DNA重组技术的基本工具课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

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这些定向改造基因的设想能实现吗？能实现吗？基因工程基因工程经过多年的努力，科学家终于在经过多年的努力，科学家终于在2020世纪世纪7070年代创立了可以定向改造生年代创立了可以定向改造生物的新技术物的新技术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,进行严格进行严格的设计的设计,并通过并通过体外体外DNA重组和转基因重组和转基因等等技术，赋予生物以技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性,创造出创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在品。由于基因工程是在DNA分子水平分子水平上进上进行设计和施工的，因此又叫作行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技重组技术或基因拼接技术。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原理原理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？“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载体载体“缝合缝合”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DNADNA分子的某种分子的某种特定特定的核苷的核苷酸序列，并且使每一条链中酸序列，并且使每一条链中特定特定部位部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。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：4、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限制酶作用过程点击播放点击播放 G1234512345 A磷酸二酯键磷酸二酯键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端常见的两种限制酶大肠杆菌的一种限制酶大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)EcoR)能识别能识别GAATTCGAATTC序列，序列，并在并在G G和和A A之间切开之间切开什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？当限制酶从识别序列的当限制酶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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫好互补配对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。Sma常见的两种限制酶能识别能识别CCCGGGCCCGGG序列，并在序列，并在C C和和G G之间切割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什么叫平末端？什么叫平末端？当限制酶从识别序列的当限制酶从识别序列的中心轴线处切开中心轴线处切开时时，切开的，切开的DNADNA两条单链的切口，是平整两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫的，这样的切口叫平末端平末端。16仔细观察各限制酶识仔细观察各限制酶识别的序列有何特点？别的序列有何特点？限制酶的识别序列限制酶的识别序列两条链上的碱基是反向两条链上的碱基是反向重复的重复的基因的针线：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ATGCATGCDNADNA连接酶的作用：连接酶的作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键二、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶连接酶种类：连接酶种类：类型来源差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)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？ATGCATGC连接酶连接磷酸二酯键连接酶连接磷酸二酯键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连接酶连接酶核苷酸分子的连接：核苷酸分子的连接：ATGCATGCDNADNA聚合酶连接单链聚合酶连接单链DNADNA把单个脱氧核苷酸连接到把单个脱氧核苷酸连接到DNADNA片段上片段上DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相相同同点点作用实质作用实质化学本质化学本质不不同同点点作用对象作用对象 作用结果作用结果用途用途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形成完整的重组形成完整的重组DNA分子分子形成形成DNA的一条链的一条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将单个核苷酸连接将单个核苷酸连接到已有的到已有的DNADNA片段片段上上两个两个DNADNA片段片段识别双链识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定特定的核苷的核苷酸序列，并且使每一条链中酸序列，并且使每一条链中特定特定部位部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。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：4、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ATGCATGCDNADNA连接酶的作用：连接酶的作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键二、分子缝合针二、分子缝合针DNA连接酶连接酶1.下列提到的物质不是基因工程常用的工具下列提到的物质不是基因工程常用的工具的是（的是（）限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNA聚合酶聚合酶 DNA连接酶连接酶 载体载体 解旋酶解旋酶A B C D复复 习习2.下列关于下列关于DNA连接酶和连接酶和DNA聚合酶的叙述聚合酶的叙述中，正确的是中，正确的是()A.两者催化同一种化学键形成两者催化同一种化学键形成 B.两者催化同一种化学键断裂两者催化同一种化学键断裂C.两者都参与目的基因与载体的结合两者都参与目的基因与载体的结合 D.两者都参与遗传信息的表达两者都参与遗传信息的表达3.依下图，有关工具酶功能的叙述中，不正确依下图，有关工具酶功能的叙述中，不正确的是（的是（）A切断切断a处的酶是限制性内切酶处的酶是限制性内切酶 B切断切断b处的酶是解旋酶处的酶是解旋酶C连接连接b处的酶为处的酶为DNA连接酶连接酶 D限制性内切酶和限制性内切酶和DNA连接酶均作用于连接酶均作用于a处处三、分子运输车基因进入受体细胞的载体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、噬菌体、动植物病毒质粒、噬菌体、动植物病毒2 2 2 2、能否用、能否用、能否用、能否用SARSSARSSARSSARS病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？病毒作为基因载体？3 3 3 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？、作为载体，若没有切割位点将怎样？4 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？如何鉴定？如何鉴定？如何鉴定？5 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，假如目的基因导入受体细胞后不能复制，假如目的基因导入受体细胞后不能复制，假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？将怎样？将怎样？将怎样？1 1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？、从化学组成来看，载体应含有什么成分？双链双链双链双链DNADNADNADNA不能不能不能不能不能进行不能进行不能进行不能进行DNADNA的重组的重组的重组的重组载体上应有标记基因载体上应有标记基因载体上应有标记基因载体上应有标记基因可能造成基因丢失可能造成基因丢失可能造成基因丢失可能造成基因丢失【小组讨论小组讨论3】请大家阅读课本】请大家阅读课本P6的内容的内容,答以下答以下问题。问题。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以供外源基因插入以供外源基因插入3.3.有标记基因有标记基因便于检测与筛选便于检测与筛选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、比较容易得到质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核细菌拟核DNA之外之外，具有，具有自我复制能力自我复制能力的很小的双链环状的很小的双链环状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，真正工程操作中，真正被用作载体的质粒，被用作载体的质粒，都是在天然质粒的都是在天然质粒的基础上基础上进行过人工进行过人工改造的改造的。小结小结基因工程基因工程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性(识别特定的序列识别特定的序列)切开切开DNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键 种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4 DNADNA连接酶连接酶运载体运载体具备的具备的条件条件能在宿主细胞中自我复制能在宿主细胞中自我复制 并稳定存在并稳定存在具一个或多个限制酶切位点具一个或多个限制酶切位点具标记基因具标记基因对受体细胞无害、易分离对受体细胞无害、易分离质粒、质粒、噬菌体噬菌体、动植物病毒、动植物病毒练习练习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BD限制性内切酶限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATCC，限制，限制性内切酶性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在质粒上有。在质粒上有酶酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。的切点。（1）请画出质粒被限制酶）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性切割后所形成的黏性末端。末端。（3）在）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？成的黏性末端能否连接？为什么？可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的末端是相同的 小试身手小试身手