浙科版(2019)选择性必修三 4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性 课件(40张)

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名称 浙科版(2019)选择性必修三 4.1 基因工程赋予生物新的遗传特性 课件(40张)
格式 pptx
文件大小 6.2MB
资源类型 教案
版本资源 浙科版(2019)
科目 生物学
更新时间 2025-08-26 23:39:27

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文档简介

(共40张PPT)
第四章 基因工程
第一节 基因工程赋予生物新的遗传特性
胰岛素是一种蛋白质激素,它存在于人和动物的胰脏中。胰岛素是治疗胰岛素依赖型(IDDM)糖尿病的有效药物,传统生产胰岛素的方法只能从猪和羊的胰腺中提取,获得1g 胰岛素大约需要100 kg的猪胰脏,因此生产成本高,患者难以支付昂贵的药费。1978年,科学家在大肠杆菌中成功地表达了人胰岛素,并于1982年被美国正式批准生产和销售。1985年,日本也研制出了表达胰岛素的技术并有产品投放市场。用基因工程方法生产胰岛素的产量可达100mgL。它的问世和上市,为众多的糖尿病患者带来了福音。
指有意识地把一个人们所需要的基因转入另一个生物体中,使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。
基因重组
分子水平-基因
构建重组DNA分子
原 理:
操作水平:
核 心:
结 果:
获得新的遗传性状或表达所需要产物
优点:定向地改造生物的遗传性状;
打破了常规育种难以突破的物种间的界限
转基因育种
基因工程
1.DNA是遗传物质。
2.遗传信息的传递和表达都遵循“中心法则” 。
3.除极个别情况外,自然界中不同生物共用一套遗传密码。
DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作,是一项非常精细的工作,更需要专门的“分子工具”。那么,科学家究竟用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?
基因工程的理论基础:
重组DNA技术的重要工具:
(三)分子运输车---载体
分子运输车
(一)分子手术刀---限制性内切核酸酶
分子手术刀
(二)分子缝合针---DNA连接酶
一、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础
1、来源:
主要从细菌中分离纯化来的
2、特点 :
3、作用部位:
特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解
4、结果:
DNA在特定的位置断开,产生带有黏性末端或平末端的DNA片段
能够识别双链DNA分子的特定的一小段核苷酸序列,并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解,使得DNA在特定的位置断开。
(一)分子手术刀---限制性内切核酸酶(限制酶)
限制酶所识别序列的特点是:呈现碱基互补对称,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 ,称为回文序列
能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列:
限制酶的识别序列
识别序列通常是4~8个核苷酸对,以6个核苷酸对最常见。
1’
2’
3’
4’
5’
G
1’
2’
3’
4’
5’
A
3’,5’-磷酸二酯键
3’端
5’端
3’端
5’端
限制酶作用部位:
限制酶的作用结果-黏性末端
黏性末端
黏性末端
EcoRI
被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有突出的单链部分,称为黏性末端。
GAATTC
限制酶的作用结果-平末端
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时,DNA末端没有单链部分,称为平末端。
1、你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗?
原核生物易受自然界外源DNA的入侵,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。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。
寻根问底
2、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA?
通过长期的进化,细菌中含有某种限制酶的细胞,其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列。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。
寻根问底
1、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?可产生几个黏性末端?
要切两个切口,产生四个黏性末端。
2、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
供体生物细胞
取出DNA
限制酶
目的基因
想一想
练习1 画出以下限制酶作用后产生的黏性末端。

BamHⅠ:5’-GGATCC-3’

BglⅠ:5’-AGATCT-3’

BstBⅠ:5’-TTCGAA-3’
5’-GGATCC-3’
3’-CCTAGG-5’
5’-AGATCT-3’
3’-TCTAGA-5’
5’-TTCGAA-3’
3’-AAGCTT-3’
1.不同限制酶识别的核苷酸序列不同。
1.不同限制酶作用后可能会产生相同的黏性末端。
2.黏性末端碱基数与切割位点有关。
练习2 尝试写出下列序列受EcoRI限制性核酸内切酶作用后的结果
目的基因
某种限制性核酸内切酶在环状DNA和线状DNA分子的酶切位点如下图箭头所示,在该酶的作用下,环状DNA可被切成a、b两种长度不同的片段,线状DNA可被切成e、f、g三种长度不同的片段。现有多个环状及线状DNA,若每个DNA至少有1个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,环状DNA最多能产生长度不同的DNA片段的种类数是  ,线状DNA呢?
a
b
e
f
g
5
3
a/b/a+b
e/f/g/e+f/f+g
现有一长度为3000碱基对(bp)的线性DNA分子,用限制性核酸内切酶酶切后,进行凝胶电泳,使降解产物分开。用酶H单独酶切,结果如图1。用酶B单独酶切,结果如图2。用酶H和酶B同时酶切,结果如图3。该DNA分子的结构及其酶切图谱是 ( )
A
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同种限制酶切割(EcoRⅠ)
把两种来源不同的DNA进行重组,应该怎样处理?
思考:
缺口怎么办?
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
什么样的末端才能连接起来?,
(二)分子缝合针---DNA连接酶
1. 作用:
2. 种类:
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 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 。
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来,
(1)E·coli DNA连接或T4DNA连接酶连接黏性末端
即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
(2)T4 DNA连接酶可把平末端之间的缝隙“缝合”起来,效率低
(3)E·coli DNA连接酶与T4DNA连接酶比较:
类型 来源
E·coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
功能
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复磷酸
二酯键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和平末端(效率较低)
相同点
差别
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?
(4)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质 化学本质 不 同 点 模板
作用对象
作用结果
用途
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA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
5’-GGATCC-3’
3’-CCTAGG-5’
5’-AGATCT-3’
3’-TCTAGA-5’
5’-TTCGAA-3’
3’-AAGCTT-3’
练习3 请写出在DNA连接酶作用下可以相互连接的黏性末端。
构建重组DNA分子






①②
①③
①④
②③
②④
③④
⑤⑥
构建重组DNA分子
1.为了使DNA片段能顺利连接,ABC的黏性末端有什么要求?
A右侧黏性末端和B左侧黏性末端要相同;B右侧黏性末端和C左侧黏性末端要相同。
2.为了保证黏性末端相同,采用的限制酶有什么要求?
3.若用同种限制酶进行酶切,片段连接后一定能得到图示结果吗?
用同种限制酶进行酶切
不一定,可能会发生目的基因环化、目的基因任意连接等情况
单酶切的连接产物
BamHⅠ
BamHⅠ
DNA
连接酶
正反接均可
自身环化
双酶切的连接产物
HindⅢ、BamHⅠ
HindⅢ、BamHⅠ
DNA
连接酶
同尾酶切的连接产物
HindⅢ、BamHⅠ
DNA
连接酶
HindⅢ、BclⅠ
改造
双酶切例题
(1)为获得大量抗虫基因,且保证形成重组质粒时,目的基因以唯一方向接入,可选用用 (填限制酶的种类)分别切割目的基因和Ti质粒,再用DNA连接酶连接,形成重组DNA分子,
2.(二) 某研究小组欲利用抗虫基因,通过农杆菌转化法培育抗虫玫瑰。图1和图2分别表示出了抗虫基因和农杆菌Ti质粒的限制性核酸内切酶的识别位点和抗生素抗性基因(PstⅠ、SmaⅠ、AluⅠ表示限制性核酸内切酶切割位点;amp为氨苄青霉素抗性基因,tet为四环素抗性基因)请回答:
SmaⅠ、PstⅠ
同尾酶切的连接产物
(3)假设图中质粒上BamHⅠ识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶BclⅠ识别位点的碱基序列,现用BclⅠ和HindⅢ切割质粒,那么该图中①的DNA右侧还能选择BamHⅠ进行切割吗?
_    (填“能”或“不能”),理由是
                。若上述假设成立,并成功形成重组质粒,则重组质粒
     。
A.既能被BamHⅠ也能被HindⅢ切开
B.能被BamHⅠ但不能被HindⅢ切开
C.既不能被BamHⅠ也不能被HindⅢ切开
D.能被HindⅢ但不能被BamHⅠ切开

切割后的粘性末端相同
D
想一想
外源基因如何进入受体细胞中并稳定存在?
质粒
将外源基因送入受体细胞。
1.作用:
植物病毒
噬菌体
2.种类:
质粒:独立于细菌拟核DNA之外的较小的环状DNA分子。
------植物细胞
------动物细胞
细菌
动物病毒
(最常用的载体)
载体类型------受体细胞
(三)分子运输车---载体
质粒作为载体所具有的特征
特征 作用
含有复制起点 能独立自主复制并稳定存在
含有一种或多种限制酶的识别序列 方便外源基因插入
具有标记基因 便于通过表型鉴别含有载体的细胞
对受体细胞无害、易分离
分子大小合适
标记基因的筛选原理
载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因,而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞,抗性基因在受体细胞内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上,能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示:
人工改造后的载体
复制起点:能独立自主复制并稳定存在
有多个限制酶识别位点:方便外源基因插入
标记基因:将来可用含青霉素的培养基鉴别。
练一练
D
某目的基因两侧的DNA序列所含的限制性内切核酸酶切割位点如图所示,最好选用下列哪种质粒作为载体:
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害;
②有一个至多个限制酶切割位点;
③有特殊的标记基因;
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、 噬菌体、动植物病毒
小结
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类:
磷酸二酯键
来源:
主要来源于原核生物
特点:
作用部位:
具有专一性
结果:
形成黏性末端或平末端
连接部位:磷酸二酯键
种类: E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用: 把两条双链DNA片段拼接起来
DNA的粗提取和鉴定
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