选3-1-1DNA重组技术的工具.pptx
设想一设想一能否培育出具有抗能否培育出具有抗虫性状的抗虫棉？虫性状的抗虫棉？胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的是治疗糖尿病的特效药特效药，长期，长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，取，产量低，成本高产量低，成本高。而微生物生长。而微生物生长迅速，容易控制。迅速，容易控制。设想二设想二能否让微生物产生出人能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？的胰岛素等珍贵药物？这这 些些 设设 想想 能能 实实 现现 吗吗？经过多年的努力，科学家终于经过多年的努力，科学家终于在在2020世纪世纪7070年代创立了可以年代创立了可以定向改定向改造造生物的新技术生物的新技术基因工程基因工程生物选修3专题专题1 基因工程基因工程基因工程基因工程：指按照人们的愿望指按照人们的愿望,进行严格的设计进行严格的设计并通过并通过体外体外DNADNA重组重组和和转基因转基因等技术，赋予生物等技术，赋予生物以新的遗传特性以新的遗传特性,创造创造出更出更符合人们需要符合人们需要的新的的新的生物类型生物类型和和生物产品生物产品。由于基因工程是在。由于基因工程是在DNADNA分分子水平子水平上进行设计和施工的，因此又叫作上进行设计和施工的，因此又叫作DNADNA重重组技术或基因拼接技术。组技术或基因拼接技术。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抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌抗虫基因抗虫基因提取提取提取提取普通棉花普通棉花（无抗虫特性）（无抗虫特性）与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNADNADNA拼接，导入拼接，导入拼接，导入拼接，导入棉花细胞棉花细胞（含抗虫基因）（含抗虫基因）棉花植株棉花植株（有抗虫特性）（有抗虫特性）表达表达表达表达切割、改造、修饰、拼接、导入、表达切割、改造、修饰、拼接、导入、表达实现这一精确操作需要哪些工具？实现这一精确操作需要哪些工具？生物选修3莆田市第十五中学生物组莆田市第十五中学生物组 王敏华王敏华专题专题专题专题1 1 基因工程基因工程基因工程基因工程基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与棉花与棉花DNA“DNA“缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因进入棉花细胞进入棉花细胞1 1 1 1、噬菌体侵染细菌实验的结果如何？、噬菌体侵染细菌实验的结果如何？、噬菌体侵染细菌实验的结果如何？、噬菌体侵染细菌实验的结果如何？噬菌体侵染细菌噬菌体侵染细菌细菌的细菌的DNADNA被破坏，细菌裂解死亡被破坏，细菌裂解死亡2 2 2 2、现存的生物为什么没有在长期的进化过程中被外现存的生物为什么没有在长期的进化过程中被外现存的生物为什么没有在长期的进化过程中被外现存的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源源源源DNADNADNADNA的入侵而的入侵而的入侵而的入侵而绝灭绝灭绝灭绝灭，仍能保持相对稳定的状态呢？，仍能保持相对稳定的状态呢？，仍能保持相对稳定的状态呢？，仍能保持相对稳定的状态呢？3 3 3 3、单细胞生物如何抵抗入侵的外源、单细胞生物如何抵抗入侵的外源、单细胞生物如何抵抗入侵的外源、单细胞生物如何抵抗入侵的外源DNADNADNADNA，保护自身？，保护自身？，保护自身？，保护自身？4 4 4 4、怎样才能让、怎样才能让、怎样才能让、怎样才能让DNADNADNADNA失效？失效？失效？失效？生物体都有各自的保护机制生物体都有各自的保护机制生物体都有各自的保护机制生物体都有各自的保护机制如动物的免疫系统，植物的保护组织如动物的免疫系统，植物的保护组织如动物的免疫系统，植物的保护组织如动物的免疫系统，植物的保护组织只有让外来的只有让外来的只有让外来的只有让外来的DNADNADNADNA失效失效失效失效DNADNADNADNA酶酶酶酶5 5 5 5、DNADNADNADNA酶的作用及其结果如何？酶的作用及其结果如何？酶的作用及其结果如何？酶的作用及其结果如何？水解水解水解水解DNADNADNADNA，使，使，使，使DNADNADNADNA失效失效失效失效6 6 6 6、DNADNADNADNA酶会使生物自身的酶会使生物自身的酶会使生物自身的酶会使生物自身的DNADNADNADNA失效吗？失效吗？失效吗？失效吗？会会会会7 7 7 7、到哪里寻找这种能使外源、到哪里寻找这种能使外源、到哪里寻找这种能使外源、到哪里寻找这种能使外源DNADNADNADNA失效又不失效又不失效又不失效又不破坏自身破坏自身破坏自身破坏自身DNADNADNADNA的酶？的酶？的酶？的酶？到单细胞的生物中去找到单细胞的生物中去找到单细胞的生物中去找到单细胞的生物中去找8 8 8 8、为什么在单细胞中能寻找到这种能使外源、为什么在单细胞中能寻找到这种能使外源、为什么在单细胞中能寻找到这种能使外源、为什么在单细胞中能寻找到这种能使外源DNADNADNADNA失效失效失效失效又不破坏自身又不破坏自身又不破坏自身又不破坏自身DNADNADNADNA的酶？的酶？的酶？的酶？单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNADNADNADNA的侵的侵的侵的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNADNADNADNA的酶。的酶。的酶。的酶。9 9 9 9、这到底是一种怎样的酶？、这到底是一种怎样的酶？、这到底是一种怎样的酶？、这到底是一种怎样的酶？限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶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”1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶识别双链识别双链DNADNA分子的某种特定的核苷酸序列分子的某种特定的核苷酸序列使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开磷酸二酯键断开主要是原核生物主要是原核生物40004000种种 （1 1）来源：）来源：（2 2）化学本质：）化学本质：（3 3）作用特点：）作用特点：12345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构 G1234512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯键键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键中轴线在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。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G与C之间切割平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端SmaISmaI限制酶的切割限制酶的切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末平末端端。1 1、两种不同生物的、两种不同生物的DNADNA，用，用同种限制酶切割，那么会出同种限制酶切割，那么会出现什么现象呢？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 GEcoRIEcoRIEcoRIEcoRI切割位点切割位点切割位点切割位点黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 思考与讨论思考与讨论2 2、要想获得某个特定性状的基因必须要用、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？限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？3 3、限制性核酸内切酶的作用特点体现了酶限制性核酸内切酶的作用特点体现了酶的哪种特性？的哪种特性？思考与讨论思考与讨论限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并且只能在特定部位切割，这酸序列，并且只能在特定部位切割，这说明了说明了酶具有专一性酶具有专一性。两个两个你能推测限制酶存在于原核你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？生物中的作用是什么吗？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵，的入侵，但生物但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是细就是细菌的一种菌的一种防御性工具，防御性工具，当外源当外源DNA侵入时，会侵入时，会利用限制酶利用限制酶将外源将外源DNA切割掉，切割掉，以保证自身的以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNA、使之失效，使之失效，从而达到从而达到保护自身保护自身的的目的。目的。寻根问底寻根问底为什么限制酶不剪切细菌本身的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通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其的细胞，其DNADNA分子中分子中不具备这种限制酶不具备这种限制酶的识别切割序列的识别切割序列，或者，或者通过甲基化酶将甲通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，并被切断，并且可以防止外源且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。T GT GA C T T A AA C T T A AA A T T C CA A T T C C G G G G T G T G A C T T A A A C T T A A A A T T C CA A T T C C G G G G不同生物的不同生物的DNADNA片段会不会结合呢？片段会不会结合呢？这两个缺口如何这两个缺口如何“缝合缝合”呢？呢？“分子缝合针分子缝合针”2 2、DNADNA连接酶连接酶把切下来的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DNADNA连接酶的作用连接酶的作用磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA连接酶连接酶两两DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNADNA中的中的DNADNA单链单链缺口，但不能连接单链缺口，但不能连接单链DNADNA！DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T T4 4 DNA DNA连接酶连接酶还可把还可把平末端之间的缝隙平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，但效率较低起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用AG T AC A A A T GCGACGGTTAT TADNADNA聚合酶聚合酶AG T AC A A A T GCGCGGTTAT TA TDNADNA聚合酶聚合酶AG T AC A A A T GGCGGTTAT TA T CDNADNA聚合酶聚合酶AG T AC A A A T GGCGGTTAT TA T CDNADNADNA聚合酶聚合酶具有连接单链具有连接单链DNADNA的本领的本领都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链链基因工程基因工程DNA复制复制DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，形成磷酸片段上，形成磷酸二酯键二酯键在在两个两个DNADNA片片段之间段之间形成磷形成磷酸二酯键酸二酯键大肠杆菌大肠杆菌T4噬菌体噬菌体E.coliDNAE.coliDNA连接酶连接酶:T T4 4DNADNA连接酶连接酶:来源：来源：作用：作用：只连接互补的只连接互补的黏性黏性末端末端来源：来源：作用：作用：对于两种末端都能连接，对于两种末端都能连接，但对平末端的连接效率但对平末端的连接效率较低较低DNA连接酶的种类连接酶的种类单纯的单纯的DNADNA片段是很难导入受体细胞的，所片段是很难导入受体细胞的，所以切割下来的目的基因导入受体细胞就需要以切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个有一个“分子运输车分子运输车”帮助。帮助。“分子运输车分子运输车”3 3、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体那么这个运输车应该具备什么样的特点呢？那么这个运输车应该具备什么样的特点呢？载体的必要条件载体的必要条件1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制并稳定地并稳定地保存保存。2）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点，以，以便与外源基因连接便与外源基因连接。3）具有某些）具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行鉴定鉴定和和选择选择。4）必须是）必须是安全安全的的，对受体细胞，对受体细胞无害无害。5）载体）载体DNA 分子应分子应大小适中大小适中，以便于，以便于提取提取和和操作操作载体的作用及种类载体的作用及种类质粒质粒质粒质粒噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物动植物病毒动植物病毒动植物病毒动植物病毒1 1）作为）作为）作为）作为运载工具运载工具运载工具运载工具，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中，将目的基因导入受体细胞中2 2）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行）在受体细胞内对目的基因进行大量复制大量复制大量复制大量复制作用：作用：种类：种类：有标记基因的存有标记基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培养基鉴别。素的培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌拟裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核核DNA之外，并具有之外，并具有自我复制能力自我复制能力的很小的的很小的双链环状双链环状DNA分子。分子。最常用运载体最常用运载体质粒质粒 实际上在基因实际上在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作载真正被用作载体的质粒，都体的质粒，都是在天然质粒是在天然质粒的基础上进行的基础上进行过人工改造的。过人工改造的。DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗聚合酶是一回事吗?为什么为什么?1)1)只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连连接到已有的核酸片段上，接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键1)1)在在两个两个DNADNA片段之片段之间间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键2)2)以以一条一条DNADNA链为模板链为模板，将将将将单个核苷酸单个核苷酸单个核苷酸单个核苷酸通过磷酸通过磷酸通过磷酸通过磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键连接成一条互补连接成一条互补的的DNADNA链链2)2)将将DNADNA双链上的双链上的两两个缺口同时连接个缺口同时连接起来，起来，不需要模板不需要模板
