高中生物人教选修3专题1基因工程同步课件1.1DNA重组技术的基本工具共47张PPT

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1、1.1 DNA重组技术的基本工具专题专题1 基因工程基因工程2020年高中生物人教选修3核心素养新课导入新课导入研究人员评估表明糖尿病死亡率现已居研究人员评估表明糖尿病死亡率现已居全世界疾病死亡率之首。目前中国糖尿病患全世界疾病死亡率之首。目前中国糖尿病患者人数已居世界第二位，预计二二五年时者人数已居世界第二位，预计二二五年时更将达五千九百三十万人。更将达五千九百三十万人。治疗糖尿病特效药胰岛素胰岛素如何实现胰岛素的工厂化生产？如：如：通过基因工程将人的胰岛素基因重组到大肠杆通过基因工程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菌内，实现了细菌生产胰岛素。基因工程基因工程 按照人们

2、的愿望，进行严格设计，并通过体外按照人们的愿望，进行严格设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，创造出新生物类型和产品。重组和转基因技术，创造出新生物类型和产品。转基因或转基因或DNADNA重组技术重组技术一一.基因工程的概念基因工程的概念 基因工程基因工程是指按照人们的愿望，是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过进行严格的设计，并通过体外体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而创造出更符合，从而创造出更符合人们需要的人们需要的新的生物类型和生物产新的生物类型和生物产品品。由于基因工程是在。由于基因工程是在DNA分子水分子水平平上

3、进行设计和施工的。因此又叫上进行设计和施工的。因此又叫做做DNA重组技术。重组技术。DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具剪刀剪刀针线针线运输车运输车问题探讨：问题探讨：苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌（有抗虫性状）（有抗虫性状）提取提取抗虫基因抗虫基因棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)重组重组DNA导入导入形成形成培育抗虫棉的关键步骤有哪些？培育抗虫棉的关键步骤有哪些？基因工程培育抗虫棉的简基因工程培育抗虫棉的简要过程要过程关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因

4、从苏云金芽孢杆菌细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与与DNA“缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因进入棉花细胞进入棉花细胞“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“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基因进入受体细胞的载体载体（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”主要来源：主要来源：原核生物原核生物限制酶限制酶就是细菌的一种就是细菌的一种防御性工具防御性工具，切割外源切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。使之失效，从而达到保护自身的目的。简称：

5、简称：限制酶限制酶分布：分布：主要在主要在原核生物原核生物中中二二.基因工程的工具基因工程的工具原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵的入侵，但生物在长期的进化过，但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。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。限制酶限制酶就是细菌的一种就是细菌的一种防御性工具防御性工具，当外源，当外源DNA侵入时，会利侵入时，会利用限制酶用限制酶将外源将外源DNA切割掉切割掉，以保证自身的安全。所以，限制，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到酶在原核生物中主要起到切割外源切割外源DNA、使之失效，

6、从而达到、使之失效，从而达到保护自身的目的保护自身的目的。T磷磷酸酸二二酯酯键键1234512345 A2、作用特点：、作用特点：识别识别特定核苷酸序列特定核苷酸序列,切断两个核苷酸切断两个核苷酸之间的之间的磷酸二酯键。磷酸二酯键。具有具有特异性特异性。一种限制酶一般只能识别一种特定的。一种限制酶一般只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。分子。3、限制酶识别序列、限制酶识别序列大多数大多数限制酶的识别序列由限制酶的识别序列由6个个核苷酸组成核苷酸组成少数的少数的识别序列由识别序列由4、5或或8个个核苷酸组成核苷酸组成2、作用特点：

7、、作用特点：思考与探究思考与探究 P72、为什么限制酶不剪切细菌本身的、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，含有某种限制酶的细胞，其通过长期的进化，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序不具备这种限制酶的识别切割序列列，或者或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列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。的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切被切断，并且可以防止外源断，并且可以防止外源DNA的入侵。的入侵。限制酶所识别的序列，

8、无论是限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是个碱基还是4个个碱基，都可以找到一条碱基，都可以找到一条中心轴线中心轴线（如图），中轴线（如图），中轴线两侧的双链两侧的双链DNA上的碱基是上的碱基是反向、对称、重复反向、对称、重复排排列的。列的。限制酶所识别的序列的特点限制酶所识别的序列的特点 中心轴线两侧的双链中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是上的碱基是反向对反向对称称重复排列的。重复排列的。3、限制性核酸内切酶的作用特点、限制性核酸内切酶的作用特点能识别特定核苷酸序列；能识别特定核苷酸序列；（专一性）（专一性）从特定部位的从特定部位的两个两个核苷酸之间切开。核苷酸之间切开。（切点：切点：）T1

9、234512345 A黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶EcoR能识别能识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有两条单链的切口，带有几个几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补配对互补配对，这，这样的切口叫样的切口叫黏性末端黏性末端。限制酶限制酶Sma能识别能识别GGGCCC序列，并在序列，并在G和和C之间切开。之间切开。平末端平末端 当当限制酶从识

10、别序列的中心轴线处切开时，限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的切开的DNA两条单链的切口，是两条单链的切口，是平整平整的，这样的，这样的切口叫的切口叫平末端平末端。4.作用结果：作用结果：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几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？可产生几个黏性个切口？可产生几个黏性(平平)末端？末端？要切两个切口，产生四个黏性要切两个切口，产生四个黏性(平平)末端。末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会怎样呢？会会产生产生相同的黏性相同的黏性(平平)末端末端，然后让两者的黏性，然后

11、让两者的黏性(平平)末端末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。思考思考?（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNA DNA连接酶连接酶作用作用:把切下来的把切下来的DNA片段拼接成片段拼接成新的新的DNA，即将，即将脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸连接起来。连接起来。作用原理：作用原理：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来起来，即，即恢复恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。T4 DNA连

12、接酶连接酶还可把还可把平末端之间的缝隙平末端之间的缝隙“缝合缝合”起来，起来，但效率较低但效率较低类型：类型：类型类型EcoliDNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶来源来源功能功能大肠杆菌大肠杆菌T4噬菌体噬菌体恢复恢复磷酸磷酸二酯键二酯键只能连接只能连接黏性末端黏性末端能连接能连接黏性末端黏性末端和和平平末端末端(效率较低效率较低)相同点相同点差别差别DNA连接酶连接酶P6 DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗聚合酶是一回事吗?为什么为什么?AG T AC T A A T DNA母链母链DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶TTAG A T A T CCGACGGTTTAADNA聚

13、合酶聚合酶DNA连接酶连接酶区别区别1区别区别2相同点相同点1)只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连接到连接到已有的核酸片段上，形成磷已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键酸二酯键形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键1)在在两个两个DNA片段之间片段之间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键2)以以一条一条DNA链为模板链为模板，将，将单个核苷酸通过磷酸二酯键单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条互补的连接成一条互补的DNA链链2)能将能将DNA双链上的双链上的两两个缺口同时连接个缺口同时连接起来，起来，不需要模板不需要模板【探规寻律】【探规寻律】几种酶的作用部位几种酶的作用部位限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶、DNA连

14、接酶、连接酶、DNA聚合酶作聚合酶作用于用于部位部位,DNA解旋酶作用于解旋酶作用于部位。部位。（三）（三）“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：质粒 动植物病毒 （3）噬菌体的衍生物 假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基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？因生物能有预想的效果吗？作为分子运输车作为分子运输车载体，如果没有切割位点将会怎样？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，

15、你会用它来做分子运输车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？吗？目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？（最常用）（最常用）质粒质粒是一种裸露的、结构简单、独立于是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核细菌拟核DNA之外，并且有自我复制能力的之外，并且有自我复制能力的双链环状双链环状DNA分子。分子。常用的载体质粒：常用的载体质粒：独立于细菌拟核独立于细菌拟核DNA之外的一种可以自我复制的之外的一种可以自我复制的小型环状的小型环状的DNA分子分子1）载体载体DNA必需有必需有一个或多个限制酶一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基的切割位点，

16、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置，还必须是所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外在质粒本身需要的基因片段之外，这样，这样才不至于因目的基因的插入而失活。才不至于因目的基因的插入而失活。2）载体载体DNA必需具备必需具备自我复制的能力自我复制的能力，或整合到受体染色体，或整合到受体染色体DNA上随染色体上随染色体DNA的的复制而同步复制复制而同步复制。3）载体载体DNA必需必需带有标记基因带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。，以便重组后进行重组子的筛选。4）载体载体DNA必需必需是安全

17、的是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入，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。到除受体细胞外的其他生物细胞中去。5）载体载体DNA分子分子大小应适合大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。大就不便操作。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，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。都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。小小结结基因工程基因工程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性(识别序列识别序列)切开切开DNA分子

18、的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键产生黏末端或平末端产生黏末端或平末端DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键 种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4 DNA连接酶连接酶运载运载工具工具具备的具备的条件条件能在宿主细胞中自我复制能在宿主细胞中自我复制并稳定存在并稳定存在具一种至多种限制酶切点具一种至多种限制酶切点具标记基因具标记基因质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒噬菌体衍生物、动植物病毒基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1、目的基因的获取、目的基因的获取2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定、目的基

19、因的检测与鉴定课堂练习课堂练习某质粒上有某质粒上有Sal、Hind、BamH I三种限制酶切割位点，同时三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：课堂练习课堂练习(1)将含有目的基因的将含有目的基因的DNA与质粒分别用与质粒分别用Sal I酶切，酶切产物用酶切，酶切产物用_ 催化连接后，两个催化连接后，两个DNA片段的连接结果有片段的连接结果有_种。种。(2)构建重组质粒时，应选用构建重组质粒时，应选用_两种酶对两种酶对_进行切割，以保证重组进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。序列的唯一性。(3)为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，应在培养基中加入为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，应在培养基中加入_，理由是，理由是_。参考答案参考答案：(1)DNA连接酶连接酶 3（提示：运载体（提示：运载体-目的基因、目目的基因、目的基因的基因-目的基因、运载体目的基因、运载体-运载体）运载体）(2)Sal、Hind 质粒质粒和含抗盐基因的和含抗盐基因的DNA(3)氨苄青霉素氨苄青霉素 重组质粒重组质粒中含抗氨苄青霉基因而抗中含抗氨苄青霉基因而抗四环素基因被破坏四环素基因被破坏