生物 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 新人教版选修3.ppt

设想一设想一 能否培养出具有抗虫能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？性状的抗虫棉呢？胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药是治疗糖尿病的特效药,长期以来长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。低成本高。而微生物生长迅速，容易控制。于是科学而微生物生长迅速，容易控制。于是科学家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，并得以表达，就不仅能解决产量物体内，并得以表达，就不仅能解决产量问题，还能大大降低生产成本，使药品价问题，还能大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。格大幅下降。设想二设想二 能否让微生物产生出人的能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？胰岛素等珍贵药物？这些定向改造基因的设想能实现吗？经过多年的努力，科学家经过多年的努力，科学家终于终于在在2020世纪世纪7070年代创立了可以年代创立了可以定向改造定向改造生物的新技术生物的新技术 基因工程基因工程基因工程的概念基因工程的概念基因工程基因工程：指按照人们的愿望指按照人们的愿望,进行严格的设进行严格的设计并通过计并通过体外体外DNA重组重组和和转基因转基因等技术，赋予等技术，赋予生物以新的遗传特性生物以新的遗传特性,创造创造出更出更符合人们需要符合人们需要的的新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DNA分子水平分子水平上进行设计和施工的，因此又叫上进行设计和施工的，因此又叫作作DNA重组技术或基因拼接技术。重组技术或基因拼接技术。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实质实质结果结果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的概念基因工程的概念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：抗虫棉的抗虫棉的培育有哪些培育有哪些关键步骤？关键步骤？苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因普通棉花普通棉花(无抗虫特性)棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因)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，导入棉花植株棉花植株(有抗虫特性)表达表达表达表达解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？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抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内细胞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DNADNA“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解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”基因进入受体细胞的基因进入受体细胞的载体载体DNA DNA 重组技术的基本工具重组技术的基本工具本节知识内容 1-1 DNA1-1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具专题一专题一 基因工程基因工程“分子手术刀分子手术刀”限制酶限制酶“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 识别双链识别双链识别双链识别双链DNA DNA DNA DNA 分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两序列，并且使每一条链中特定部位的两序列，并且使每一条链中特定部位的两序列，并且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。个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。主要是原核生物主要是原核生物主要是原核生物主要是原核生物40004000种。种。1、来源：、来源：2、种类：、种类：3、作用：、作用：5、结果：、结果：形成两种末端形成两种末端形成两种末端形成两种末端一、一、“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶黏性末端黏性末端平末端平末端4 4、切割方式：、切割方式：错切和平切错切和平切ATGCATGC限制酶切割磷酸二酯键限制酶切割磷酸二酯键限制性内切酶作用过程点击播放点击播放 1 1、大肠杆菌的一种限制酶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之间切开形成之间切开形成黏性黏性末端。末端。2 2、SmaSma能识别能识别CCCGGGCCCGGG序列，序列，并在并在C C和和G G之间切割形成之间切割形成平平末端末端 。常见的两种限制酶Sma平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端什么叫黏性末端？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两条单链的切两条单链的切口，带有几个口，带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正，他们之间正好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。什么叫平末端？什么叫平末端？当限制酶当限制酶从识别序列的从识别序列的中心轴线处切中心轴线处切开时开时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫整的，这样的切口叫平末端平末端。基因的针线：DNA连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割ATGCATGC连接酶连接连接酶连接磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA连接酶的作用过程：连接酶的作用过程：二、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶 T磷酸二酯键1234512345 A作用部位：作用部位：是磷酸二酯键是磷酸二酯键是磷酸二酯键是磷酸二酯键（扶手）（扶手）不是氢键不是氢键不是氢键不是氢键（梯子）（梯子）DNA连接酶连接酶将两条将两条DNA链连接起来的酶。链连接起来的酶。连接连接黏性黏性末端末端连接连接黏性黏性末端和末端和平平末端末端分类分类作用作用E.coli DNA连接酶连接酶连接酶种类：连接酶种类：T4DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶和和DNA连接酶有何相同点和连接酶有何相同点和不同点？不同点？DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶连接连接DNA链链连接部位连接部位双链双链在两在两DNADNA片片断断之间形成之间形成磷酸二脂键磷酸二脂键单链单链将将单个单个核苷酸加核苷酸加到已存在的核酸到已存在的核酸片断片断3 3末端形成末端形成磷酸二脂键磷酸二脂键三、分子运输车基因进入受体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具能将外源基因送入受体细胞的工具就是就是载体载体。1 1、基因工程的载体被喻为、基因工程的载体被喻为：分子运输车分子运输车2 2、基因工程的载体来源、基因工程的载体来源：作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？质粒质粒、噬菌体噬菌体、动植物病毒动植物病毒作为载体的必要条件1.1.能自我复制能自我复制能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；2.2.有一个至多个限制酶切位点有一个至多个限制酶切位点能与目的基因结合能与目的基因结合3.3.有遗传标记基因有遗传标记基因便于观察便于观察4.4.对受体细胞无害、易分离对受体细胞无害、易分离安全、比较容易得到安全、比较容易得到认识常用的载体认识常用的载体质粒 质粒是基因工程常用的载体，一种裸露的、结构简单、独立于染色体或细菌拟核之外，能自我复制的小型环状双链DNADNADNADNA分子，对宿主细胞没有影响，主要存在于细菌和酵母菌体内。其中最常用的是大肠杆菌质粒。课本知识回顾 1 1、基因工程又叫做基因工程又叫做 或或 。通俗地说，就是按照。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加以提取出来，加以 ，然后放到另一种生物的细胞里，然后放到另一种生物的细胞里，改造生物的遗传性状改造生物的遗传性状。基因拼接技术基因拼接技术DNA重组技术重组技术基因基因修饰改造修饰改造定向地定向地2、DNA 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（性核酸内切）酶限制（性核酸内切）酶DNA连接酶连接酶基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体3、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶主要是从主要是从 的一种酶。的一种酶。识别双链识别双链DNA DNA 分子的某种分子的某种 ，并且使每一条链中，并且使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之的两个核苷酸之间的间的 断开。断开。形成两种末端形成两种末端原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端平末端4、“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：两类两类连接黏性末端连接黏性末端Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键连接黏性末端和平末端连接黏性末端和平末端4、基因进入受体细胞的载体、基因进入受体细胞的载体通常有三种通常有三种:作为载体的条件：作为载体的条件：在进行基因工程操作中在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是真正被用作载体的质粒都是在在 质粒质粒噬菌体衍生物噬菌体衍生物动植物病毒动植物病毒天然质粒天然质粒人工改造人工改造的的能自我复制；有切割位点；能自我复制；有切割位点；有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离基础上进行过基础上进行过练习练习1 1、在基因工程中，切割运载体和、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的含有目的基因的DNADNA片段，需片段，需使用（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、能复制、能复制 （）B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD练习练习3)基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱碱基互补配对的步骤是基互补配对的步骤是 （）A、人工合成目的基因、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达C练习练习