【高二理化生】11DNA重组技术的基本工具模版课件

乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄第一页，共36页。转基因抗虫棉转基因抗虫棉抗虫棉抗虫棉普通普通(ptng)棉棉第二页，共36页。第三页，共36页。DNA重组技术(jsh)的基本工具第四页，共36页。基因工程基因工程(jyn(jyn gngchng)gngchng)的概念的概念基因工程又叫做基因拼接技术(jsh)或DNA重组技术(jsh)。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，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。第五页，共36页。基因工程的别名基因工程的别名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实质实质结果结果基因拼接技术基因拼接技术(jsh)(jsh)或或DNADNA重组重组技术技术(jsh)(jsh)生物体外生物体外基因基因(jyn)(jyn)DNADNA分子分子(fnz)(fnz)水水平平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组基因工程的概念基因工程的概念第六页，共36页。基因工程培育基因工程培育(piy)抗虫棉的简要过程：抗虫棉的简要过程：普通棉花普通棉花(min hua)(无抗无抗虫特性虫特性)苏云金芽孢苏云金芽孢(y bo)杆菌杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)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？第七页，共36页。基因工程基因工程(jyn gngchng)培育抗虫棉的关键培育抗虫棉的关键步骤：步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌(gnjn)细胞内提取出来细胞内提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因(jyn)与运载体与运载体DNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞第八页，共36页。解决解决(jiju)培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？具？关键步骤一的工具关键步骤一的工具(gngj)：关键步骤二的工具关键步骤二的工具(gngj)：关键步骤三的工具关键步骤三的工具(gngj)：基因基因(jyn)的剪刀的剪刀限制酶限制酶基因基因(jyn)的针线的针线DNA连连接酶接酶基因基因(jyn)的运载工具的运载工具运运载体载体第九页，共36页。DNA 重组技术的基本重组技术的基本(jbn)工具工具本节知识(zhshi)内容1 DNA重组重组(zhn z)技术的基技术的基本工具本工具专题一专题一 基因工程基因工程“分子手术刀分子手术刀”限制酶限制酶“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 第十页，共36页。识别识别(shbi)双链双链DNA 分子的某种特定分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定的核苷酸序列，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部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。开。主要是从原核主要是从原核(yun h)生物中分离纯化出生物中分离纯化出来的一种酶。能将外来的来的一种酶。能将外来的DNA切断，由切断，由于这种切割作用是在于这种切割作用是在DNA分子内部进行分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。的，故名限制性核酸内切酶。4000种。种。1、来源：、来源：2、种类：、种类：3、作用：、作用：4、结果：、结果：形成形成(xngchng)两种末端两种末端一、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粘性末端粘性末端平末端平末端第十一页，共36页。大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)(E.coli)的一种的一种限制酶能识别限制酶能识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间之间切开。切开。限限制制(xinzh)酶酶什么什么(shn me)叫黏性末叫黏性末端？端？第十二页，共36页。限限制制(xinzh)酶酶什么什么(shn me)叫黏性末端叫黏性末端？第十三页，共36页。什么什么(shn me)叫黏性末端叫黏性末端？被限制被限制(xinzh)酶切开的酶切开的DNA两条单两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之链的切口，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。间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。第十四页，共36页。什么什么(shn me)叫平末端叫平末端？当限制酶从识别序列的中心轴线处切当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的开时，切开的DNADNA两条单链的切口两条单链的切口(qi ku)(qi ku)，是平整的，这样的切口是平整的，这样的切口(qi ku)(qi ku)叫平末端。叫平末端。第十五页，共36页。第十六页，共36页。限制酶所识别的序列有什么特点(tdin)？限制酶所识别的序列，无论是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。图1-1限制酶识别序列的中心轴线第十七页，共36页。二、二、“分子分子(fnz)缝合针缝合针”DNA连接酶连接酶1、种类、种类(zhngli)：2、作用部位：、作用部位：两类两类Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键 DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝缝合合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个这样一个(y)重组的重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。第十八页，共36页。第十九页，共36页。T磷磷酸酸二二酯酯键键1234512345 A第二十页，共36页。第二十一页，共36页。DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？聚合酶是一回事吗？为什么？答：不是答：不是(b shi)一回事。基因工程中所用的连接酶一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为Ecoli连接酶。另一种是从连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称噬菌体中分离得到，称为为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链是连接双链DNA的缺口（的缺口（nick），而不能连接单链），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与位碳原子上的羟基与5位碳原位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？的差别主要表现在什么地方呢？第二十二页，共36页。（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯键；而的核酸片段的末端上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间片段之间形成磷酸二酯键。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，链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补板链互补(h b)的的DNA链；而链；而DNA连接酶是连接酶是将将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因双链上的两个缺口同时连接起来。因此此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。组成和性质各不相同。第二十三页，共36页。三、三、“分子运输车分子运输车”基因基因(jyn)进入受体细胞的载进入受体细胞的载体：体：第二十四页，共36页。第二十五页，共36页。第二十六页，共36页。练习(linx)答案第二十七页，共36页。2和7能连接(linji)形成ACGTTGCA；4和8能连接(linji)形成GAATTCCTTAAG；3和6能连接(linji)形成GCGCCGCG；1和5能连接(linji)形成CTGCAGGACGTC。第二十八页，共36页。迄今为止，基因工程中使用的限制(xinzh)酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制(xinzh)酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制(xinzh)酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制(xinzh)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(xinzh)酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制(xinzh)酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵第二十九页，共36页。基因工程基因工程(jyn gngchng)中作为载体使用的中作为载体使用的DNA分子很多都是质分子很多都是质粒（粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因分子。是否任何质粒都可以作为基因工程工程(jyn gngchng)载体使用呢？其实不然，作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程(jyn gngchng)使用的载体必需满足以下条件。使用的载体必需满足以下条件。（1）载体载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。基因的插入而失活。（2）载体载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体上随染色体DNA的复制而同步复制。的复制而同步复制。（3）载体载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。（4）载体载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。除受体细胞外的其他生物细胞中去。（5）载体载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。就不便操作。实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程工改造后才能用于基因工程(jyn gngchng)操作。操作。第三十页，共36页。课本知识(zhshi)回顾基因工程又叫做或。通俗(tns)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。基因拼接基因拼接(pn ji)技术技术DNA重组技术重组技术基因基因修饰改造修饰改造定向地定向地第三十一页，共36页。DNA 重组技术的基本重组技术的基本(jbn)工具工具“分子分子(fnz)手术刀手术刀”“分子分子(fnz)缝合针缝合针”“分子运输车分子运输车”限制酶限制酶DNA连接酶连接酶基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体第三十二页，共36页。限制性核酸限制性核酸(h sun)内切酶内切酶主要是从主要是从 的一种酶。的一种酶。识别识别(shbi)双链双链DNA 分子的某种分子的某种 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的间的 断开。断开。形成两种末端形成两种末端原核生物中分离原核生物中分离(fnl)纯化出来纯化出来特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键粘性末端粘性末端平末端平末端第三十三页，共36页。二、二、“分子分子(fnz)缝合针缝合针”DNA连接酶连接酶1、种类：、种类：2、作用、作用(zuyng)部位：部位：两类两类Ecoli DNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键第三十四页，共36页。基因进入基因进入(jnr)受体细胞的载体受体细胞的载体通常(tngchng)有三种:在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在基础上进行过的质粒质粒噬菌体衍生物噬菌体衍生物动植物病毒动植物病毒(bngd)天然质粒天然质粒人工改造人工改造第三十五页，共36页。内容(nirng)总结乳汁中含有(hn yu)人生长激素的转基因牛(阿根廷)。基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。“分子手术刀”限制酶。“分子缝合针”DNA连接酶。基因进入受体细胞的载体。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。“分子手术刀”。“分子缝合针”。人工改造第三十六页，共36页。