(共38张PPT)
教学目标:
1、阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。
2、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
3、进行DNA的粗提取与鉴定
教学重点:
1、重组DNA技术所需的三种基本工具的作用
2、DNA的粗提取与鉴定。
教学难点:
1、基因工程载体需要具备的条件。
2、DNA的粗提取与鉴定。
图解“基因工程实质”
转移
A生物
B生物
萤火虫
普通动植物
发光基因
基因工程的概念
指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做重组DNA技术。
基因工程的诞生和发展
转基因抗虫棉
苏云金杆菌中的Bt基因
基本原理
普通棉花细胞
含Bt基因的棉花细胞
能产生Bt抗虫蛋白的棉花植株
转入
植物组织培养技术
形成
转基因抗虫棉
对转基因工程的分析
苏云金杆菌中的Bt基因
基本原理
普通棉花细胞
含Bt基因的棉花细胞
能产生Bt抗虫蛋白的棉花植株
转入
植物组织培养技术
形成
目的基因
1
受体细胞
2
目的基因表达产物
3
两个关键环节
4
在实验中研究或操纵的可以带来预期性状的基因
用来接受目的基因以定向改造某种性状的细胞
目的基因在受体细胞中转录和翻译出来的产物
不同来源的DNA进行重新组合形成一个DNA
重组的DNA分子在受体细胞里能表达出产物
操作原理
操作对象
操作水平
操作环境
操作结果
工程优点
基因重组
基因
DNA分子水平
生物体外
获得新的生物类型和生物产品
克服远缘杂交不亲和的障碍
定向改变生物的性状
基因工程诞生的理论基础
拼接的基础
1.DNA的基本组成单位相同(四种脱氧核苷酸)
表达的基础
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息的传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
基因在空间上转移并成功表达
接
剪
运
1.DNA的基本组成单位相同(都是四种脱氧核苷酸)
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
表达的基础
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
重组DNA
RNA
蛋白质
性状
复制
转录
翻译
翻译
拼接的基础
第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
转基因抗虫棉
接
剪
运
限制性内切核酸酶
——“分子手术刀”
DNA连接酶
——“分子缝合针”
基因进入受体细胞的载体
——“分子运输车”
一、限制性内切核酸酶(限制酶)
1、来源:
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
2、作用:
识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
1’
2’
3’
4’
5’
G
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
3、作用位点:
只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
5'
5'
3'
3'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
黏性末端
平末端
一、限制性内切核酸酶(限制酶)
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
一、限制性内切核酸酶(限制酶)
4、作用结果:
形成黏性末端和平末端
限制酶所识别的序列的特点是:
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。
在切割部位,一条链从5’往3’读的碱基顺序与另一条链5’往3’读的顺序完全一致
暮天遥对寒窗雾;
雾窗寒对遥天暮。
写出下列限制酶切割形成的黏性末端
GATC
AATT
AGCT
GATC
总结 不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端
同尾酶 识别DNA分子中不同核苷酸序列,但能切割产生相同黏性末端的限制酶
限制性核酸内切酶的命名
限制酶是如何命名的呢?是用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母,组成了3个字母的略语,以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。
从大肠杆菌(Escherichia coli)的R型菌株分离来的,就用字母EcoR表示;如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶,则进一步表示成EcoR I
流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶,则分别命名为:
Hind I
Hind II
Hind III
1、你能根据所掌握的知识,推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗?
原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵,所以它在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时,它会利用限制酶来切割外源DNA,使之失效,以保证自身安全。
2、试推测限制酶为什么不会切割自身的DNA?
原核生物中不存在该酶的识别序列,
或识别序列已被修饰使限制酶不与之结合
旁栏思考题
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
1、作用:
将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。
2、实质:
恢复两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
DNA连接酶
注:DNA连接酶不作用于氢键
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
类型 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源
功能 只缝合____________ 缝合____________和____________
结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_________________ 大肠杆菌
T4噬菌体
黏性末端
黏性末端
平末端
磷酸二酯键
思考 T4 DNA连接酶连接平末端的效率和连接黏性末端的效率相同吗?
不同,因为黏性末端的碱基是互补的,在连接时,黏性末端可以通过碱基互补配对,加快DNA连接酶的连接速度,而平末端则不能。
3、种类和作用:
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗 为什么
DNA连接酶
A
G
T
A
C
T
A
A
T
DNA母链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
T
…
…
T
…
…
A
…
…
A
…
…
T
…
…
A
…
…
T
…
…
C
…
…
…
G
…
…
…
旁栏思考题
项目 DNA连接酶 DNA聚合酶
相同 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
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
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
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
与DNA相关的五种酶的比较
酶1
酶2
酶4
酶3
酶5
酶1:限制酶 酶2:DNA连接酶 酶3:DNA解旋酶
酶4:DNA聚合酶 酶5:DNA水解酶
三、基因进入受体细胞的载体
1、作用:
将外源基因送入受体细胞
2、种类:
①质粒——最常用
拟核DNA
质粒
大肠杆菌
氨苄青霉素抗性基因
目的基因插入位点
复制起点
裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
② 噬菌体、动植物病毒等
动物病毒
噬菌体
种类 用途 不同点
质粒、噬菌体
植物病毒 动物病毒 将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞
将外源基因导入植物细胞
将外源基因导入动物细胞
它们来源不同,在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别
三、基因进入受体细胞的载体
拟核DNA
质粒
大肠杆菌
氨苄青霉素抗性基因
目的基因插入位点
复制起点
大肠杆菌及质粒结构模式图
三、基因进入受体细胞的载体
3、作为载体需要具备的条件:
②自我复制或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制
①有一个至多个限制酶切割位点
④对受体细胞无害
③具有多种特殊的标记基因
如:抗生素抗性基因;荧光蛋白基因
思考·讨论:重组DNA分子
请你在上述序列中EcoRⅠ的识别序列和切割位点。然后,用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后,将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处,并用透明胶带将切口粘起来。
剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具” ?
2. 你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能,可能是什么原因造成的?
3. 你插入的DNA片段能称得上一个基因吗?
根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对可能是剪切位点或连接位点选得不对,也可能是其他原因。
不能,因为基因的长度一般在100个碱基对以上。
剪刀代表限制酶;透明胶条代表DNA连接酶。
目的基因和载体随意连接(反向连接)、目的基因自身环化
4.用同一种限制酶切割目的基因和载体在连接过程中可能出现什么问题?
思考·讨论:重组DNA分子
注:选择限制酶的要求
① 选目的基因两端和载体都有的酶切位点,确保出现相同的黏性末端
② 所选酶切位点不能破坏目的基因和标记基因
③ 选择两种限制酶的优点:防止目的基因和载体自身环化、反向连接
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异,选择适当的物理或化学方法进行提取。
1、提取DNA的思路:
2、提取DNA的原理:
① DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精
② DNA能溶于2mol/L的NaCl溶液。
3、鉴定DNA的原理
DNA + 二苯胺试剂 蓝色
沸水浴
一、实验原理:
DNA含量相对较高的生物组织,如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等
不能选择哺乳动物成熟的红细胞,因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体,几乎不含DNA
注意:
①研磨液
②体积分数为95%的酒精
③2mol/L 的NaCl溶液
④二苯胺试剂
⑤蒸馏水
析出DNA
溶解DNA
鉴定DNA,要现配现用
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
1、选材:
二、材料用具:
2、试剂:
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
三、方法步骤:
研磨
30g洋葱(切碎)+10mL研磨液 → 充分研磨
提取上清液
方法:
① 纱布过滤:过滤 → 4℃冰箱冷藏 → 取上清液
② 离心:1500r/min,离心5分钟 → 取上清液
上清液:除DNA外,还有核蛋白、多糖等杂质
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
三、方法步骤:
研磨
提取上清液
析出DNA
方案一 上清液中+等体积、预冷的95%酒精溶液 → 静置2~3 min → 出现白色丝状物→ 用玻璃棒沿一个方向搅拌,卷起丝状物,并用滤纸吸去上面的水分
方案二 离心管 → 10000 r/min,离心5 min → 弃上清液,将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
三、方法步骤:
研磨
提取上清液
析出DNA
DNA的鉴定
2mol/L NaCl溶液
2mol/LNaCl溶液
(加入丝状物或沉淀物)
1.你提取出的白色丝状物或沉淀物了吗?用二苯胺试剂鉴定的结果如何?
观察提取到的DNA颜色,如果不是白色丝状物,说明DNA中的杂质较多。
二苯胺试剂鉴定呈蓝色说明实验成功;如果不呈现蓝色,可能的原因有所提取的DNA含量低,或者在实验操作过程中出现了失误等。
2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗?
本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。
四、结果分析与评价:
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
3.与其他同学提取的DNA进行比较,看看实验结果有何不同,分析产生差异的原因?
本实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料;也可以查阅资料了解其他提取 DNA 的方法,对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果,如 DNA 纯度、 DNA 的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等,看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。
四、结果分析与评价:
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
本实验只是对DNA进行了粗提取,请查阅资料,了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法,并与本实验中所使用的方法进行比较,总结两种方法的异同。
实验室提取纯度较高的 DNA 的方法有不少。例如,可以先添加质量分数为25%的 SDS 溶液,使蛋白质变性后与 DNA 分开;随后,加入氯仿一异丙醇混合液(体机比为24:1)。通过离心将蛋白质及其他杂质除去,取上清液;可重复上述操作几次,直至上清液变成透明的粘稠液体。此外由于苯酚可以迅速使蛋白质变性,抑制核酸酶的活性,因此还可以先用苯酚处理,然后离心分层,这时 DNA 溶于上层水相,蛋白质变性后存在于酚层中,用吸管、微量移液器等实验用具就可以将两者分开。
五、进一步探究
探究·实验 DNA的粗提取与鉴定
感谢观看
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