DNA重组技术的基本工具(ppt 41页)

想象空间？资料分析资料分析 位于费城托马斯位于费城托马斯杰斐逊大学的希杰斐逊大学的希拉里和她的同事成功地将人体狂犬病抗拉里和她的同事成功地将人体狂犬病抗体的体的DNA译码移入烟草作物中。译码移入烟草作物中。这种这种烟草作物可以产生一种人体蛋烟草作物可以产生一种人体蛋白质，而这种物质能抗击致命性的狂犬白质，而这种物质能抗击致命性的狂犬病病毒。病病毒。基因工程基因工程？基因工程的目的基因工程的目的？基因工程概念基因工程概念 基因工程是指按照人们的意愿，进行严基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外格的设计，并通过体外DNADNA重组重组和和转基因转基因等等技术，赋予生物以技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而创，从而创造出更符合人们需要的造出更符合人们需要的新的生物类型新的生物类型和和生生物产品物产品。由于基因工程是在由于基因工程是在DNADNA水平水平上进行设计和上进行设计和施工的，因此又叫做施工的，因此又叫做DNADNA重组技术重组技术或基因拼或基因拼接技术接技术定向定向改造生物！改造生物！基因工程的概念基因工程的概念生物体外生物体外基因重组基因重组DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入检测表达检测表达定向改造生物性状，打破物种界限，定向改造生物性状，打破物种界限，克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍遗传密码的通用性遗传密码的通用性通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种某种基因基因提取出来，加以提取出来，加以修饰改造修饰改造，然后放到另，然后放到另一种生物的细胞里，一种生物的细胞里，定向定向改造生物的遗传性状。改造生物的遗传性状。转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因鲑转基因鲑鱼鱼抗虫害的玉米抗虫害的玉米能发能发荧光荧光的热的热带斑带斑马鱼马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的普通热带斑马鱼是不发荧光的转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新 阅读课本：科技探索之路阅读课本：科技探索之路 “基础理论和技术发展催生了基因工基础理论和技术发展催生了基因工程程”基因工程诞生的基础基因工程诞生的基础 一、一、基础理论基础理论的重大突破的重大突破1.1.生物遗传物质生物遗传物质DNADNA的发现的发现2.DNA2.DNA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 3.3.遗传密码的破译遗传密码的破译二、二、技术发明技术发明使基因工程的实施成为可能使基因工程的实施成为可能1.1.基因转移载体的发现基因转移载体的发现2.2.工具酶的发现工具酶的发现3.DNA3.DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明4.DNA4.DNA体外重组的实现体外重组的实现5.5.重组重组DNADNA表达实验的成功表达实验的成功6.6.第一例转基因动物的问世第一例转基因动物的问世7.PCR7.PCR技术的发明技术的发明 基因工程培育基因工程培育抗虫棉的简要过程：抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因抗虫基因导入棉花细胞棉花细胞 抗虫棉花抗虫棉花组织培育 +载载 体体 此转基因实验实现了哪种生物的哪此转基因实验实现了哪种生物的哪些性状在另外哪种生物中表达？些性状在另外哪种生物中表达？性状的表达与我们从前学过的什么性状的表达与我们从前学过的什么过程有关？过程有关？要实现要实现抗虫抗虫基因在基因在棉花棉花中的表达，中的表达，要提前做哪些关键工作要提前做哪些关键工作?DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 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”/基因剪刀基因剪刀）DNA片段的连接工具（片段的连接工具（“分子缝合针分子缝合针”/基因针线基因针线）基因转移工具（基因转移工具（“分子运输车分子运输车”/运载体运载体）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：思考思考 在自然界中有一些生物的在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？例？现今存在的生物为什么没有在长期的进化过现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保持一的入侵而灭绝，仍能保持一种稳定状态？种稳定状态？怎样才能使外来的怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？失效从而保护自身？识别双链识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中序列，并且使每一条链中特定部位特定部位的两的两个核苷酸之间的个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。主要是从主要是从原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来的一的一种酶。能将外来的种酶。能将外来的DNA切断切断，由于这种，由于这种切割作用是在切割作用是在DNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。名限制性核酸内切酶。约约4000种。种。1、来源：、来源：2、种类：、种类：3、化学本质：、化学本质：4、作用作用：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酶蛋白质蛋白质5、作用特点：作用特点：特异性特异性限制性内切酶作用过程中轴线中轴线平末端平末端磷酸二酯键 T1234512345 A磷酸二酯键磷酸二酯键6、作用部位：作用部位：8、切割方式切割方式：错位切：产生两个相同的错位切：产生两个相同的黏性末端黏性末端平切：形成平切：形成平末端平末端一、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酶磷酸二酯键磷酸二酯键由由6个（个（4、5或或8个）核苷酸组个）核苷酸组成，成，无论是无论是几几个碱基，都可以个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链侧的双链DNA上的碱基是上的碱基是反向反向对称重复排列对称重复排列的。的。（回文序列）回文序列）7、识别序列的特点：识别序列的特点：限制酶在原核生物中的作用 n原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物的入侵，但是，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，当外源具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源侵入时，会利用限制酶将外源DNA切切割掉，以保证自身的安全。所以，割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中限制酶在原核生物中主要起到切割外源主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身、使之失效，从而达到保护自身的目的。的目的。n含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种分子中或者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。到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。P4 寻根问底寻根问底 和和 P7思考与探究思考与探究 第第2题题1 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。2 2、如果把两种来源不同的、如果把两种来源不同的DNADNA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？会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNADNA分子分子了。了。思考1、种类：、种类：2、作用作用：酸酸磷酸二酯键磷酸二酯键,二、二、“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶DNA连接酶连接酶作用部位作用部位DNA连接酶连接酶作用部位作用部位Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶 DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程 限制酶切割后有两种不同的结果，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。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，所用那么恢复它们的连接时，所用DNA连连接酶是否可以不加选择？接酶是否可以不加选择？DNA聚合酶和聚合酶和DNA连接酶有何连接酶有何相同点和不同点？相同点和不同点？P6寻根问底寻根问底答：答：不是一回事。不是一回事。DNA连接酶和连接酶和DNA聚合酶都是形成磷聚合酶都是形成磷酸二酯键，二者的差别主要表现在酸二酯键，二者的差别主要表现在：（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的的3末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是连接酶是在两个在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而链；而DNA连接酶是将连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。双链上的两个缺口同时连接起来。因此因此DNA连接酶不需要模板。连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。不相同。切割特定的核苷酸序列切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键的磷酸二酯键将将DNADNA两条链的氢键两条链的氢键打开形成两条单链打开形成两条单链基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出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，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首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！胞内去！1.1.作用：作用：2.2.种类：种类：3.3.本质都是本质都是 ：4.4.条件条件：1.双链DNA 1.质粒、噬菌体和动植物病毒1.将外源基因送入受体细胞。三、基因进入受体细胞的载体三、基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”质粒质粒 最常用的载体，广泛地存在最常用的载体，广泛地存在于细菌中，是独立于细菌拟核于细菌中，是独立于细菌拟核DNA之外的能自主复制的很小之外的能自主复制的很小的双链环状的双链环状DNADNA分子分子 质粒并非细菌生存所必不可质粒并非细菌生存所必不可少的少的,不同的质粒具有不同的遗不同的质粒具有不同的遗传信息；质粒可以在细菌间传递传信息；质粒可以在细菌间传递与丢失；质粒的复制可不依赖于与丢失；质粒的复制可不依赖于拟核拟核DNADNA，但复制只能在宿主细，但复制只能在宿主细胞内成；有些质粒相容胞内成；有些质粒相容(共存于共存于一个细菌内一个细菌内)，有些质粒不相容。，有些质粒不相容。基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体假如目的基因导入受体细胞后不能复制假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？将怎样？作为载体没有限制酶切割位点将怎样？作为载体没有限制酶切割位点将怎样？目的基因是否进入受体细胞，你如何察目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？如果载体对受体细胞有害将怎样？作为载体的必要条件作为载体的必要条件1 能在能在宿主细胞内复制并稳定地保存。宿主细胞内复制并稳定地保存。2 具有多个限制酶切点以便与目的基因连接具有多个限制酶切点以便与目的基因连接3 具有具有某些某些标记基因标记基因，便于筛选受体细胞，便于筛选受体细胞4 对受体细胞无害对受体细胞无害5 比较容易得到比较容易得到，大小合适，大小合适P7 思考与探究思考与探究演讲完毕，谢谢观看！