基因工程之DNA重组技术的基本工具57357

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课标要求：现代生物科技专题,拓展学生的生物,科技视野,增强学生的,科技意识,为学生进一步学习生物学类专业奠定基础。,模块解读,现代,生物,科技,专题,科学,技术,现代,基因工程,克隆技术,胚胎工程,生态工程,基本概念和基本原理,技术流程、操作和应用,伦理问题,生物技术的安全性与伦理问题,社会,交流、讨论、辩论,课程标准中有关现代生物科技专题的核心知识的要求,细胞工程,本模块知识内容的构建顺序：,基因工程 细胞工程 胚胎工程 生态工程,分子水平,细胞水平,个体水平,群体水平,微观,宏观,中观,专题一 基因工程,科技探索之路,1944年，,艾弗里,证明DNA是遗传物质，,DNA,可从一种生物个体转移到另一种生物个体。,科技探索之路,1953年，,沃森、克里克,提出DNA的,双螺旋结构,模型。,科技探索之路,克里克,等提出,中心法则,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,逆转录,复制,科技探索之路,1963,年,尼伦伯格和马太,破译编码氨基酸的,遗传密码,，,1966,年,霍拉纳,用实验加以证明。,基础理论和技术发展催生了基因工程,基因工程，又叫,DNA重组技术,。通俗的说，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特性。,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,结果,基因拼接技术或,DNA,重组技术,生物体外,基因,DNA,分子水平,人类需要的基因产物,剪切,拼接,导入,表达,每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取4到5g。,1979年，美国将人的,胰岛素基因,重组到,大肠杆菌,内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。,治疗糖尿病特效药,据WTO调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。,胰岛素,思考,：转基因技术实现了一种生物的某些性状,在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？,DNA(基因)mRNA 蛋白质(性状),转录,翻译,某种药物蛋白的基因,烟草的DNA,如何实现药物基因在烟草中的表达，提前要做哪些工作？,准确切割,DNA的工具（,“,分子手术刀,”,）,限制性内切酶,DNA片段的连接工具（,“,分子缝合针,”,）,DNA连接酶,基因转移工具（,“,分子运输车,”,）,运载体,DNA重组技术的基本工具,学习目标,1、明确基因工程的原理。,2、举例说明基因工程的操作工具、种类和作用。,3、运用所学的DNA重组技术，模拟制作重组DNA分子模型。,自然界是否存在一种生物的DNA进入另一生物的情况？,2.单细胞生物并没有在进化中灭绝，有何保护机制？,可能产生了一些特殊的酶来防范。可而这种酶能识别,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,限制性核酸内切酶“分子手术刀”,2.,为什么限制酶和,DNA,连接酶在微生物中能够分离到,而高等植物和动物中没有,?,引导学生从噬菌体侵染细菌中获得灵感,为什么限制酶不能将自己的,DNA,分子剪切掉？,1,、,DNA,分子不具备该种限制酶的识别切割序列；,2,、通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使了限制酶不能切开。,限制性核酸内切酶,“,分子手术刀,”,1.主要来源：,2.种类与命名：,主要从原核生物中分离纯化,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,),。,例如：流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:,Hin,d,、,Hin,d,和,Hin,d,限制性核酸内切酶,“,分子手术刀,”,1.主要来源：,2.种类与命名：,3,.功能（特异性）,识别双链DNA分子中,特定,核苷酸序列，并且使每条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化,T,磷酸二酯键,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,A,限制性核酸内切酶,“,分子手术刀,”,1.主要来源：,2.种类与命名：,3,.功能（特异性）,4.,限制酶识别序列,识别双链DNA分子中,特定,核苷酸序列，并且使每条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化,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,限制酶的识别序列,限制性核酸内切酶,“,分子手术刀,”,1.主要来源：,2.种类与命名：,3,.功能（特异性）,4.,限制酶识别序列,5.作用结果：,识别双链DNA分子中,特定,核苷酸序列，并且使每条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化,产生黏性末端或平末端,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,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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫,黏性末端,。,EcoR,黏性末端,黏性末端,Sma,平末端平末端,GAATTC,CTTAAG,GAATTC,CTTAAG,EcoR,G,AATTC,CTTAA,G,G,AATTC,CTTAA,G,不同来源的,DNA片段混合,将不同种来源的,DNA片段连接起来,生物,A基因片段,生物,B基因片段,GAATTC,CTTAAG,GAATTC,CTTAAG,酶切,“,分子缝合针,”,DNA连接酶,DNA连接酶,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,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.,可把黏性末端之间的,缝隙“缝合”,起来，,Ecoli DNA连接酶或T,4,DNA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,T,4,DNA连接酶,还可把,平末端之间的缝隙“缝合”,起来，但效率较低,T,4,DNA连接酶,DNA,复制,思考：,“,寻根问底二,”,DNA,连接酶和,DNA,聚合酶是一回事吗？,DNA,聚合酶只能将,单个核苷酸,加到已有的,单链,核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键,需要摸板。,DNA,连接酶是连接,两个双链,DNA,片段,的末端，形成磷酸二酯键,不需要摸板。,比较几种酶的作用,断开的化学键,结果,限制性内切酶,DNA,酶,DNA,解旋酶,特定位置的磷酸二酯键,碱基对,之间的氢键,脱氧核苷酸,DNA,片段,特定末端,DNA,单链,全部的磷酸二酯键,DNA,连接酶,DNA,聚合酶,连接,DNA,链,双链,单链,连接部位,在两,DNA,片段之间形成,磷酸二酯键,将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的末端上，形成,磷酸二酯键,模板,不需要,需要,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶是同一物质吗,?,聚焦二： “分子缝合针”,-,DNA,连接酶,DNA,复制,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,运载体,。,基因进入受体细胞的载体,“分子运输车”,运,载体需要的条件：,有1,多个限制酶切点,对受体细胞无害,导入基因能在受体细胞中复制、表达,有某些标记基因，便于筛选,常用运载体：,细菌的质粒,噬菌体的衍生物或某些动植物病毒,假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？,作为分子运输车,载体，如果没有切割位点将会怎样？,霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？,目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？,常用的载体：质粒,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别,限制性核酸内切酶（分子手术刀),识别双链DNA分子中,特定,核苷酸序列，并且使每条链中,特定部位,的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化,产生黏性末端或平末端,功能,来源,结果,DNA连接酶（分子缝合线),基因进入受体细胞的载体（分子运输车),功能,种类,种类,条件,对受体细胞无害。,Ecoli,连接酶,将切下来的DNA片段拼接成新的DNA片段。,T,4,DNA,连接酶,能在受体细胞中稳定保存并大量复制。,有一个至多个限制酶切割位点。,有特殊的遗传标记基因，便于筛选。,质粒、动植物病毒和,噬菌体的衍生物,。,总 结,课下制作：,使用,EcoRI,酶、,E.coliDNA,连接酶,形成的,DNA,重组的模型 ，下节课展示。,CTGCA,G,(1),GC,CG,G,CTTAA,G,ACGTC,GC,CG,GT,CA,AATTC,G,(2),(3),(5),(6),(7),(8),CTGCA,G,G,ACGTC,(1),(5),GT,CA,AC,TG,AC,TG,GT,CA,(2),(7),GC,CG,GC,CG,(6),(3),（,4,）,G,CTTAA,AATTC,G,(8),可缝合两片断，,上下左右颠倒颠,习题,:,已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么,?,请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论,对照组：不添加抗生素,实验组,1,：添加一定浓度的四环素,实验组,2,：添加一定浓度的氨苄青霉素,实验组,3,：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素,对照组,实验组,1,实验组,2,实验组,3,结 论,预期一,+,+,+,+,既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因,预期二,+,+,只含有抗四环素基因,预期三,+,+,只含有抗氨苄青霉素基因,预期四,+,既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因,质粒的构建与改造,1),删除不必要的,DNA,区域，缩小分子量，提高外源,DNA,片段装载量。,2),灭活某些质粒的编码基因。,3),加入易于识别的选择标记基因。,4),加入特殊的基因表达调控元件。,一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改建。,1,、关于限制酶的说法中，正确的是（ ）,A,限制酶是一种酶，只识别,GAATTC,碱基序列,B,EcoRI,切割的是,GA,之间的氢键,C,限制酶一般不切割自身的,DNA,分子，只切割外源,DNA,D,限制酶只存在于原核生物中,练习,2,、,DNA,连接酶催化的反应是,( ),A,DNA,复制时母链与子链之间形成氢键,B,黏性末端碱基之间形成氢键,C,两个,DNA,片段黏性末端之间的缝隙的连接,D,A,、,B,、,C,都不正确,3.,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（ ）,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,c,3,、作为基因的运输工具,载体，必须具备的条件及理由是,( ),A,能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因,B,具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达,C,具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件,D,能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选,A,4.,基因工程常用的受体细胞有（ ）,（,1,）大肠杆菌 （,2,）枯草杆菌,（,3,）支原体 （,4,）动植物细胞,A.,（,3,）（,4,）,B.,（,1,）（,2,）（,4,）,C.,（,2,）（,3,）（,4,）,D.,（,1,）（,2,）（,3,）,B,5,、在受体细胞中能检测出目的基因是因为,( ),A,目的基因上有标记,B,质粒具有某些标记基因,C,重组质粒能够复制,D,以上都不正确,D,3.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,4.以下说法正确的是,A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,B、质粒是基因工程中唯一的运载体,C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接,D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,C,演讲完毕，谢谢观看！,