选修三11《DNA重组技术的基本工具》.ppt
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1、白银五中白银五中 李红霞李红霞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。设想设想二二能否
2、让微生物产生出适合能否让微生物产生出适合人的胰岛素等珍贵药物?人的胰岛素等珍贵药物?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年代创立了年代创立了可以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产物基因工程的产物基因工程的概念:基因工程的概念:基因工程是指按照人们的愿望,进基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过行严格的设计,并通过体外体外DNA重组重组和转基因等技术,赋予生物以新的遗和转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符合人们需要传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生
3、物类型和生物产品。由于基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DNA分子水平上分子水平上进行设计进行设计和施工的,因此又叫做和施工的,因此又叫做DNA重组技术重组技术或或基因拼接技术。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:定向地改造生物的遗传性状,定向地改造生物的遗传性状,获得人类所需要的品种。获得人类所需
4、要的品种。普通棉花普通棉花普通棉花普通棉花抗虫棉抗虫棉抗虫棉抗虫棉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提取提取抗虫基因抗虫基因与与与与运载体运载体运载体运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)转基因棉花植株转基因棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)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?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关键步骤一
5、:关键步骤一:从苏云金芽孢杆菌细胞内提从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来抗虫基因取出来抗虫基因关键步骤二:关键步骤二:抗虫基因与棉花抗虫基因与棉花DNA“缝合缝合”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“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”运载体运载体 1.1、DNADNA重组技术重组技术的基本工具的基本工具“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DNADNA连接酶连接酶运运载体载体专一性,专一性,识别双链识别双链识别双链识别双链DNA DNA 分子的某种分子的某种分子
6、的某种分子的某种特定特定的核苷酸序列的核苷酸序列,并且使每一条链中,并且使每一条链中,并且使每一条链中,并且使每一条链中特定特定特定特定部部部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断开。断开。断开。断开。主要是从主要是从主要是从主要是从原核生物原核生物原核生物原核生物中分离纯化出来中分离纯化出来中分离纯化出来中分离纯化出来的一的一的一的一种酶。种酶。种酶。种酶。约约4000种。种。1、来源:、来源:2、种类:、种类:3、特点:、特点: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
7、子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶粘性末端粘性末端平末端平末端切割切割DNA4、作用:、作用: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核生物中主要起到切割外源切割外源DN
8、A、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目的的目的。限制酶在原核生物中的作用限制酶在原核生物中的作用:寻根问底寻根问底(P4)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是什么吗?生物中的作用是是什么吗?限制酶的识别特点限制酶的识别特点以中轴线双侧的以中轴线双侧的DNA上碱基呈上碱基呈反向对称反向对称,重复排列重复排列如:如:GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCCGAATTCCTTAAGCCCGGGGGGCCCAAGCTTTTCGAA中轴线中轴线(专一性)(专一性)EcoR(在(在G与与A之间切割)之间切割)Sma(在(在G与与C之间切割)之间切割)
9、Hind(在(在A与与A之间切割)之间切割)观观察察切切割割位位点点 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,并序列,并在在G G和和A A之间切开形成黏性末端。之间切开形成黏性末端。SmaSma能识别能识别CCCGGGCCCGGG序列,并序列,并在在C C和和G G之间切割形成平末端之间切割形成平末端 。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?被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口,两条单链的切口,带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸,它们之间正好,它们之间正好互互补配对补配对,这样的
10、切口叫,这样的切口叫黏性末端黏性末端。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中心轴线处切开时,切开时,切开的切开的DNADNA两条单链的切口,是两条单链的切口,是平整的平整的,这样的切口叫,这样的切口叫平末端平末端。思考与探究思考与探究 P7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,含有某种限制酶的通过长期的进化,含有某种限制酶的细胞,其细胞,其DNADNA分子中或者分子中或者不具备不具备这种限制这种限制酶的酶的识别切割序列识别切割序列,或者通过甲基化酶,或者通过
11、甲基化酶将将甲基转移甲基转移到所到所识别序列识别序列的碱基上,使的碱基上,使限制限制酶不能将其切开酶不能将其切开。这样,尽管细菌中含有。这样,尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的某种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断,被切断,并且可以防止外源并且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。3、特点、特点:4、作用:、作用:5、结果:、结果:1、简称:、简称:2、分布:、分布:工具工具1:限制性核酸内切酶:限制性核酸内切酶主要在主要在原核生物原核生物中中限制酶限制酶识别特定核苷酸列识别特定核苷酸列,切割特定切点切割特定切点(专一性)(专一性)切割切割DNA产生黏性未端或平末端产生黏性未端或平末
12、端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?可产生几个黏性酶切几个切口?可产生几个黏性(平平)末端?末端?要切要切两个两个切口,产生切口,产生四个四个黏性黏性(平平)末端。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?会产生会产生相同的黏性相同的黏性(平平)末端末端,然后让两,然后让两者的黏性者的黏性(平平)末端末端黏合黏合起来,就似乎可以合起来,就似乎可以合成重组的成重组的DNA分子了。分子了。思考思考?GAATTCGAATTCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAG
13、CTTAAGCTTAAGGAATTCGAATTCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGEcoREcoRG G G GAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAG G G GG G G GAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAG G G G不同来源的不同来源的不同来源的不同来源的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
14、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G G G GAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAG G G GG G G GAATTCAATTCAATTCAATTCCTTAACTTAACTTAACTTAAG G G G酶切割酶切割酶切割酶切割基因的针线:基因的针线:DNA连接酶连接酶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
15、二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶作用作用把把2个个DNA片段末端之间的片段末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来。起来。GAATTCCTTAAG即脱氧核糖、即脱氧核糖、磷酸基之间的连接磷酸基之间的连接GPAP限制酶切割后有两种不同的结果,一限制酶切割后有两种不同的结果,一种产生黏性末端,一种产生平末端。那么种产生黏性末端,一种产生平末端。那么恢复它们的连接时,所用恢复它们的连接时,所用DNA连接酶是否连接酶是否一样呢?一样呢?DNA连接酶的种类:连接酶的种类:E.coliDNAE.coliDNA连接酶:连接酶:只连接黏性末端只连接黏性末端T T4 4DNADNA连接酶:连接酶:连
16、接黏性末端和平末端连接黏性末端和平末端大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 可把可把黏性末端黏性末端之间的之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来,起来,即即即即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EcoliEcoliDNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶 可把可把平末端平末端之间的之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来,起来,也也 可把可把黏性末端黏性末端之间的之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来,起
17、来,DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶用途用途寻根问底寻根问底(P6)DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶聚合酶是一回事吗是一回事吗?为什么为什么?将将单个核苷酸单个核苷酸连接到连接到已有的核酸片段上,已有的核酸片段上,形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键在在两个两个DNADNA片段之片段之间间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键作用作用对象对象DNA复制复制基因重租基因重租DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶比较:聚合酶比较:链条数链条数 单链单链双链双链3、类型类型Ecoli DNA 连接酶连接酶 来源:大肠杆菌来源:大肠杆菌作用特点:只连接作用特点:只连接黏性末端黏性末端 T4DNA 连接酶连
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