高中生物人教版选修三专题一 1.1　DNA重组技术的基本工具课件 （33张ppt）

(共33张PPT)
定向基因改造设想
设想一
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蚕丝？
设想二
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？
设想三
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
基因工程
专题1
什么叫基因工程？
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
（一）基因工程的概念
基因工程概念的分析
（一）基因工程的概念
基因工程的别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
实质
结果
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
剪切
→
拼接
→
导入
→
表达
基因重组
人类需要的基因产物
普通棉花　　抗虫棉
问题探讨：
苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。
让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。
想一想需要做哪些关键工作？
苏云金芽孢杆菌
毒蛋白
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
普通棉花(无抗虫特性)
苏云金芽孢杆菌
提取
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
棉花植株(有抗虫特性)
上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
重组DNA
导入
形成
基因工程培育抗虫棉的关键步骤：
关键步骤一：
抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来
关键步骤二：
形成重组DNA
关键步骤三：
重组DNA导入受体(棉花)细胞
解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
（二）DNA重组技术的基本工具
关键步骤一的工具：
关键步骤二的工具：
关键步骤三的工具：
分子手术刀—限制性内切酶
分子缝合针—DNA连接酶
分子运输车—运载体
1、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1、来源：
主要是原核生物（约300种）
2、种类：
3、作用：
4、结果：
约4000种
识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列（具特异性），并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
形成两种末端
黏性末端
平末端
G
A
A
T
T
C
G
A
T
T
A
C
DNA的二级结构
磷
酸
二
酯
键
氢键
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。（切断梯子的扶手——磷酸二酯键）
限制酶
什么叫黏性末端？
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
Go
back
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
重复演示
什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
SmaⅠ
平末端　　　平末端
限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的。
想一想限制酶所识别的序列有什么特点？
注意：
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：在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。
限制酶
DNA解旋酶
区别
限制性内切酶与DNA解旋酶的区别
切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键
将DNA两条链的氢键打开形成两条单链
限制酶
DNA水解酶
区别
限制性内切酶与DNA水解酶的区别
切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键，形成片段的DNA.
切割磷酸二酯键，形成单个的脱氧核苷酸。
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(平)末端？
要切两个切口，产生四个黏性(平)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(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。
思考?
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
EcoRⅠ
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
不同来源的DNA片段混合
将不同种来源的DNA片段连接起来
生物A基因片段
生物B基因片段
……G　　AATTC……
……CTTAA　　G……
酶切
……GAATTC……
……CTTAAG……
……G　　AATTC……
……CTTAA　　G……
……G　　AATTC……
……CTTAA　　G……
同一种
①作用:
把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.
②作用原理：
催化磷酸二酯键形成
2、
DNA连接酶——“分子缝合针”
③类型：
类型
E·coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
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
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
E·coli
DNA连接酶　　　　　　　　或T4DNA连接酶
即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
　
T4
DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低
T4DNA连接酶
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
⒈载体需要的条件：
⑴有1至多个限制酶切点
⑵
能够在宿主细胞中复制并稳定地保存并表达
⑶
有某些标记基因，便于筛选
如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
⑷对受体细胞无害
⒉常用运载体：
　
⑴细菌的质粒
　
⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
3、载体——“分子运输车”
　⑴作为分子运输车——载体，如果没有切割位点将会怎样？
⑵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？
⑶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？
　⑷目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？
常用的载体：质粒——细菌细胞中一种很小的环状DNA分子。裸露的、结构简单、独立于细菌之外，并且有自我复制能力
有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。
能复制并带着插入的目的基因一起复制
实际上在基因工程操作中，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。
1、关于限制酶的说法中，正确的是(
)
A、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱
基序列
B、EcoRI切割的是G—A之间的氢键
C．限制酶一般不切割自身的DNA分
子，只切割外源DNA
D．限制酶只存在于原核生物中
课堂巩固
C
2、基因工程的载体，必须具备的条件及
理由是(
)
A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并
大量复制，以便提供大量的目的基因
B、具有多个限制酶切点，以便于目的基
因的表达
C．具有某些标记基因，以便为目的基因
的表达提供条件
D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，
以便于进行筛选
A
3、质粒是基因工程最常见的载体，它的
主要特点是(
)
①能自主复制
②不能自主复制
③大小合适
④是蛋白质
⑤是环状RNA
⑥是环状DNA
⑦能“友好”地“借居”
A、①③⑤⑦
B、②④⑥
C、①③⑥⑦
D、②③⑥⑦
C