工具酶的发现及基因工程的诞生ppt课件

第一章 基因工程,第一节 工具酶的发现和 基因工程的诞生,1,思考：,什么叫基因？ 基因、DNA、染色体之间是怎样的关系？ 什么是遗传信息？如何表达？,2,三文鱼原是西餐和日本料理的主要原料，不仅味道鲜美，而且富含有益心血管健康的奥米伽-3脂肪酸。三文鱼种类不少，在国内市场上最常见的是大西洋鲑，野生的大西洋鲑因为过度捕捞，已濒临灭绝，市场上卖的大西洋鲑99以上是人工养殖的。 大西洋鲑的生长速度缓慢，第一年体重只增加2030克，一般要养三年才能上市。因此可以给大西洋鲑转入体型最大的三文鱼大鳞大麻哈鱼的生长激素基因。,转基因鱼,3,剪切,转基因鱼的构建,大麻哈鱼生长激素基因,目的基因,大西洋鲑受精卵,受体细胞,鱼类因其产卵量大且体外受精而成为研究转基因动物的最佳入选动物 。,（外源基因）,运载体DNA+目的基因,重组DNA分子,4,基因工程的概念,其核心是构建重组DNA分子,（重组DNA技术）,广义：把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。,5,生物体外,基因,分子水平,产生人类需要的基因产物,基因重组,操作环境：,操作对象：,操作水平：,基本原理：,工程结果：,让目的基因在宿主细胞中稳定高效地表达,操作目的：,基本过程：,从此大西洋鲑的身上得到了世界上从没有过的基因？,（不产生新基因，产生新物种吗？）,6,理论基础,DNA是遗传物质的发现 DNA双螺旋结构的确立 遗传信息传递方式(中心法则)的认定,使来自异种生物的DNA拼接成为可能,使基因在异种生物 细胞内表达成为可能,基因工程的诞生,技术保障,工具酶,7,思考：,如何将大马哈鱼细胞内的生长素基因从它的DNA分子中切割下来？,如何将切下来的生长素基因与载体DNA连接起来？,如何将重组的DNA运送到大西洋鲑细胞？,需要切割DNA的工具（分子手术刀）,需要连接DNA片断的工具 （分子缝合针）,需要基因转移的工具（分子运输车）,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,基因载体,8,细菌,4000种，常用200多种。,一、限制性核酸内切酶 “分子手术刀”（简称限制酶）,对DNA特定的核苷酸序列进行识别和切割,基因工程的基本工具,能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶 。,思考能否切割烟草花叶病毒上人们想要的目的基因？,9,重播,EcoRI,识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为粘性末端。,5,5,3,3,10,平末端：平切,粘性末端：错切,作用结果：,11,12,思考：,要想获得某个特定性状的基因必须要用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？,切两个切口，产生四个黏性末端。,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？,会产生相同的黏性末端。,如果让两者的黏性末端通过氢键连接起来，是否 就可以形成重组的DNA分子了？,13,14,三、基因工程的基本工具,2、DNA连接酶,两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键,连接部位：,具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。,结果：,限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键， 只是一个是切开，一个是连接,注意：,思考,氢键的断裂与形成与限制酶、DNA连接酶无关。,15,思考：,用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几 个磷酸二酯键？,2个,用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？,4个,外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞（如棉花细胞）？,需要“分子运输车”基因进入受体细胞的载体,16,三、基因工程的基本工具,3、基因载体（载体）,作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。,作用：,条件：,能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存,有一个或多个限制酶切点，可使外源基因插入 其中,具有某些遗传标记基因，以便进行筛选,对受体细胞无害,质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒,种类：,17,质 粒,细菌及酵母菌等。最常用的是大肠杆菌的质粒。,来源：,本质：,特点：,染色体外的小型双链环状DNA分子。,能自我复制； 常具有抗生素抗性基因(标记基因)； 其存在对宿主细胞无影响。,可以检测质粒是否导入了受体细胞,要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性核酸内切酶处理？,1种,18,四、基因工程的诞生,时间：,1972年，斯坦福大学 合成第一个人工DNA重组产物 1973年，斯坦福大学 实现了细菌之间的性状转移 标志基因工程的诞生,20世纪70年代,不同生物的DNA能拼接在一起,基因工程的成功能说明哪些问题？,小结,说明所有生物的DNA都具有相同的化学组成(四种脱氧核苷酸)和空间结构(双螺旋结构),一种生物的基因能够在另一种生物体内表达,说明基因是有遗传效应的DNA片段，具有一定的独立性，同时也说明各种生物共用一套遗传密码,19,小结：,基因工程诞生于 。,基因工程诞生的理论基础： 。,基因工程创建的技术保障： 。,其中限制性核酸内切酶和DNA连接酶 为 提供了必要的手段， 而载体 ，达到了基因 工程的目的。,练习,20,练习：,1、科学家们经过多年努力，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. 定向提取生物体的DNA分子 B. 定向地对DNA分子进行“剪切” C. 在生物体外对DNA分子进行改造 D. 定向地改造生物的遗传性状,【答案：D】,2、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、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、基因控制的性状都能在后代表现出来,【答案：C】,21,练习：,4、基因工程又叫重组DNA技术。假设以大肠杆菌质粒作为 基因载体，并以同一种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因，将切割后的载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有 种环状DNA分子(假设两两结合)，它们分别是：,3,运载体与运载体相连、目的基因与目的基因相连、运载体与目的基因相连,3、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是 A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测 C.增加质粒分子的分子量 D.便于与外源基因连接,【答案：B】,22,5、下图是将人的生长激素基因导入B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：,(1)若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有氨苄青霉素的培养 基上培养，会发生的现象是： 其原理是： (2)导入B细胞中的目的基因成功表达的标志是：,有的能生长,有的不能生长,普通质粒含氨苄青霉素基因；重组质粒氨苄青霉素基因被 破坏。,能合成人的生长激素,23,6、限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶的切点。 请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。 请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。 在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？,能。因为由两种限制性切割后所形成的黏性末端是相同的。,24,有关DNA酶,将两个DNA片段通过磷酸二酯键连接。,DNA水解酶： DNA解旋酶： 限制性核酸内切酶： DNA聚合酶： DNA连接酶：,将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解时生成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。,使DNA解旋成单链，作用部位是碱基与碱基之间的氢键。（在适当的高温、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋）,以一条DNA链为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成互补DNA链。,将DNA切成片断，作用部位是磷酸二酯键。,25,思考：,假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？ 作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？ 外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？ 如果载体对受体细胞有害将怎样？,会在细胞增殖中丢失,外源的基因不可能插入,如果载体上有遗传标记基因，就可通过标记基因的表达来检测。,将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的外源基因也可能无法表达。,26,