1DNA重组技术的基本工具.pptx
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1、生物选修生物选修3现代生物科技专题现代生物科技专题目目 录录专题专题1 基因工程基因工程专题专题2 细胞工程细胞工程专题专题3 胚胎工程胚胎工程专题专题4 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题专题专题5 生态工程生态工程小飞守角制作小飞守角制作专题专题1 基因工程基因工程小飞守角制作小飞守角制作 是指按照人们的愿望,进行严格的设计,是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过并通过体外体外DNA重组和转基因重组和转基因等技术,赋等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符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。合人们需要的新的生物类型和生物产品。
2、一、基因工程的概念一、基因工程的概念 由于基因工程是在由于基因工程是在DNA分子水平上进行设分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做计和施工的,因此又叫做DNA重组技术重组技术。小飞守角制作小飞守角制作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原理(实质)原理(实质)结结 果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基 因因DNADNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状,产生定向地改造生物的遗传性状,产生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小飞守角制作小
3、飞守角制作二、基础理论和技术的发展催生了基因工程二、基础理论和技术的发展催生了基因工程 20世纪中叶,基础理论取得了重大突破世纪中叶,基础理论取得了重大突破1.DNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立3.遗传密码的破译遗传密码的破译小飞守角制作小飞守角制作技术发明使基因工程的实施成为可能技术发明使基因工程的实施成为可能1.基因转移载体的发现基因转移载体的发现2.工具酶的发现工具酶的发现3.DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明4.DNA体外重组的实现体外重组的实现5.重组重组DNA表达实验的成功表达实验的成功6.第一例转基因动
4、物问世第一例转基因动物问世7.PCR技术的发明技术的发明小飞守角制作小飞守角制作专题专题1 1 基因工程基因工程1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具小飞守角制作小飞守角制作转基因抗虫棉转基因抗虫棉抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉小飞守角制作小飞守角制作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:普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么?上述培育抗虫棉的关键步骤是什么?小飞守角
5、制作小飞守角制作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提取出来细胞内提取出来关键步骤二:关键步骤二:形成重组形成重组DNA关键步骤三:关键步骤三:重组重组DNA导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞小飞守角制作小飞守角制作小飞守角制作小飞守角制作准确切割准确切割DNA的工具的工具“分子手术刀分子手术刀”DNA片段的连接工具片段的连接工具“分子缝合针分子缝合针”基因转移工具基因转移工具“分子运输车分子运输车”基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、基因的大小以纳米计算,要对它进行剪切、拼接等操作,没有
6、非常精细的工具是不行的。进拼接等操作,没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具:行基因操作最少需要以下三种工具:DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具小飞守角制作小飞守角制作思考:思考:在自然界中有一些生物的在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例?例?现今存在的生物为什么没有在长期的进化过现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源程中被外源DNA的入侵而灭绝,仍能保持一的入侵而灭绝,仍能保持一种稳定状态?种稳定状态?怎样才能使外来的怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身?失
7、效从而保护自身?小飞守角制作小飞守角制作一、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”1 1、来源:、来源: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 2 2、种类:、种类:约约40004000种种3、作用、作用:限制性核酸内切酶能限制性核酸内切酶能识别双链识别双链DNA分子的某种特分子的某种特定的核苷酸序列定的核苷酸序列,并使每一条链中,并使每一条链中特定部位的两个特定部位的两个核苷酸之间的核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。小飞守角制作小飞守角制作G A A T T C C T T A A G 中轴线中轴线C T T A A G A A T T C
8、 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大肠杆菌的一种限制酶(大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别能识别GAATTC序列,序列,Sma识别识别CCCGGG序列序列:小飞守角制作小飞守角制作 限制酶切割限制酶切割DNA后形成的末后形成的末端端黏性末端、平末端是如黏性末端、平末端是如何形成的?何形成的?思考:思考:小飞守角制作小飞守角制作什么叫黏性末端?什么叫黏性末端?当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切从识别序列的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
9、,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。小飞守角制作小飞守角制作什么叫平末端?什么叫平末端?当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切开从识别序列的中心轴线处切开时,时,切开的切开的DNA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。小飞守角制作小飞守角制作coRI限制酶限制酶SmaI限制酶限制酶识别序列识别序列切割位点切割位点和之间和之间和之间和之间未端类型未端类型平末端平末端黏性末端黏性末端小飞守角制作小飞守角制作4、切割后的形式:、切割后的形式:2种末
10、端种末端注:注:限制酶是一大类酶,不是一种酶。限制酶是一大类酶,不是一种酶。限制酶大多可以专一性识别双链限制酶大多可以专一性识别双链DNA分子分子上的某种特定核苷酸序列,限制酶所识别上的某种特定核苷酸序列,限制酶所识别的序列,无论是的序列,无论是6个碱基还是个碱基还是4个碱基,都个碱基,都可以找到一条可以找到一条中心轴线中心轴线,中轴线两侧的双,中轴线两侧的双链链DNA上的碱基是反向对称,重复排列的。上的碱基是反向对称,重复排列的。黏性末端黏性末端平末端平末端小飞守角制作小飞守角制作要想获得某个特定性状的基因必须要用限制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?酶
11、切几个切口?可产生几个黏性末端?要切两个切口,产生四个黏性末端。要切两个切口,产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割,会怎样呢?来切割,会怎样呢?(被同一种限制酶切断的几个来源不同的(被同一种限制酶切断的几个来源不同的DNA是是否具有相同的黏性末端?)否具有相同的黏性末端?)会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端,然后让两者的黏性,然后让两者的黏性末端末端黏合黏合起来,就似乎可以合成起来,就似乎可以合成重组的重组的DNA分子分子了。了。小飞守角制作小飞守角制作思考与探究思考与探究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
12、的DNADNA?通过长期的进化,细菌中含有某种限通过长期的进化,细菌中含有某种限制酶的细胞,其制酶的细胞,其DNA分子中或者分子中或者不具备不具备这这种限制酶的种限制酶的识别切割序列识别切割序列,或者通过甲基,或者通过甲基化酶化酶将甲基转移将甲基转移到所到所识别序列识别序列的碱基上,的碱基上,使使限制酶不能将其切开限制酶不能将其切开。这样,尽管细菌。这样,尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被被切断,并且可以防止外源切断,并且可以防止外源DNA的入侵。的入侵。小飞守角制作小飞守角制作限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术分子手术刀刀”小飞守角制作小飞守
13、角制作小飞守角制作小飞守角制作小飞守角制作小飞守角制作 T磷磷酸酸二二酯酯键键1234512345 A小飞守角制作小飞守角制作磷酸二酯键磷酸二酯键即脱氧核糖、磷酸即脱氧核糖、磷酸之间的连接之间的连接AAT TGGGGCCAAT TCCT TT TCCGGAAAA小飞守角制作小飞守角制作演示演示小飞守角制作小飞守角制作重播重播小飞守角制作小飞守角制作DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”切断的切断的DNA片段要与受体细胞的片段要与受体细胞的DNA连连接,你觉得可以用什么酶?接,你觉得可以用什么酶?DNA聚合酶和聚合酶和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?小飞守角制作小飞
14、守角制作二、二、DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”1、作用:、作用:将双链的将双链的DNA片段连接起来片段连接起来(连接两核苷酸之间的磷酸(连接两核苷酸之间的磷酸二酯键)二酯键)小飞守角制作小飞守角制作G A A T T C C T T A A G 即脱氧核糖、磷酸基之间的连接即脱氧核糖、磷酸基之间的连接 GP AP小飞守角制作小飞守角制作DNA聚合酶聚合酶小飞守角制作小飞守角制作DNA聚合酶和聚合酶和DNA连接酶的异同点连接酶的异同点DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段 的末端上,形成磷酸二酯键;而的末端上,形成磷酸二酯键;而DNA连
15、接酶是在两连接酶是在两 个个DNA片段之间形成磷酸二酯键,不是在单个核苷片段之间形成磷酸二酯键,不是在单个核苷 酸与酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。片段之间形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是以一条聚合酶是以一条DNA链为模板,将单个核苷酸链为模板,将单个核苷酸 通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链;链;而而DNA连接酶是将连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接双链上的两个缺口同时连接 起来。因此起来。因此DNA连接酶不需要模板。连接酶不需要模板。此外,二者虽然都是由蛋白质构成的酶,但组成和此外,二者虽然都是由蛋白质构成的酶,但组成和性质各不相同。性质
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