【微课第一期】人教版选修3专题1---1.1 DNA重组技术的基本工具（老久讲生物-43张ppt）课件

选修三、现代生物科技专题
目 录
专题1 基因工程
专题2 细胞工程
专题3 胚胎工程
专题4 生物技术的安全性和伦理问题
专题5 生态工程
专题1 基因工程
所谓的转基因食品是，是通过基因工程技术将一种或多种外源性基因转移到某种特定的生物体中，并使其有效地表达出相应的产物，这样的过程叫做转基因，而以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。
“支持者”说：对于小白鼠的实验证实，转基因食品提高了发生肿瘤的概率，并影响了生育能力。基因食品中残存的物质对人体有潜在伤害。
“反对者”说：基因工程中用到的工具本质是蛋白质和核酸，可以被人体消化道内的酶水解而失效。转基因作物的抗性远超野生型，降低了农药的使用。
对于转基因食物的质疑，并未影响这项技术的发展成熟，并诞生了众多的转基因生物。
烟草
　据WTO调查：2004年全世界因狂犬病致死人数约5.5万人
　中国卫生部通报：2004年７月，狂犬病列法定报告传染病死亡数之首。发病死亡率近100%
能产生狂犬病抗体蛋白的转基因

每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取4~5g。
　　1979年，美国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，大大降低了生产成本。
治疗糖尿病特效药——
据WTO调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿人，我国约6000万。
胰岛素



基因工程的产物

基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。也叫DNA重组技术。
优点：
1.实现了种间的基因交流。
2.能够定向改变生物的性状。
思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状
在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学过的基因的什么过程有关？
DNA(基因)　　　mRNA 蛋白质(性状)


转录
翻译
基因工程可行性的依据：
1.所有生物共用一套遗传密码（遗传密码的通用性）
2.DNA分子固定的反向平行双螺旋结构
3.基因结构上的稳定性及表达的相对独立性
1900年孟德尔基因分离定律和自由组合定律的再度提出
早期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程

1910年摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律
早期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程

1944年艾弗里证明DNA是遗传物质
DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体
后期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程

1953年沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型
后期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程

1958年梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制
后期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程

1958年克里克等提出中心法则
后期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程
转录

翻译

DNA
mRNA
蛋白质

逆转录



1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的 遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。
后期基础理论
科技探索之路
基础理论和技术发展催生了基因工程



基因工程
基因工程的别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
结果
DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
定向改造生物的性状
剪切
→ 拼接
→ 导入
→ 表达

1.1 DNA重组技术的基本工具
限制性核酸内切酶——“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、限制性核酸内切酶
——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中
作用特点：特异性，即
识别特定核苷酸序列，
切割特定切点
切点：磷酸二酯键


1、限制酶在原核生物中的作用
主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。

存在限制酶的原核生物，一般细胞内的DNA序列中不具备该酶的酶切序列，能够有效防止对自身遗传物质的损伤。

限制酶识别序列特点：
多数识别序列为6个碱基，少数为4、5或8个。
例： 5 个碱基识别位点：EcoRⅡ ↓CCAGG

识别序列的中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的（多数回文）
2、限制酶的作用方式
举例：
EcoRI限制酶识别GAATTC序列，
并在G和A之间切开

SmaI识别CCCGGG，
切点在CG之间

限制性核酸内切酶

限制酶





回文序列
一个限制酶切位点被限制酶切割，形成 个末端，切割 个磷酸二酯键，消耗 个水。
2
2
2
BamHI
BgI II
识别序列
GGATCC
AGATCT
黏性末端
GATCT---
A---
---A
---TCTAG
---G
---CCTAG
GATCC---
G---
不同的限制酶也可以切出互补的黏性末端。
Sau3AⅠ
GATC
---GATC---
---CTAG---
---
---CTAG
GATC---
---
BamHI
BgI II
识别序列
GGATCC
AGATCT
Sau3AⅠ
GATC
---GATC---
---CTAG---




Sau3AⅠ的识别位点GATC在另外两种限制酶（BamHI和BgI II）的识别序列中也存在，也就意味着Sau3AⅠ可以对其序列进行切割，更碰巧的是切出来的黏性末端是可以互补的。固在基因工程的限制酶选择上可以灵活使用。

常见限制酶的识别序列及
切割位点
EcoRⅠ
SmaⅠ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia marcesens）
大肠杆菌
（Escherichia coli R）
流感嗜血杆菌的d菌株
( Haemophilus influenzae d )
先后分离到3种限制酶，
则分别命名为：
HindⅠ、Hind Ⅱ、Hind Ⅲ

项目 内容
种类
(比较)

作用 对象
原理
结果
E.coli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
只作用于 末端
主要作用于 末端，还可作用于 末端
DNA片段
形成磷酸二酯键
黏性
平
黏性
形成新的磷酸二酯键，而将两条DNA
末端连接起来，形成重组DNA

来源：
大肠杆菌 T4噬菌体中
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
DNA聚合酶 DNA连接酶
区别1

区别2
相同点


DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?

1)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
形成磷酸二酯键
1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
2)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
2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板

限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。
（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。


（2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。



（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？

可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）
与DNA有关的几种酶
RNA聚合酶：参与基因的转录，以DNA的一条单链作模板，以游离的核糖核苷酸为原料，合成mRNA，参与合成化学键---磷酸二酯键

三、基因的载体 ——“分子运输车”
常用的载体有：
质粒（最常用）
λ噬菌体的衍生物
动植物病毒等
载体的作用：
将外源基因（目的基因）送入受体细胞。

质粒：
裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。

标记基因：可用含氨苄青霉素的培养基鉴别。

酶切位点

A和T特别多，相对氢键少，不稳定，容易和引物结合

标记基因
重组质粒进入细胞自我复制或整合到染色体DNA同步复制。

质粒的结构
抗性基因即抗性的遗传因子
细菌的抗性基因是指基因表达出的产物能够分解抗生素，或者可以中断抗生素作用的途径。?
1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；
2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ）
4、对受体细胞无害
5、载体DNA分子大小应适合。

载体必须具备的条件：

1.基因工程的正确操作步骤是（ ）
①使目的基因与运载体结合 ③检测与表达
②将目的基因导入受体细胞 ④提取目的基因
A.③②④① B. ②④①③ C. ④①②③ D. ③④①②

C
2.以下说法正确的是 ( )
A.目的基因是指重组DNA
B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能成功表达
B
小试牛刀

4.(多选题)科学家运用基因工程技术,让羊合成并分泌抗体,相 关叙述中正确的是 ( )
A.该技术导致生物定向变异
B.DNA连接酶把目的基因与运载体黏性末端碱基对连接起来
C.蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料
D.受精卵是理想的受体
ACD

3.下列是由限制酶切割形成的DNA片段，能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是（ ）
①…CTGCA
…G
②…G
…CTTAA
③ … G
… ACGTC
④ AATTC…
G…
A.①③；②④ B.①②；③④ C.①④；②③ D.以上都不对
A
小试牛刀

5.如图，就下列与核酸相关酶的作用机理填空：
①限制酶 ②解旋酶 ③DNA连接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶








































b

a

A.切断a处的酶为_______
B.连接a处的酶为_______
C.切断b处的酶为_______
D.连接b处的酶为_______
①
③④
②
无
小试牛刀

已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。
小试牛刀
A组 B组 C组 D组 结 论
预期一 ＋ ＋ ＋ ＋
预期二 ＋ ＋ － －
预期三 ＋ － ＋ －
预期四 ＋ － － －
既含有抗四环素基因 也含有抗氨苄青霉素基因
只含有抗四环素基因
只含有抗氨苄青霉素基因
既不含有抗四环素基因 也不含有抗氨苄青霉素基因
不添加抗生素
添加一定浓度的四环素
添加一定浓度的氨苄青霉素
添加一定浓度的两种抗生素
A
B
C
D





谢谢大家，我们下节课见！