第一节 基因工程的基本原理和技术2北师大.ppt

基因工程基因工程（genetic engineeringgenetic engineering）：又称）：又称基因基因拼接技术拼接技术和和DNADNA重组技术重组技术，是以分子遗传学为理，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将手段，将不同来源的基因不同来源的基因按预先设计的蓝图，在按预先设计的蓝图，在体外体外构建杂种构建杂种DNADNA分子，然后导入活细胞，以改分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。品。定向定向改造生物的性状改造生物的性状第第1 1节节 基因工程的基本原理和技术基因工程的基本原理和技术一、基因工程研究的理论基础1 1、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质2 2、DNADNA的双螺旋结构和半保留复制的双螺旋结构和半保留复制3 3、DNADNA中遗传信息的表达中遗传信息的表达二、基因工程的二、基因工程的操作技术（工具）操作技术（工具）1 1、DNADNA分子的分子的切割工具切割工具2 2、DNADNA分子的分子的连接工具连接工具3 3、DNADNA分子的分子的运载工具运载工具工欲善其事必先利其器工欲善其事必先利其器限制性内切酶限制性内切酶作作用用会会识别识别DNADNA上某种核苷酸的序列上某种核苷酸的序列和位置。和位置。（大多数限制酶的（大多数限制酶的识别序列识别序列为为6 6个核个核苷酸，少数为苷酸，少数为4 4、5 5或或8 8个核苷酸。）个核苷酸。）“分子手术刀”能将识别位置上的能将识别位置上的DNADNA分子分子一刀一刀两断。两断。1 1、DNADNA分子的切割工具分子的切割工具CTAGAGCT125436磷磷酸酸二二酯酯键键限制酶切割的部位？限制酶切割的部位？限制性内切酶作用过程什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？当限制酶当限制酶从识别序列的从识别序列的中心轴线两侧切中心轴线两侧切开时开时，被限制酶切开的被限制酶切开的DNA切口带有几个切口带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。G A A T T CC T T A A GEcoR中轴线中轴线 C C C G G GG G G C C CSma黏性末端黏性末端平末端平末端平末端平末端黏性末端黏性末端 不同的限制酶识别位点不同，切割不同的限制酶识别位点不同，切割位点也不同，形成的末端也不同。位点也不同，形成的末端也不同。CCCGGGGGGCCCGAATTCCTTAAGEcoREcoR限制酶限制酶酶切位点酶切位点SmaSma限制酶限制酶酶切位点酶切位点 目前已发现目前已发现40004000多种限制酶，主要存在于多种限制酶，主要存在于微生物中。微生物中。限制性内切酶限制性内切酶“分子手术刀”不同的限制性内切酶识别的序列不同，切不同的限制性内切酶识别的序列不同，切割的位点也不同，则可形成不同的末端。割的位点也不同，则可形成不同的末端。选择切割选择切割DNADNA的限制性内切酶必须是的限制性内切酶必须是能完整能完整切取目的基因切取目的基因的限制酶。的限制酶。两种不同生物的两种不同生物的DNADNA，用，用同种限制酶同种限制酶切割，那切割，那么会出现什么现象呢？么会出现什么现象呢？出现相同的黏性末端出现相同的黏性末端G A A T T CG A A T T CC T T A A GC T T A A GG A A T T CG A A T T CC T T A A GC T T A A GG G C T T A AC T T A A A A T T C A A T T C G GG G C T T A AC T T A A A A T T C A A T T C G GEcoRIEcoRI切割位点切割位点黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”2 2、DNADNA分子的连接工具分子的连接工具磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA连接酶连接酶C T T A AG A A T T C G作用作用：连接、修复磷酸二酯键连接、修复磷酸二酯键DNA连接酶连接酶作用结果作用结果将两条将两条双链双链DNA片断片断连接起来连接起来形成形成重组重组DNA分子分子AG T AC A A A T GGCGGTTAT TA T CDNADNADNA聚合酶聚合酶具有连接成单链具有连接成单链DNADNA的本领的本领DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶化学本质化学本质作用对象作用对象参与过程参与过程作用结果作用结果都是蛋白质都是蛋白质连接两条双连接两条双链链DNA片断片断将单个脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸连接在连接在DNA单链上单链上DNA断裂修复断裂修复DNA复制复制将两个将两个DNA片段片段连接成重组连接成重组DNA分子分子形成新的形成新的DNA单链单链多种与多种与DNADNA相关的酶相关的酶解旋酶解旋酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶限制性内切酶限制性内切酶DNADNA水解酶水解酶用于解螺旋，作用于氢键用于解螺旋，作用于氢键用于用于DNADNA复制时复制时，将单个核苷酸连接起来，将单个核苷酸连接起来形成磷酸二酯键，从而形成单链形成磷酸二酯键，从而形成单链DNADNA。用于用于DNADNA的修复的修复，使两个，使两个DNADNA片段片段重新结合。重新结合。用于用于DNADNA切割切割，使，使DNADNA分子的磷分子的磷酸二酯键断裂。酸二酯键断裂。将将DNADNA水解水解为基本单位脱氧核为基本单位脱氧核苷酸。苷酸。要让一个从甲生物细胞内取出来的基因要让一个从甲生物细胞内取出来的基因（目的基因目的基因）在乙生物体内进行表达，首）在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！“分子运输车分子运输车”3 3、DNADNA分子的运载工具分子的运载工具运载体运载体“分子运输车分子运输车”运载体运载体（1）作用：）作用：将目的基因运输到受体细胞内。将目的基因运输到受体细胞内。目的基因利用运载体在受体细胞内目的基因利用运载体在受体细胞内稳定遗传并表达。稳定遗传并表达。作为载体没有切割作为载体没有切割位点将怎样？位点将怎样？条件条件假如目的基因导入假如目的基因导入受体细胞后不能保受体细胞后不能保存和复制将怎样？存和复制将怎样？1 1如果载体对受体细胞如果载体对受体细胞有害将怎样？有害将怎样？3 32 2目的基因是否进入受目的基因是否进入受体细胞，你如何去体细胞，你如何去察觉？察觉？4 4载体的条件讨论讨论能自由进出细胞能自由进出细胞（分子比较小）。（分子比较小）。载体必需是安全的载体必需是安全的不会对受体细胞有害。不会对受体细胞有害。有多个限制性内切位点有多个限制性内切位点供外源供外源DNADNA片段片段(基基因因)插入。插入。能自我复制能自我复制以便在受体细胞中大量复制并以便在受体细胞中大量复制并保存下来。保存下来。有遗传标记基因有遗传标记基因筛选出含重组筛选出含重组DNADNA的受体的受体细胞。细胞。（2）载体的必要条件）载体的必要条件质粒质粒动植物病毒动植物病毒噬菌体噬菌体其他其他（3）载体的种类）载体的种类质粒是一种裸露的、简质粒是一种裸露的、简单的、独立于细菌拟核单的、独立于细菌拟核DNADNA分子之外的，并具分子之外的，并具有自我复制能力的很小有自我复制能力的很小的双链环状的双链环状DNADNA分子。分子。拟核常用的载体：质粒常用的载体：质粒有复制原点有复制原点有切割位点有切割位点有标记基因有标记基因质粒存在于许多细质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生菌以及酵母菌等生物细胞中。物细胞中。在进行基因工程操作中在进行基因工程操作中,真正真正被用作载体的被用作载体的质粒都是在天然质粒质粒都是在天然质粒的基础上进行过的基础上进行过人工改造人工改造的。的。自我复制自我复制供目的基供目的基因插入因插入筛选重筛选重组组DNADNA 重组技术的基本工具重组技术的基本工具“分子手术刀分子手术刀”“分子缝合针分子缝合针”“分子运输车分子运输车”限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶载体载体工具酶工具酶例、所用激素过去主要是从动物的内脏中提取，数量有例、所用激素过去主要是从动物的内脏中提取，数量有限，现大多采用基因工程的方法生产（如图所示）。限，现大多采用基因工程的方法生产（如图所示）。d d为为 。获得获得f f，必须先用，必须先用 切割切割b b和和d d，使它们产生相，使它们产生相同的黏性末端，再加入适量的同的黏性末端，再加入适量的 方可形成。方可形成。b b的名称是的名称是 ，其化学本质为，其化学本质为 。目的基因目的基因同种限制酶同种限制酶DNA连接酶连接酶质粒质粒DNA在基因工程中，切割运载体和含有目的基因在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的的DNADNA片段，需使用（片段，需使用（）A.A.同种限制酶同种限制酶 B.B.两种限制酶两种限制酶C.C.同种连接酶同种连接酶 D.D.两种连接酶两种连接酶A不属于质粒被选为基因运载体的理由是不属于质粒被选为基因运载体的理由是 （）A A、能复制、能复制B B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C C、具有标记基因、具有标记基因D D、它是环状、它是环状DNADNAD以下说法正确的是以下说法正确的是 （）A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列列B B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接制酶切点，以便与外源基因连接D D、DNADNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键C例例1 1、下列关于限制酶和、下列关于限制酶和DNADNA连接酶的理解正确的是连接酶的理解正确的是A A、其化学本质都是蛋白质、其化学本质都是蛋白质B B、DNADNA连接酶可以恢复连接酶可以恢复DNADNA中的氢键中的氢键C C、在基因工程操作中可以用、在基因工程操作中可以用DNADNA聚合酶聚合酶 代替代替DNADNA连接酶连接酶D D、他们不能被反复的利用、他们不能被反复的利用A A例例2 2、（双选）关于质粒的叙述正确的、（双选）关于质粒的叙述正确的 A.A.质粒是能够自我复制的环状质粒是能够自我复制的环状DNADNA分子分子 B.B.质粒是基因工程常用的载体质粒是基因工程常用的载体C.C.重组质粒是目的基因重组质粒是目的基因D.D.质粒可在宿主外单独复制质粒可在宿主外单独复制ABAB