1.1 DNA重组技术的基本工具

1.1 DNA重组技术的基本工具专题1 基因工程 本节目标简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。重点 DNA重 组 技 术 所 需 的 三 种 基 本 工 具 的 作 用 。难点 基 因 工 程 载 体 需 要 具 备 的 条 件 。 复习概念 基 因 工 程 ， 又 叫 做 基 因 拼 接 技 术 或 DNA重 组 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 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 。基因工程工具： 基 因 的 “ 剪 刀 ” 基 因 的 “ 针 线 ” 基 因 的 运 载 体 限 制 性 核 酸 内 切 酶DNA连 接 酶质 粒 、 病 毒 复习步骤： 提 取 目 的 基 因 目 的 基 因 与 运 载 体 结 合 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定优点： 基 因 工 程 最 突 出 的 优 点 是 打 破 了 常 规 育 种 难 以 突 破 的 物 种之 间 的 界 限 ， 可 以 使 原 核 生 物 与 真 核 生 物 之 间 、 动 物 与 植物 之 间 ， 甚 至 人 与 其 他 生 物 之 间 的 遗 传 信 息 进 行 重 组 和 转移 。 基因工程诞生的理论基础1基因拼接的理论基础 (1)大 多 数 生 物 的 遗 传 物 质 是 _。 (2)DNA的 基 本 组 成 单 位 都 是 四 种 _。 (3)双 链 DNA分 子 的 空 间 结 构 都 是 规 则 的 _结 构 。2外源基因在受体内表达的理论基础 (1)基 因 是 控 制 生 物 性 状 的 独 立 遗 传 单 位 。 (2)遗 传 信 息 的 传 递 都 遵 循 _。 (3)生 物 界 共 用 一 套 _。 DNA脱 氧 核 苷 酸双 螺 旋中 心 法 则遗 传 密 码 限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶磷酸二酯键 寻根问底根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？ 原 核 生 物 容 易 受 到 自 然 界 外 源 DNA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 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 。 思考与探究联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 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 酶 的 细 胞 ， 其 DNA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 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被切 断 ， 并 且 可 以 防 止 外 源 DNA的 入 侵 限制性内切酶 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（图1-1），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. 限制性内切酶-EcoR 磷酸二酯键磷酸二酯键 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 。 SmaI限制酶的作用当 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 。 分子缝合针DNA连接酶将 双 链 DNA片 段 “ 缝 合 ” 起 来 ， 恢 复 被 限 制 酶 切 开 的 两 个 核苷 酸 之 间 的 磷 酸 二 酯 键 ,这 样 一 个 重 组 的 DNA分 子 就 形 成 了 。 DNA连接酶种类Ecoli DNA连接酶 粘 性 末 端T4 DNA连接酶 粘 性 末 端 平 末 端 （ 效 率 较 低 ) 寻根问底DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么? 不 是 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 E coli连 接 酶 。 另 一 种 是从 T4噬 菌 体 中 分 离 得 到 ， 称 为 T4连 接 酶 。 这 两 种 连 接 酶 催化 反 应 基 本 相 同 ， 都 是 连 接 双 链 DNA的 缺 口 （ nick） ， 而不 能 连 接 单 链 DNA。 DNA连 接 酶 和 DNA聚 合 酶 都 是 形 成磷 酸 二 酯 键 （ 在 相 邻 核 苷 酸 的 3位 碳 原 子 上 的 羟 基 与 5位 碳原 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 ？ DNA连接酶与DNA聚合酶DNA聚 合 酶 DNA连 接 酶不 同 点 只 能 将 单 个 核 苷 酸 连接 到 已 有 的 核 酸 片 段上 ， 形 成 磷 酸 二 酯 键 在 两 个 DNA片 段 之 间形 成 磷 酸 二 酯 键以 一 条 DNA链 为 模 板 ，将 单 个 核 苷 酸 通 过 磷酸 二 酯 键 连 接 成 一 条互 补 的 DNA链 将 DNA双 链 上 的 两 个缺 口 同 时 连 接 起 来 ，不 需 要 模 板相 同 点 形 成 磷 酸 二 酯 键 “分子运输车”运载体载体的作用 作 为 运 载 工 具 ， 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 中 在 受 体 细 胞 内 对 目 的 基 因 进 行 大 量 复 制载体的种类 细 菌 的 质 粒 （ 常 用 ） 噬 菌 体 衍 生 物 动 植 物 病 毒 旁栏思考题想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？ 能 够 在 宿 主 细 胞 中 复 制 并 稳 定 地 保 存 。 具 多 个 限 制 酶 切 点 ， 以 便 与 外 源 基 因 连 接 。 具 有 某 些 标 记 基 因 ， 便 于 进 行 鉴 定 和 选 择 。 必 须 是 安 全 的 ， 对 受 体 细 胞 无 害 。 载 体 DNA 分 子 应 大 小 适 中 ， 以 便 于 提 取 和 操 作 思考与探究天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？ 作 为 基 因 工 程 使 用 的 载 体 必 需 满 足 以 下 条 件 。 能 够 在 宿 主 细 胞 中 复 制 并 稳 定 地 保 存 。 具 多 个 限 制 酶 切 点 ， 以 便 与 外 源 基 因 连 接 。 具 有 某 些 标 记 基 因 ， 便 于 进 行 鉴 定 和 选 择 。 必 须 是 安 全 的 ， 对 受 体 细 胞 无 害 。 载 体 DNA 分 子 应 大 小 适 中 ， 以 便 于 提 取 和 操 作 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 工 改 造 后 才 能 用 于 基 因 工 程 操 作 。在基因工程操作中，运载体都是天然的质粒或病毒经过人工改造的 思考与探究1.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： (1) CTGCA (2) AC (3) GC （ 4） G G TG CG CTTAA (5) G (6) GC (7) GT (8)AATTC ACGTC CG CA G你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？ 思考与探究1和5能连接形成CTGCAG GACGTC 思考与探究2和7能连接形成ACGT TGCA 思考与探究3和6能连接形成GCGC CGCG 思考与探究4和8能连接形成GAATTC CTTAAG