNADNA后都会形成黏性末端后都会形成黏性末端D.D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键B以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)(1)其中其中和和 是由一种限制酶切割形成的是由一种限制酶切割形成的 末端，两者要重组成一个末端，两者要重组成一个DNA DNA 分子，所用分子，所用DNADNA连接酶通常是连接酶通常是 。（2 2）和和 是由另一种限制酶切割形成的是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形成重组末端，两者要形成重组DNADNA片段，所用的连接片段，所用的连接酶通常是酶通常是 。例2连接两个连接两个DNADNA双链片段双链片段EEcoli coli DNADNA连接酶连接酶