《DNA重組技術(shù)的基本工具》課件3

1、專題專題1.基因工程基因工程的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容 基因工程的概念基因工程的概念1.1 基因工程的基本工具基因工程的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程的發(fā)展史基因工程的發(fā)展史1.3 基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起基因工程的概念：基因工程的概念： 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外體外DNA重重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于要的

2、新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在基因工程是在DNA分子水平上分子水平上進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做又叫做DNA重重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。 別名：別名： 操作環(huán)境：操作環(huán)境： 原理：原理： 操作水平：操作水平： 結(jié)果：結(jié)果： 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在

3、因工程是在DNA分子水平上分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此因此又叫做又叫做DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)。重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)?；蚱唇蛹夹g(shù)或基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)重組技術(shù)生物體外生物體外基因重組基因重組DNA分子水平分子水平定向定向地改造生物的遺傳性狀，獲地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。得人類所需要的品種。 1 .1、DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)的基本工具的基本工具“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”-“分子縫合針分子縫合針”-“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”-限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶DNADNA連接酶連接酶載體載體 1、簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱： 2、分布：、分布： 一、限制性核

4、酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”主要在主要在原核生物原核生物中中限制酶的識(shí)別特點(diǎn)限制酶的識(shí)別特點(diǎn) 以中軸線雙側(cè)的以中軸線雙側(cè)的DNA上堿基呈反向?qū)ΨQ，重復(fù)排列上堿基呈反向?qū)ΨQ，重復(fù)排列 如：如：GAA TTC CCC GGG CTT AAG GGG CCCEcoR（在G與A之間切割）Sma（在G與C之間切割）Hind （在A與A之間切割）G A A T T CC T T A A GC C C G G GG G G C C CA A G C T TT T C G A A中軸線中軸線（專一性）（專一性） 3、特點(diǎn)、特點(diǎn): 一、限制性核酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀

5、分子手術(shù)刀”識(shí)別特定核苷酸列識(shí)別特定核苷酸列,切割特定切點(diǎn)切割特定切點(diǎn)（專一性）（專一性）切點(diǎn)：切點(diǎn)：磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 作用：作用： 結(jié)果：結(jié)果：一、限制性核酸內(nèi)切酶一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”產(chǎn)生黏性未端和平末端產(chǎn)生黏性未端和平末端 3、特點(diǎn)、特點(diǎn): 4、作用：、作用： 5、結(jié)果：、結(jié)果：1、簡(jiǎn)稱：、簡(jiǎn)稱：2、分布：、分布：工具工具1：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶主要在主要在原核生物原核生物中中識(shí)別特定核苷酸列識(shí)別特定核苷酸列,切割特定切點(diǎn)切割特定切點(diǎn)（專一性）（專一性）產(chǎn)生黏性未端或平末端產(chǎn)生黏性未端或平末端催化催化磷酸二酯鍵磷酸

6、二酯鍵形成形成,不是氫鍵不是氫鍵二、二、 DNADNA連接酶連接酶 “分子縫合針分子縫合針”類型DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA連接酶連接酶用途用途 將將單個(gè)核苷酸單個(gè)核苷酸連接到連接到已有的核酸片段上，已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵在在兩個(gè)兩個(gè)DNADNA片段片段之間之間形成磷酸二酯形成磷酸二酯鍵鍵作用作用 對(duì)象對(duì)象DNA復(fù)制復(fù)制3、類型類型Ecoli DNA 連接酶連接酶 來(lái)源：大腸桿菌來(lái)源：大腸桿菌作用特點(diǎn)：只連接作用特點(diǎn)：只連接黏性末端黏性末端 T4DNA 連接酶連接酶 來(lái)源：來(lái)源：T4噬菌體噬菌體作用特點(diǎn)：連接作用特點(diǎn)：連接黏性末端和平末端黏性末端和平末端 催化催

7、化磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵形成形成工具工具2： DNA連接酶連接酶 例例.限制酶在限制酶在DNA的任何部位都能將的任何部位都能將DNA切開嗎？以切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段片段:你是否能用你是否能用DNA連接酶將它們連接起來(lái)？連接酶將它們連接起來(lái)？ CTGCA G ACTG CG GC G CTTAA G ACGTC GCCG GT CA AATTCG 和和能連接形成能連接形成ACTGGT CA 和和能連接形成能連接形成G CTTAA AATTCG CG GC GCCG 和和能連接形成能連接形成和和能連接形成能連接形成CTGCA G G ACGTC

8、反向?qū)ΨQ反向?qū)ΨQ 載體必須具備的條件：載體必須具備的條件：能夠在宿主細(xì)胞中能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有一至多個(gè)具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)限制酶切點(diǎn)，以便與，以便與 外源基因連接外源基因連接具有某些具有某些標(biāo)記基因標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。，便于進(jìn)行篩選。對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害 三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 “分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” 質(zhì)粒，質(zhì)粒， 噬菌體的衍生物，噬菌體的衍生物， 動(dòng)植物病毒等動(dòng)植物病毒等環(huán)狀環(huán)狀DNA分子。分子。工具工具3 3：運(yùn)載體：運(yùn)載體1 1、需要的條件、需要的條件：有1多個(gè)限制酶切點(diǎn)能在受體細(xì)胞中自我復(fù)制，或整合到受體細(xì)

9、胞的 染色體DNA上復(fù)制有某些標(biāo)記基因，便于篩選 對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害2 2、常用運(yùn)載體、常用運(yùn)載體： 質(zhì)粒、噬菌體的衍生物噬菌體的衍生物或某些動(dòng)植物病毒3、質(zhì)粒 2和7能連接形成ACGT TGCA； 4和8能連接形成GAATTC CTTAAG； 3和6能連接形成GCGC CGCG； 1和5能連接形成CTGCAG GACGTC。教材教材P7思考與探究思考與探究11、在基因工程中，切割運(yùn)載體和、在基因工程中，切割運(yùn)載體和含有目的基因的含有目的基因的DNA片段，需使片段，需使用（用（ ）A. 同種限制酶同種限制酶 B. 兩種限制酶兩種限制酶C. 同種連接酶同種連接酶 D. 兩種連接酶兩種連接酶反饋練習(xí)：

10、反饋練習(xí)：3 3、下列不適合用于基因工程的運(yùn)載體、下列不適合用于基因工程的運(yùn)載體是（是（ ） A A、質(zhì)粒、質(zhì)粒 B B、噬菌體、噬菌體 C C、細(xì)菌、細(xì)菌 D D、病毒、病毒選選我我C4、下列說(shuō)法正確的是、下列說(shuō)法正確的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC堿基序列堿基序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、 連接酶、運(yùn)載體連接酶、運(yùn)載體 D、利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因、利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因 進(jìn)行大量復(fù)制的過(guò)程可稱為進(jìn)行大量復(fù)制的過(guò)程可稱為“克隆克隆

11、”選選我我D審題審題5、以下是兩種限制酶切割后形成的、以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，試分析：片段，試分析：GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中其中和和 是由一種限制酶切割形成的是由一種限制酶切割形成的 末端，兩者要重組成一個(gè)末端，兩者要重組成一個(gè)DNA 分子，所用分子，所用DNA連接連接酶通常是酶通常是 。 （2） 和和 是由另一種限制酶切割形成的是由另一種限制酶切割形成的 末端，兩者要形成重組末端，兩者要形成重組DNA片段，所用的連接酶通常片段，所用的連接酶通常是是 。反饋練習(xí)：反饋練習(xí)：1.1944年艾弗里年艾弗里(O.Avery)等等進(jìn)行了肺炎雙球

12、菌體外轉(zhuǎn)進(jìn)行了肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn),證明了證明了DNA是生物是生物的遺傳物質(zhì)的遺傳物質(zhì),并且證明了并且證明了DNA可以從一種生物個(gè)體可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體到另一種生物個(gè)體,成成為基因工程的先導(dǎo)為基因工程的先導(dǎo)2.1953年年沃森和克里克建沃森和克里克建立了雙螺旋結(jié)構(gòu)模型立了雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,使使生物學(xué)進(jìn)入生物學(xué)進(jìn)入分子水平分子水平。1958年梅塞爾松和斯塔爾年梅塞爾松和斯塔爾,以大腸桿菌為實(shí)以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料驗(yàn)材料,運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)運(yùn)用同位素示蹤技術(shù),用實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)證明證明了了DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的.1957年克里克年克里克提出中

13、提出中心法則的確立心法則的確立3.1963年尼倫伯格和馬太做蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn)?zāi)昴醾惒窈婉R太做蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn),破破譯譯編碼氨基酸的編碼氨基酸的遺傳密碼遺傳密碼.1967年羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌質(zhì)粒有自我復(fù)制能年羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌質(zhì)粒有自我復(fù)制能力力,為基因轉(zhuǎn)移為基因轉(zhuǎn)移找到一種運(yùn)載工具找到一種運(yùn)載工具.1970年阿爾伯年阿爾伯(W.Arber)、內(nèi)森斯、內(nèi)森斯(D,Nathans)、史密、史密斯斯(H.C.Smith)細(xì)菌中細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制酶發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制酶1977年科學(xué)家又年科學(xué)家又發(fā)明了發(fā)明了DNA序列分析方法序列分析方法1965年桑格年桑格發(fā)明了氨基酸序列分析技術(shù)發(fā)明了

14、氨基酸序列分析技術(shù)1972年伯格年伯格(P.Berg)首先在體外進(jìn)行首先在體外進(jìn)行了了DNA改造的研究改造的研究,成功地構(gòu)建了成功地構(gòu)建了第第一個(gè)人工體外重組一個(gè)人工體外重組DNA分子分子.1973年博耶和科恩使重組年博耶和科恩使重組DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌中轉(zhuǎn)入大腸桿菌中,轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的出相應(yīng)的mRNA,并使外源基因可以在原核細(xì)胞中并使外源基因可以在原核細(xì)胞中成成功表達(dá)功表達(dá),至此表明至此表明基因工程正式問(wèn)世基因工程正式問(wèn)世.1973年科學(xué)家才將質(zhì)粒作為基因的載體使用年科學(xué)家才將質(zhì)粒作為基因的載體使用這是基因工程發(fā)展史上第一個(gè)成功的基因克隆實(shí)驗(yàn)這是基因工程發(fā)展史上第一個(gè)成功的基因克隆實(shí)驗(yàn)1973年科恩第一個(gè)建成年科恩第一個(gè)建成“基因工程菌基因工程菌”，并創(chuàng)，并創(chuàng)立基因工程模式立基因工程模式1973年稱這年稱這“基因工程元年基因工程元年”，科恩被稱為基因工程發(fā)展史上的創(chuàng)始人科恩被稱為基因工程發(fā)展史上的創(chuàng)始人科恩并向美國(guó)申報(bào)了世界上第一個(gè)基因工程的科恩并向美國(guó)申報(bào)了世界上第一個(gè)基因工程的專利技術(shù)專利技術(shù)1980年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠問(wèn)