《DNA重组技术的基本工具》课件（新人教版选修3）（共46张PPT）
文档属性
| 名称 | 《DNA重组技术的基本工具》课件（新人教版选修3）（共46张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2012-05-22 11:16:09 | ||
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文档简介
(共47张PPT)
基因工程
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
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？
密码子在生物界是 的！
DNA(基因) mRNA 蛋白质(性状)
转录
翻译
通用
基因工程的产物
什么叫基因工程？
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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DNA重组技术。
基因工程的概念
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
普通棉花 抗虫棉
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
在以上过程中关键步骤或难点是什么？
普通棉花(无抗虫特性)
苏云金芽孢杆菌
提取
抗虫基因
通过运载体导入
转基因棉花含抗虫基因
转基因棉花产生伴胞晶体
转基因棉花有抗虫特性
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：
抗虫基因与棉花DNA“缝合”
关键步骤三：
抗虫基因进入棉花细胞
解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
“分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶
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：
抗虫基因与棉花DNA“缝合”
关键步骤三：
抗虫基因进入棉花细胞
“分子缝合针”—— DNA连接酶
“分子运输车”—— 基因进入受体细胞的载体
1.1、DNA重组技术的基本工具
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源：
⒉种类与命名：
⒊作用特点：
4.限制酶识别序列
5.作用结果：
识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
主要从原核生物中分离纯化
产生黏性末端或平末端
Go on
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成
少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
寻根问底
你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
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。
Go back
⒉种类与命名：
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。
EcoRⅠ
SmaⅠ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia marcesens）
大肠杆菌
（Escherichia coli R）
Go back
练习：流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ
磷酸二酯键
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
HO
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
O
H2O +
O
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。
Go back
限制酶的识别序列：
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：
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。
Go back
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
Go back
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
重复演示
Go back
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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端 平末端
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
DNA聚合酶 DNA连接酶
区别1
区别2
相同点
寻根问底
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
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
二、“分子缝合针” —— DNA连接酶
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
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
三、“分子运输车” ——基因进入受体细胞的载体
⒈载体需要的条件：
⑴有1~多个限制酶切点
⑵对受体细胞无害
⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达
⑷有某些标记基因，便于筛选
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
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？
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？
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
能复制并带着插入的目的基因一起复制
有切割位点
有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别
思考与探究 P7 （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分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列；或者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。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。
3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
提示：
基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。
是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？
不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：
思考与探究 P7
1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，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所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
4） 载体DNA必需是安全的，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。
5） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
实际上自然存在的质粒DNA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。
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。
思考与探究 P7
1.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ）
同种限制酶 B. 两种限制酶
同种连接酶 D. 两种连接酶
A
课堂练习
2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
课堂练习
3.以下说法正确的是 （ ）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来
C
课堂练习
下课了!
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
达尔文提出生物进化论
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
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。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
克里克等提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
逆转录
复制
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
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。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
1)基因转移载体的发现
2)工具酶的发现
3)DNA合成和测序技术的发明
4) DNA体外重组的实现
5)重组DNA表达实验的成功
6)第一例转基因动物问世
7)PCR技术的发明
基因工程
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
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？
密码子在生物界是 的！
DNA(基因) mRNA 蛋白质(性状)
转录
翻译
通用
基因工程的产物
什么叫基因工程？
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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DNA重组技术。
基因工程的概念
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
普通棉花 抗虫棉
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
在以上过程中关键步骤或难点是什么？
普通棉花(无抗虫特性)
苏云金芽孢杆菌
提取
抗虫基因
通过运载体导入
转基因棉花含抗虫基因
转基因棉花产生伴胞晶体
转基因棉花有抗虫特性
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：
抗虫基因与棉花DNA“缝合”
关键步骤三：
抗虫基因进入棉花细胞
解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
“分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶
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：
抗虫基因与棉花DNA“缝合”
关键步骤三：
抗虫基因进入棉花细胞
“分子缝合针”—— DNA连接酶
“分子运输车”—— 基因进入受体细胞的载体
1.1、DNA重组技术的基本工具
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源：
⒉种类与命名：
⒊作用特点：
4.限制酶识别序列
5.作用结果：
识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
主要从原核生物中分离纯化
产生黏性末端或平末端
Go on
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成
少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
寻根问底
你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
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。
Go back
⒉种类与命名：
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶(限制酶)。
EcoRⅠ
SmaⅠ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia marcesens）
大肠杆菌
（Escherichia coli R）
Go back
练习：流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ
磷酸二酯键
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
HO
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
O
H2O +
O
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。
Go back
限制酶的识别序列：
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：
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。
Go back
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
Go back
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
重复演示
Go back
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，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端 平末端
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
DNA聚合酶 DNA连接酶
区别1
区别2
相同点
寻根问底
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
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
二、“分子缝合针” —— DNA连接酶
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
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
三、“分子运输车” ——基因进入受体细胞的载体
⒈载体需要的条件：
⑴有1~多个限制酶切点
⑵对受体细胞无害
⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达
⑷有某些标记基因，便于筛选
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
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？
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？
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
能复制并带着插入的目的基因一起复制
有切割位点
有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别
思考与探究 P7 （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分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列；或者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。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。
3、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
提示：
基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。
是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？
不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：
思考与探究 P7
1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，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所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
4） 载体DNA必需是安全的，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。
5） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
实际上自然存在的质粒DNA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。
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。
思考与探究 P7
1.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ）
同种限制酶 B. 两种限制酶
同种连接酶 D. 两种连接酶
A
课堂练习
2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
课堂练习
3.以下说法正确的是 （ ）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来
C
课堂练习
下课了!
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
达尔文提出生物进化论
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
孟德尔提出基因的分离定律和自由组合定律
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
早期基础理论
摩尔根证明基因在染色体上，并提出基因的连锁互换定律。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
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。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
克里克等提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
逆转录
复制
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
后期基础理论
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。
基础理论和技术发展催生了基因工程
科技探索之路
1)基因转移载体的发现
2)工具酶的发现
3)DNA合成和测序技术的发明
4) DNA体外重组的实现
5)重组DNA表达实验的成功
6)第一例转基因动物问世
7)PCR技术的发明