DNA重组技术的基本工具(动画很经典)_-_副本课件.ppt

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1、设想一,能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？,设想一 能否培养出具有抗虫,胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。 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，使药品价格大幅下降。,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？,胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能从猪、牛等动,这些定向改造基因的设想能实现吗？,经过多年的努力，科学家终于在20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术 基因工程,这些定向改造基因 经过多年的努,DNA重组技术的基本工具(动画

2、很经典)_-_副本课件,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转基因实例,生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因,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：苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因普通,专题1 基因工程,基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰

3、改造，然后放到另一种生物的细胞中，定向地改造生物的遗传性状。,专题1 基因工程 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,定向改造生物性状或获得基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,一、基因工程的概念,基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程原理结果基因拼,优点：, 定向改造生物性状, 克服远缘杂交不亲和的障碍, 育种周期短,优点： 定向改造生物性状 克服远缘杂交不亲和的障碍,二、基因工程的诞生,（一）基础理论：,1、DNA是遗传物质的证明2、DNA双螺旋结构和中心法则的确立3、遗传密码的破译,（二）技术发明：,二

4、、基因工程的诞生（一）基础理论：1、DNA是遗传物质的证明,1、基因转移载体的发现2、工具酶的发明3、DNA合成和测序技术的发明4、DNA体外重组的实现5、重组DNA表达实验的成功6、第一例转基因生物的问世7、PCR技术的发明,（二）技术发明：,1、基因转移载体的发现（二）技术发明：,1 DNA重组技术的基本工具,培育抗虫棉需要哪些工具？,1 DNA重组技术的基本工具培育抗虫棉需要哪些工具？,细菌,供体细胞,取出质粒,取出DNA,用限制酶切断DNA,用连接酶连接目的基因,将重组DNA导入受体细胞,扩增,基因工程图解,细菌供体细胞取出质粒取出DNA用限制酶切断DNA用连接酶连接,限制性内切酶作用

5、过程,点击播放,限制性内切酶作用过程点击播放,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要是原核生物,约4000多种。,4、来源：,5、种类：,1、作用：,2、结果：,形成两种末端,一、 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶,3、特点：,具有专一性（特异性）,识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中,G,A,3,5-磷酸二酯键,3端,5端,3端,5端,磷酸二酯键,G1234512345 A3,5,17,仔细观察各限制酶 识别的特定序列有何 特点？,限制酶的识别序列,限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论

6、是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 ，称为回文序列,17仔细观察各限制酶 识别的特定序列有何 特点？限制酶的识别,中轴线,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,EcoRI限制酶的作用,中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能,黏性末端,黏性末端,EcoRI限制酶的切割,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,黏性末端黏性末端EcoRI限制酶的切割,SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G

7、之间切开。,中轴线,SmaI限制酶的作用,在G与C之间切割,SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。中轴线,平末端平末端,SmaI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DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,平末端平末端SmaI限制酶的切割当限制酶从识别序列的中,思考,在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一种 生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？ 那么这类生物为什么没有在长期的进化过程中被外源 DNA的入侵而灭绝，它们有何保护机制？,限制酶切割外源DNA,使之失效，从而达到保护自身的目的！,思考 在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一,你

8、能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？,原核生物易受自然界外源DNA的入侵，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。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，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DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。,寻根问底,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胞，其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA

9、被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？原核生物易受自,基因的针线：DNA连接酶,基因的针线：DNA连接酶G A A T T CC,两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来,DNA连接酶的缝合作用,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口，但不能连接单链DNA！,两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来DNA连接酶的缝合,把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯键,DNA连接酶的作用,把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接,限制酶切割

10、后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？,连接黏性末端,连接黏性末端和平末端,分类,作用,E.coli DNA连接酶,连接酶,T4DNA连接酶,限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端,DNA连接酶与DNA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,DNA连接酶的缝合作用,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？T4 DNA连接酶还可,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类：2、作用部位：,两类,Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶,是磷酸二酯键（扶手）不是氢键（梯子

11、）,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,二、 “分子缝合针” DNA连接酶1、种类：两类Ec,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA聚合酶的作用,返回,A A T T GC,都能催化形成磷酸二酯键,都是蛋白质,不需要,需要,形成完整的重组DNA分子,形成DNA的一条链,基因工程,DNA复制,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质模板作用对象,基因进入受体细胞

12、的载体,要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是载体。,基因工程的载体被喻为：,分子运输车,作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？,基因进入受体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的,议一议,2、能否用SARS病毒作为基因载体？,3、作为载体，若没有切割位点将怎样？,4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？,5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？,1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？,双链DNA,不能,不能进行DNA的重组,载体上应有标记基因,可能造成基因丢失,议一议2、能否用SAR

13、S病毒作为基因载体？3、作为载体，若没,载体的作用,载体的必要条件,载体的种类,阅读课本第6页“分子运输车”运载体的相关内容，填写下表,自主学习,1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。4）对受体细胞无害。,1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制,质粒病毒：噬菌体衍生物、动植物病毒等。,载体的作用载体的必要条件载体的种类阅读课本第6页“分子运输车,有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。,有切割位点,能复制并带着插入的目的基因一起复制,质粒裸露的、结构简单的、独

14、立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。,最常用运载体质粒,实际上在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。,有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。有切割位点能复制,课本知识回顾,基因工程又叫做 或 。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加以 _，然后放到另一种生物的细胞里， 改造生物的遗传性状。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,修饰改造,定向地,课本知识回顾 基因工程又叫做,DNA 重组技术的基本工具,“分子手术刀” ,“分子缝合针” ,“分子运输车”,限制（性核酸内切）酶,DNA连接酶,基因

15、进入受体细胞的载体,DNA 重组技术的基本工具“分子手术刀” “分子缝合针”,限制性核酸内切酶,主要是从 的一种酶。识别双链DNA 分子的某种 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。形成两种末端,原核生物中分离纯化出来,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,粘性末端,平末端,限制性核酸内切酶主要是从,二、 “分子缝合针” DNA连接酶,1、种类：2、作用部位：,两类,连接黏性末端,Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶,磷酸二酯键,连接黏性末端和平末端,二、 “分子缝合针” DNA连接酶1、种类：两类连接黏,基因进入受体细胞的载体,通常有三种:作为载体的条件： 在进行基因工程操作中

16、,真正被用作载体的质粒都是在,质粒,噬菌体衍生物,动植物病毒,天然质粒,人工改造,的,能自我复制；有切割位点；有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离,基础上进行过,基因进入受体细胞的载体通常有三种:质粒噬菌体衍生物动植物病,练习,在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ）同种限制酶 B. 两种限制酶同种连接酶 D. 两种连接酶,练习在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使,不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,D,练习,不属于质粒被选为基因运载体的理由是D练习,3) 基因工程是在

17、DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,练习,3) 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作,限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。（1）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA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？,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（或是可以互补的）,小试身手,限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内,