基因工程的工具课件(1).ppt
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1、基因工程基因工程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结果结果生物体外生物体外基因基因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基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术实质:实质:基因重组基因重组(二)基因操作的工具(二)基因操作的工具、基因的剪刀、基因的剪刀限制性内切酶(限制酶)限制性内切酶(限制酶)一种限制酶只能一种限制酶只能识别一种特定的核苷识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的酸序列,并在特定的切割点上将切割点上将DNA DNA 分子分子切断。切断。指一类酶,非一种酶。指一类酶,非一种酶。1、限制性内切酶
2、(3).举例:大大肠肠杆杆菌菌的的一一种种限限制制酶酶能能识别识别GAATTCGAATTC序列,并在序列,并在G G和和A A之间切开。之间切开。(1 1)作用部位:磷酸二酯键)作用部位:磷酸二酯键(2)特点:专一性,即识别特定核苷专一性,即识别特定核苷酸序列,切割特定切点。酸序列,切割特定切点。(4)来源:主要从原核生物中分离)来源:主要从原核生物中分离 原因:原因:限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内的一种酶,能将外来的内的一种酶,能将外来的DNA切断切断,对自,对自己己DNA无害,保护细胞原有遗传信息,由于无害,保护细胞原有遗传信息,由于这种切割作用是在这种切割
3、作用是在DNA分子内部进行的,故分子内部进行的,故名限制性内切酶。名限制性内切酶。而真核生物一般有其他保护措施。而真核生物一般有其他保护措施。(5)作用结果:形成)作用结果:形成DNA片段末端片段末端平末端:平切(相同部位)平末端:平切(相同部位)黏性末端:错位切(不同部位)黏性末端:错位切(不同部位)解析:解析:(1)对象:供体细胞的)对象:供体细胞的DNA和质粒都和质粒都要用限制酶处理。要用限制酶处理。(2)限制酶作用的位点是磷酸二酯,)限制酶作用的位点是磷酸二酯,而不是碱基之间的氢键而不是碱基之间的氢键。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
4、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,他们之间正好,他们之间正好互互补配对,补配对,这样的切口叫这样的切口叫黏性末端黏性末端。比较1限制酶与解旋酶有什么区别?【分析】限制酶主要作用于两个核苷酸之间的磷酸二磷酸二酯键酯键,而解旋,而解旋酶酶主要主要作用于碱基作用于碱基对对之之间间的的氢键氢键(如(如图图所示)所示)。a处为限制酶作用位点,b处则为解旋酶作用位点。重播重播1.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。
5、2.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末端相同的黏性末端,然后让两者的,然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来,就可以合成重组的起来,就可以合成重组的DNA分子了。分子了。拓展深化拓展深化:重重播播、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶(1)连接的部位连接的部位:DNA双链片段间的双链片段间的磷酸二酯键,不是氢键。磷酸二酯键,不是氢键。比较2:DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶化学本质化学本质作用部位作用部位模板模板蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质
6、磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键(单个脱氧核(单个脱氧核(单个脱氧核(单个脱氧核苷酸苷酸苷酸苷酸+片段)片段)片段)片段)磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键(DNADNA双链片段双链片段双链片段双链片段+DNADNA双链片段)双链片段)双链片段)双链片段)需要(需要(需要(需要(DNADNA一条链)一条链)一条链)一条链)不需要不需要思考:思考:1.1.细菌的基因之所以能细菌的基因之所以能“嫁接嫁接”到棉花细胞到棉花细胞内,原因是内,原因是 。组成细菌和棉花的组成细菌和棉花的DNADNA分子的分子的空间结构空间结构和和化学组成化学组成相同相同 2.利用基因工程培育抗虫棉,与诱变育
7、种利用基因工程培育抗虫棉,与诱变育种和杂交育种相比,有什么优点?是属于哪和杂交育种相比,有什么优点?是属于哪种变异?种变异?3 3.抗虫棉能抗病吗?抗虫棉能抗病吗?知识小结知识小结几种酶的比较几种酶的比较限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶聚合酶解旋酶解旋酶作用底物作用底物DNADNA分子分子DNADNA分子片段分子片段脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNADNA分子分子作用部位作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的碱基对间的氢键氢键作用结果作用结果形成粘性末端或形成粘性末端或平末端平末端形成重组形成重组DNADNA分子链分子链形成新的形成新的DN
8、ADNA分子分子形成单链形成单链DNADNA分子分子作用特点作用特点切割目的基因及切割目的基因及载体,专一性识载体,专一性识别特定的核苷酸别特定的核苷酸序列,使特定部序列,使特定部位的两个核苷酸位的两个核苷酸之间的磷酸二酯之间的磷酸二酯键断开键断开将双链将双链DNADNA片片段段“缝合缝合”起起来,恢复被限来,恢复被限制酶切开的两制酶切开的两个核苷酸之间个核苷酸之间的磷酸二酯键的磷酸二酯键只能将单个只能将单个脱氧核苷酸脱氧核苷酸添加到脱氧添加到脱氧核苷酸链上核苷酸链上将将DNADNA两条链两条链之间的氢键之间的氢键打开打开3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体3.3.种类:种类:质
9、粒质粒、噬菌体和动植物病毒。、噬菌体和动植物病毒。1.1.作用:作用:将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。2.2.条件:条件:1)1)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。2)2)具有一个至多个限制酶切点,使外源基具有一个至多个限制酶切点,使外源基因插入其中。因插入其中。3)3)具有某些标记基因,以便进行筛选。具有某些标记基因,以便进行筛选。如抗如抗如抗如抗菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。菌素抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。4)4)对受体细胞无害,不影响其正常活动。
10、对受体细胞无害,不影响其正常活动。运载体最常用的运载体最常用的运载体-质粒质粒三、基因操作的基本步骤三、基因操作的基本步骤v1、提取目的基因、提取目的基因v2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合v3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞v4、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达1 1、提取目的基因、提取目的基因取出取出取出取出DNADNADNADNA用限制酶用限制酶用限制酶用限制酶切断切断切断切断DNADNADNADNA目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目前被较广泛提取使用的目的基因有:目的基因有:目的基因有:目的基因有:苏云金杆菌抗虫基
11、因、苏云金杆菌抗虫基因、苏云金杆菌抗虫基因、苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。植物抗病基因等。植物抗病基因等。植物抗病基因等。(1)(1)目的基因的概念:目的基因的概念:人们需要的特定基因。人们需要的特定基因。基因文库:储存某种生物基因的菌群的基因文库:储存某种生物基因的菌群的总总 称,不是指生物基因。称,不是指生物基因。基因组文库:某个含有所有基因的受体基因组文库:某个含有所有基因的受体菌。指某个个体。菌。指
12、某个个体。部分基因文库(部分基因文库(cDNA文库):某个含有文库):某个含有部分基因的受体菌。部分基因的受体菌。基因库:一个种群所有基因的总称,指基因库:一个种群所有基因的总称,指基因。基因。途径途径供体细胞中的供体细胞中的DNADNA中直接分离基因中直接分离基因人工合成基因(真核细胞)人工合成基因(真核细胞)方法方法根据已知氨基酸根据已知氨基酸序列合成序列合成DNADNA过程过程供体细胞中的供体细胞中的DNADNA 限制酶限制酶许多许多DNADNA片段片段 载入载入运载体运载体 导入导入受体细胞受体细胞 外源外源DNADNA扩增扩增,产生特定性状产生特定性状 分离分离 目的基因目的基因目的
13、基因目的基因mRNAmRNA 反转录反转录单链单链DNADNA 合成合成双链双链DNA(DNA(即目的基因即目的基因)蛋白质的氨基酸序蛋白质的氨基酸序列列 推测推测mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列 推测推测结构基因的核苷酸结构基因的核苷酸序列序列 化学合成化学合成目的基因目的基因鸟枪法鸟枪法反转录法反转录法4)目的基因的扩增:)目的基因的扩增:PCR技术技术原理:原理:DNA复制复制结果:目的基因成指数增长结果:目的基因成指数增长步骤:变性(解旋为单链)步骤:变性(解旋为单链)+引物,退火,引物,退火,延伸(延伸(DNA聚合酶作用),多次重复聚合酶作用),多次重复原料:原料:DNA模板
14、、模板、4种脱氧核苷酸、引物、种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、聚合酶、ATP复制方向:只能从复制方向:只能从5端向端向3端延伸端延伸原因:原因:DNA聚合酶不能从头开始合成聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从,而只能从3端延伸端延伸DNA链。链。2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合-核心步骤核心步骤运载体和表达载体的运载体和表达载体的区别:区别:表达载体的组成:表达载体的组成:目的基因目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因运载体即质粒运载体即质粒表达载体即重组质粒表达载体即重组质粒(2 2)受体种类不同,导入方法不同)受体种类不同,导入方法不同导入植物细胞:导
15、入植物细胞:(卵细胞和体细胞(卵细胞和体细胞都可以)都可以)农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法、花粉管通道法基因枪法、花粉管通道法农杆菌转化法:农杆菌转化法:双子叶植物受伤时,伤口分泌的酚类化合物,双子叶植物受伤时,伤口分泌的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞并进入细胞,将吸引农杆菌移向这些细胞并进入细胞,将目的基因整合到受体细胞染色体目的基因整合到受体细胞染色体DNADNA上。上。受体细胞:细菌受体细胞:细菌细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙氯化钙导入动物细胞导入动物细胞-显微注射法,将
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