苏教版选修三11基因工程的发展历程和工具ppt课件.ppt

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1、1.1.1基因工程的发展历程和工具,甲生物,乙生物,新类型,基因敲除技术,转基因技术,生物,新类型,又叫基因拼接技术或DNA重组技术。指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。,一、什么是基因工程,基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，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。,获得人类所需的基因产物,结 果,剪切、拼接、导入、表达,基本过程,DNA分子水平,操作水平,基 因

2、,操作对象,生物体外,操作环境,基因拼接技术、DNA重组技术等,别 名,在基因工程诞生的道路上，出现那些理论基础和技术呢？,二、基因工程的发展,生物化学分子生物学微生物学,1、DNA是遗传物质的证明（艾弗里）,科技探索之路,（一）基因工程的理论发展,1943美 Avery 肺炎双球菌的转化实验等。,梅塞尔松、斯塔尔,沃森、克里克,2、DNA双螺旋结构 和中心法则的确立,中心法则,科技探索之路,3、遗传密码的破译,遗 传 密 码 表,科技探索之路,（二）基因操作的技术发明,、工具酶的发明基因是可切割的。,科技探索之路,5、1988年，美 K.Mullis发明PCR技术,6、第一例转基因动物和转基

3、因植物问世1980 科学家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。1983，科学家采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因烟草。,实现了一种生物的某些性状在另一种生物中表达；,三、转基因操作的工具,问题探讨：,苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。想一想需要做哪些关键工作？,普通棉花抗虫棉,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,在以上过程中关键步骤或难点是什么？,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,通过运载体导入,转基因棉花含抗虫基因,转基因棉花有抗虫特性,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,抗虫

4、基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来,关键步骤二：,抗虫基因与棉花DNA“缝合”,关键步骤三：,抗虫基因进入棉花细胞,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,“分子手术刀”限制性核酸内切酶,“分子缝合针”DNA连接酶,“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,思考：,自然界是否存在一种生物的DNA进入另一生物的情况？动物容易让外来DNA侵入自身而得以遗传吗？为什么？单细胞生物，容易遭到入侵吗？单细胞生物并没有在进化中灭绝，而是产生了一些特殊的酶来防范。这些酶应该有什么特点？,可能酶能识别外来侵入的DNA并将其分解，而对自身的DNA不能起作用。,“分子手术刀”限制性核酸内切酶,一、限制性核酸内切酶“分

5、子手术刀”,主要来源：种类与命名：作用特点：4.限制酶识别序列:5.作用结果：,识别特定核苷酸序列,原核生物,产生黏性末端或平末端,切断磷酸二酯键,具有特异性。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成,种类与命名：,现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。,EcoR,Sma,粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）,大肠杆菌（Escherichia coli R）,Go back,练习：流感嗜血杆菌的d菌株(Haemophilus inf

6、luenzae d)中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:,Hind、Hind和Hind,Sma,平末端平末端,EcoR,黏性末端,黏性末端,Go back,EcoR,黏性末端,黏性末端,Go back,重复演示,Bam H,+,Hind,+,平端切口,粘端切口,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(平)末端？,要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,思考?,二、“分子缝合针”DNA连接酶,作用:,把切下来

7、的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.,作用原理：,催化磷酸二酯键形成,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,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,T4DNA连接酶,类型：,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,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),相同点,差别,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,蛋白质,蛋白质,磷酸二酯键（单个脱氧核苷酸+片段）,磷酸二酯键（DNA双链片段+DNA双链片

8、段）,需要（DNA一条链）,不需要,“分子运输车”质粒质粒：裸露、结构简单、独立于细菌染色体之外，具有自我复制能力的双链环状DNA分子。,运载体（运载工具）载基因进入受体细胞,三、运载体（运载工具）载基因进入受体细胞,例：质粒，噬菌体，动、植物病毒。,1、分子量相对较小，至少有一个（多个）限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。2、重组运载体进入受体细胞后（或整合到染色体、DNA上），在受体细胞存在并进行自我复制。3，有特殊的遗传标记基因，如抗四环素、氨苄青霉素等标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。,运载体的特点,DNA重组技术的三件工具：限制性内切酶、DNA连接酶、运载体。,1、科学家们经

9、过多年努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是（）A.定向提取生物体DNA分子 B.定向地对DNA分子进行“剪切”C.定向地改造生物的遗传性状 D.在生物体外对DNA分子进行改造,C,练习巩固,2、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体()A.细菌质粒 B.噬菌体 C.动植物病毒 D.细菌核区的DNA,D,3、限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段,你能用DNA连接酶将它们连接起来吗？,CTGCA G,G ACGTC,AC TG,GC CG,G CTTAA,GC CG,GT CA,AATTC G,4、在基因工程中

10、，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）,A.同种限制酶 B.两种限制酶C.同种连接酶 D.两种连接酶,A,5.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,本节内容小结：,1.知识梳理：DNA重组技术的基本工具：限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并切割两核苷酸之间的磷酸二酯键；DNA连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的磷酸二酯键；基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用的是细菌质粒，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。,2.方法、技巧、规律总结：,限制酶切割的是磷酸二酯键，而DNA连接酶连接的正是两个断开此键的DNA片段。“分子运输车”是目的基因进入受体细胞的载体，它具有的若干特点是基因工程鉴定、选择、表达的关键，可以说，没有它，目的基因即使进入受体细胞，也难以稳定保存，更谈不上复制和表达。3.思维误区提示：DNA连接酶与DNA聚合酶根本不是同类酶，其功能特点大不相同，注意其区别。,