基因工程技术的基本工具XXXX.pptx

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1、专题专题1基因工程基因工程基因的内涵基因的内涵基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的DNA片段片段DNA分子的结构分子的结构磷酸二酯键磷酸二酯键特点：特点：（1）两条脱氧核苷酸）两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成双链反向平行盘旋成双螺旋结构螺旋结构（2）脱氧核糖和核酸）脱氧核糖和核酸交替连接，排列在外交替连接，排列在外侧，构成基本骨架侧，构成基本骨架（3）两条链上的碱基）两条链上的碱基通过氢键连接排列在通过氢键连接排列在内测内测原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构(补充内容）补充内容）非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNARNA聚合酶结

2、合位点聚合酶结合位点启动子启动子终止子终止子不编码蛋白质。不编码蛋白质。：编码蛋白质：编码蛋白质,连续不间断连续不间断编码区编码区非编码区非编码区原核原核细胞细胞的的 基因基因结构结构调控遗传信息表达调控遗传信息表达,上上 游有启动子，下游有终止子游有启动子，下游有终止子启动子启动子真核细胞的基因结构（补充内容）真核细胞的基因结构（补充内容）编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 真核真核细胞细胞的的 基因基因结构结构编码区编码区非编码区非编码区外显子

3、：能编码蛋白质的序列外显子：能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列内含子：不能编码蛋白质的序列：有调控作用有调控作用,上游有启动子，下上游有启动子，下游有终止子游有终止子非编码序列：非编码序列：包括非编码区和内含子包括非编码区和内含子基因工程的产物基因工程的产物转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌转基因小鼠转基因小鼠转基因烟草转基因烟草基因工程基因工程什么叫基因工程？什么叫基因工程？基因工程是指基因工程是指基因工程是指基因工程是指按照人们的愿望按照人们的愿望按照人们的愿望按照人们的愿望，进行严格，进行严格，进行严格，进行严格的设计，并通过的设计，并通过的设计，并通过的设计，并通过体外体外体外体

4、外DNADNADNADNA重组和转基因等技术，重组和转基因等技术，重组和转基因等技术，重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在因工程是在因工程是在因工程是在DNADNADNADNA分子水平分子水平分子水平分子水平上进行设计和施工的，上进行设计和施工的，上进行设计和施工的，上进行设计和施工的

5、，因此又叫做因此又叫做因此又叫做因此又叫做DNADNADNADNA重组技术重组技术重组技术重组技术。对基因工程概念的理解对基因工程概念的理解基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因/DNA/DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍定向改造生物性状定向改造生物性状问题探讨问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。抵抗棉铃虫害的抗虫棉

6、。想一想想一想需要做哪些关键工作？需要做哪些关键工作？苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌毒蛋白毒蛋白毒蛋白毒蛋白普通棉花抗虫棉普通棉花抗虫棉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？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

7、刀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限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶关键步骤一关键步骤一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提取出来内提取出来内提取出来内提取出来关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因与棉花抗虫基因与棉花抗虫基因与棉花抗虫基因与棉花DNA“DNA“缝合缝合缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞“分子缝合针分子缝合针分子缝合针分子缝合针”DNAD

8、NADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶“分子运输车分子运输车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1.11.1、DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”限制酶分布限制酶分布在哪里？有何特在哪里？有何特点？断开的是什点？断开的是什么化学键？作用么化学键？作用结果怎样？结果怎样？磷酸二酯键磷酸二酯键AAT TGGGGCCAAT TCCT TT TCCGGAAAA氢键氢键主要从原核生物中分离纯化出来主要从原核生物中分离纯化出来主要从原核生物中分离纯化出来主

9、要从原核生物中分离纯化出来 1、来源：、来源：2、特点：、特点：3、作用：、作用：4、结果：、结果：具有专一性具有专一性识别某种识别某种识别某种识别某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，使特定部，使特定部，使特定部，使特定部位的两个核苷酸之间的位的两个核苷酸之间的位的两个核苷酸之间的位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键切开切开切开切开形成两种末端形成两种末端形成两种末端形成两种末端黏性末端黏性末端平末端平末端切开磷酸二酯键切开磷酸二酯键限制性内切酶限制限制酶酶EcoREcoRSma平末端平末端平末端平末端G A A T T C C T T A A G 中轴线中轴线C T

10、 T A A G A A T T C G C C C G G G G G G C C C C C C G G G G G G C C C 黏性末端黏性末端平末端平末端切割切割切割切割DNADNADNADNA分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端限制酶的识别序列：限制酶的识别序列：能被限制性内切酶特能被限制性内切酶特异性识别的切割部位异性识别的切割部位都具有回文序列：在都具有回文序列：在切割部位，一条链正切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序一条链反向读的顺序完全一致。完全一致。寻根问底寻根问底你能推测限

11、制酶存在于原核生物中的作用是你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？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，但生物在长期的进化过程中形成了一套完善但生物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。的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限限制酶制酶就是细菌的一种就是细菌的一种防御性工具防御性工具，当外源，当外源DNA侵入时，会利用限制酶侵入时，会利用限制酶将外源将外源DNA切割切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效使之失效，从而

12、达到从而达到保护自身保护自身的目的。的目的。思考与探究思考与探究 P7（2）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，其的细胞，其的细胞，其DNADNADNADNA分子中或者分子中或者分子中或者分子中或者不具备不具备不具备不具备这种限制酶的这种限制酶的这种限制酶的这种限制酶的识别切割序列识别切割序列识别切割序列识别切割序列；或者通过甲基化酶；或者通过甲基化酶；或者通过甲基化酶；或者通过甲基化酶将甲基转移将甲基转移

13、将甲基转移将甲基转移到所到所到所到所识别序列识别序列识别序列识别序列的碱基上，使的碱基上，使的碱基上，使的碱基上，使限制酶不能将其切限制酶不能将其切限制酶不能将其切限制酶不能将其切开开开开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的使自身的使自身的使自身的DNADNADNADNA被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源DNADNADNADNA的的的的入侵。入侵。入侵。入侵。限制性内切酶与限制性内切酶与DNA解旋酶的区别解旋酶

14、的区别切割特定的核苷酸序列切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键的磷酸二酯键将将DNADNA两条链的氢键两条链的氢键打开形成两条单链打开形成两条单链限制性内切酶与限制性内切酶与DNA水解酶的区别水解酶的区别切割特定的核苷酸序列切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键，形成片的磷酸二酯键，形成片段的段的DNA.DNA.切割磷酸二酯键，形成切割磷酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸。单个的脱氧核苷酸。二、二、DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”1 1、作用：、作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键E.coliDNAE.coliDNA连接酶：连接酶：连

15、接黏性末端连接黏性末端T T4 4DNADNA连接酶：连接酶：连接黏性末端和平末端连接黏性末端和平末端(效率较低效率较低)2 2、种类：、种类：形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键GAATTCGAATTCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGGAATTCGAATTCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGEcoREcoRGGGGAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAGGGGGGGGAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAGGGG不同来源的不同来源的不同来源

16、的不同来源的DNADNA片段混合片段混合片段混合片段混合将不同种来源的将不同种来源的将不同种来源的将不同种来源的DNADNA片段连接起来片段连接起来片段连接起来片段连接起来生物生物生物生物A A基因片段基因片段基因片段基因片段生物生物生物生物B B基因片段基因片段基因片段基因片段GGGGAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAGGGG酶切酶切酶切酶切GAATTCGAATTCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGGGGGAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAGGGGGGGGAATT

17、CAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAGGGG同一种同一种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

18、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三、基因进入受体细胞的运载体三、基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”1 1、常用的运载体：、常用的运载体：质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒等噬菌体衍生物、动植物病毒等质粒：主要存在于细菌等微生物体内。独立于拟核或染色质粒：主要存在于细菌等微生物体内。独立于拟核或染色 体体DNA外的能进行自我复制的小型环状外的能进行自我复制的小型环状DNA分子分子大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图运载体需具备的四个条件：运载体

19、需具备的四个条件：有一至多个不同的限制酶切点有一至多个不同的限制酶切点，供外源，供外源DNADNA片段片段（基因）插入其中（基因）插入其中具有某些具有某些特殊的特殊的标记基因标记基因，如四环素抗性基因、如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组氨苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组DNADNA的鉴的鉴定和选择定和选择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注意：注意：在基因工程操作中，运载体都是天然的质粒或在基因工程操作中，运载体都是天然的质粒或病毒经过人工改造的病毒经过人工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

20、物中具有专一性具有专一性(识别序列识别序列)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连接酶连接酶运载运载工具工具条件条件能自我复制能自我复制具多个限制酶切位点具多个限制酶切位点具标记基因等具标记基因等质粒、质粒、噬菌体衍生物、噬菌体衍生物、动植物动植物病毒等病毒等3、天然的、天然的DNA分子可以直接用做基因工分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？程载体吗？为什么？提示：提示：提示：提示：基基基基因因因因工工工工程程程程中中中中作作作作为为为为载载载载体体体体使使使使用用用用的的的的DN

21、ADNADNADNA分分分分子子子子大大大大多多多多都都都都是是是是质质质质粒粒粒粒（plasmidplasmidplasmidplasmid），即即即即独独独独立立立立于于于于细细细细菌菌菌菌拟拟拟拟核核核核染染染染色色色色体体体体DNADNADNADNA之之之之外外外外的的的的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNADNADNADNA分子。分子。分子。分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？是否任何

22、质粒都可以作为基因工程载体使用呢？不不不不是是是是，作作作作为为为为基基基基因因因因工工工工程程程程使使使使用用用用的的的的载载载载体体体体必必必必需需需需满满满满足足足足以以以以下下下下条条条条件：件：件：件：思考与探究思考与探究 P7 P7 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 有一至多个不同的限制酶切点有一至多个不同的限制酶切点，供外源，供外源DNADNA片段（基片段（基因）插入其中因）插入其中 具有某些具有某些特殊的特殊的标记基因标记基因，如四环素抗性基因、氨如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组DNADNA的鉴

23、定和选的鉴定和选择择实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒DNADNA分子并不完全具备上述条件，分子并不完全具备上述条件，分子并不完全具备上述条件，分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。4、DNA连接酶有连接单链连接酶有连接单链DNA的本领吗？的本领吗？迄今为止，所发现的迄今为止，所发现的迄今为止，所发现的迄今为止，所发现的DNADNADNADNA连接酶都连接酶都连接酶都连接酶都不具不具不具不具有有有有连接

24、单链连接单链连接单链连接单链DNADNADNADNA的能力，至于原因，现在还不的能力，至于原因，现在还不的能力，至于原因，现在还不的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链清楚，也许将来会发现可以连接单链清楚，也许将来会发现可以连接单链清楚，也许将来会发现可以连接单链DNADNADNADNA的酶。的酶。的酶。的酶。思考与探究思考与探究 P7 P7随堂练习：1 1、关于限制酶的说法中，正确的是（、关于限制酶的说法中，正确的是（）A A、限制酶是一种酶，只识别、限制酶是一种酶，只识别GAATTCGAATTC碱基序列碱基序列B B、EcoRIEcoRI切割的是切割的是GAGA之间的氢

25、键之间的氢键C C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNADNA分子，只切割外源分子，只切割外源DNADNAD D限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中答案：答案：C2.（多选）（多选）有关基因工程的叙述中，错误的是有关基因工程的叙述中，错误的是有关基因工程的叙述中，错误的是有关基因工程的叙述中，错误的是 A A A A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种培育生物新品种培育生物新品种培育生物新品种 B B B B、重组、重组、重组

26、、重组DNADNADNADNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成 C C C C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D D D D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体答案：答案：BD3 3 3 3、不不不不属属属属于于于于质质质质粒粒粒粒被被被被选选选选为为为为基基基基因因因因运运运运载载载载体体体体的的的的理理理理由由由由是是是是 （）A A A A、能复制、能复制、能复制、能复制 B B B B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C C C C、具有标记基因、具有标记基因、具有标记基因、具有标记基因 D D D D、它是环状、它是环状、它是环状、它是环状DNADNADNADNA答案：答案：D