生物 第3章 生物科学与工业 1.1 DNA重组技术的基本工具公开课 新人教版选修3.ppt

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1、 结合图片来说一说结合图片来说一说什么是基因工程？什么是基因工程？基因工程的概念v基因工程是指按照人们的愿望，进行严格基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外的设计，通过体外DNADNA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，创造出更符合赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程的别名基因工程的别名 基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNADNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入

2、导入表达表达结果结果人类需要的基因产物人类需要的基因产物基础理论和技术的发展催生了基因工程 vDNADNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明vDNADNA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v遗传密码的破译遗传密码的破译v基因转移载体的发现基因转移载体的发现v工具酶的发明工具酶的发明vDNADNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明vDNADNA体外重组的实现体外重组的实现v重组重组DNADNA表达实验的成功表达实验的成功v第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世vPCRPCR技术的发明技术的发明基础理论基础理论技术发明技术发明基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉

3、的简要过程：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棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)重组重组DNA导入导入拼接拼接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？普通棉花不具有抗虫性，科学普通棉花不具有抗虫性，科学家发现苏云金芽孢杆菌能够产生家发现苏云金芽孢杆菌能够产生一种毒蛋白，对棉铃虫有一定的一种毒蛋白，对棉铃虫有一定的杀伤作用。杀伤作用。试设计一个简单的方案，使棉花试设计一个简单的方案，使棉花对棉铃虫也有抵

4、抗作用对棉铃虫也有抵抗作用.第一节第一节 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具v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”）vDNA片段的连接工具（片段的连接工具（“分子缝合针分子缝合针”）v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：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

5、酶来源来源种类种类作用作用作用结作用结果果阅读课本阅读课本4-54-5页页“限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶分分子手术刀子手术刀”的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习自主学习主要从原核生物中分离纯化而来主要从原核生物中分离纯化而来已经分离出大约已经分离出大约40004000种种1 1、识别双链、识别双链DNADNA分子的某种特定核苷酸序列分子的某种特定核苷酸序列2、使每一条链中使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷的两个核苷酸之间的酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。形成两种末端：黏性末端形成两种末端：黏性末端或平末端或平末端12345脱氧核苷酸的结构脱氧核苷酸的结构 G123

6、4512345 A3 3,5,5-磷磷酸二酯键酸二酯键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键23仔细观察各限制酶仔细观察各限制酶 识别的特定序列有识别的特定序列有何何 特点？特点？限制酶的识别序列限制酶的识别序列限制酶所识别的序列限制酶所识别的序列的特点是：的特点是：呈现碱基呈现碱基互补对称，无论是互补对称，无论是6 6个个碱基还是碱基还是4 4个碱基，都个碱基，都可以找到一条中心轴可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双线，中轴线两侧的双链链DNADNA上的碱基是上的碱基是反向反向对称重复对称重复排列的排列的 ，称，称为为回文序列回文序列中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识

7、别GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口，带有几个单链的切口，带有几个伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他们之间正好互补配他们之间正好互补配对，这样的切口叫对，这样的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在在G与与C之之间切割间切割平末端平末端平末端平末端SmaISmaI限制酶的切割限制酶的切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的

8、当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端平末端。你能推测限制酶存在于原核生物中的你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？作用是什么吗？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNADNA的入侵，的入侵，但生物但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机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。制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是细就是细菌的一种菌的一种防御性工具，防御性工具，当外源当外源DNADNA侵入时，会侵入时，会利用限制酶利用限制酶将外源将外源D

9、NADNA切割掉，切割掉，以保证自身的以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNADNA、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的目的。目的。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的细通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其胞，其DNADNA分子中分子中不具备这种限制酶的识别切割不具备这种限制酶的识别切割序列序列，或者或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开序列的碱基上，使限制酶不能将其切

10、开。这样，这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。30类型来源功能相同点差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)阅读课本第5页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容，填写下表自主学习把切下来的把切下来的DNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNA，即将，即将脱氧核糖脱氧核糖和和磷酸磷酸连接起来催化形成连接起来催化形成磷酸二酯键DNADNA连接酶的作用连接酶的作用两两DNADNA片段要具有片

11、段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNADNA中的中的DNADNA单链缺口，但不能连接单链单链缺口，但不能连接单链DNADNA！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？T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用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模板模板

12、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不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链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只能将单个核苷酸连只能将单个核苷酸连接到已有的接到已有的DNADNA片段片段上，形成磷酸二酯键上，形成磷酸二酯键在两个两个DNADNA片段片段之间之间形成磷酸二酯键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GGATCCGGATCC，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

13、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 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 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切割后所形成的黏性末端。性末端。（3 3）在）在DNADNA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

14、（或是可以互补的）成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）载体的载体的作用作用载体的载体的必要条必要条件件载体的载体的种类种类阅读课本第阅读课本第6 6页页“分子运输车分子运输车”运运载体的相关内容，填写下表载体的相关内容，填写下表自主学习自主学习1 1 1 1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2 2 2 2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3 3 3 3）具有某

15、些标记基因，便于进行鉴定和选择。）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。4 4 4 4）必须是安全的）必须是安全的）必须是安全的）必须是安全的 ，对受体细胞无害。，对受体细胞无害。，对受体细胞无害。，对受体细胞无害。5 5 5 5）载体）载体）载体）载体DNA DNA DNA DNA 分子应大小适中，以便于提取和操作分子应大小适中，以便于提取和操作分子应大小适中，以便于提取和操作分子应大小适中，以便于提取和操作1 1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中）作为运载工具，将目

16、的基因导入受体细胞中）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中2 2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制）在受体细胞内对目的基因进行大量复制细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物噬菌体衍生物、动植物病毒等、动植物病毒等。有标记基因的有标记基因的存在，可用含存在，可用含青霉素的培养青霉素的培养基鉴别基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带能复制并带着插入的目着插入的目的基因一起的基因一起复制复制质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核（即拟核DNADN

17、A）之外，并具有）之外，并具有自我复制能力自我复制能力的很小的的很小的双链环状双链环状DNADNA分子。分子。最常用运载体最常用运载体质粒质粒 实际上实际上在基因在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作载真正被用作载体的质粒，都体的质粒，都是在天然质粒是在天然质粒的基础上进行的基础上进行过人工改造的过人工改造的。随堂练习：随堂练习：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、限制酶是一种酶，只识别、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序碱基序 列列B、EcoRI切割的是切割的是GA之间的氢键之间的氢键C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切分子

18、，只切 割外源割外源DNAD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 A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传、基因工程技术能定向地改造生物的遗传 性状，培育生物新品种性状，培育生物新品种 B、重组、重组DNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成 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 D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体答案：答案：BD3.3.下列四条下列四条DNADNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是分子，彼此间具有粘性末端的一组是 A A B B C C D D答案：答案：DDNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”作用作用把两条把两条DNADNA末端之间的缝隙末端之间的缝隙“缝缝合合”起来。起来。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 APA A T T GA A T T GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用聚合酶的作用