DNA重組技術的基本工具課PPT課件

1、.,1,選修3,.,2,你還記得我們嗎？,氫鍵 磷酸二酯鍵 DNA聚合酶 限制性內(nèi)切酶 DNA連接酶 運載體,.,3,.,4,專題1.基因工程的基本內(nèi)容,基因工程的概念,1.1 基因工程的基本工具,1.2 基因工程的基本操作程序,基因工程的發(fā)展史,1.3 基因工程的應用,1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起,.,5,基因工程的概念：,基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術，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。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術或基因拼接技術。,.,6,別名： 操作環(huán)境： 原

2、理： 操作水平： 結果：,基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術，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。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術或基因拼接技術。,基因拼接技術或DNA重組技術,生物體外,基因重組,DNA分子水平,定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。,.,7,基因工程的產(chǎn)物,.,8,.,9,這就要用到定向改造生物的新技術 基因工程,.,10,基因工程的概念,基因工程的發(fā)展史,（自學了解）,.,11,普通棉花 抗蟲棉,.,12,基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：,普

3、通棉花(無抗蟲基因),蘇云金芽孢桿菌,提取,抗蟲基因,與運載體DNA拼接 導入,棉花細胞(含抗蟲基因),轉(zhuǎn)基因棉花植株,上述培育抗蟲棉的關鍵步驟是什么？,.,13,解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？,“分子手術刀” 限制性核酸內(nèi)切酶,“分子縫合針” DNA連接酶,“分子運輸車” 運載體,.,14,1、簡稱： 2、分布：,一、限制性核酸內(nèi)切酶 “分子手術刀”,主要在原核生物中,限制酶,尋根問底(P4),你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是是什么嗎？,.,15,原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防

4、御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。,限制酶在原核生物中的作用,.,16,思考與探究 P7,2、為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？,通過長期的進化，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。,.,17,以中軸線雙側的DNA上堿基呈反向?qū)ΨQ，重復排列 如：GAA TTC CCC GGG

5、 CTT AAG GGG CCC,限制酶所識別的序列有什么特點,.,18,（專一性）,限制酶的識別特點,.,19,3、特點:,識別特定核苷酸列, 切割特定切點,（專一性）,4.切點：,磷酸二酯鍵,.,20,.,21,.,22,EcoR,黏性末端,黏性末端,Go back,中心軸線兩側切開,.,23,什么叫黏性末端？,被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。,.,24,Sma,平末端 平末端,中心軸線處切開,.,25,4、結果：,產(chǎn)生黏性未端和平末端,.,26,以中軸線雙側的DNA上堿基呈反向?qū)ΨQ重復排列 如：GAA TTC CCC

6、GGG CTT AAG GGG CCC,限制酶所識別的序列有什么特點,.,27,3、特點:,4、結果：,1、簡稱： 2、分布：,一、限制性核酸內(nèi)切酶,主要在原核生物中,限制酶,識別特定核苷酸列, 切割特定切點,（專一性）,產(chǎn)生黏性未端或平末端,.,28,要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性(平)末端？,要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性(平)末端。,如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？,會產(chǎn)生相同的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。,思考?,.,29,Go back,GAATTC CTTAAG,GA

7、ATTC CTTAAG,EcoR,GAATTC CTTAAG,GAATTC CTTAAG,不同來源的DNA片段混合,將不同種來源的DNA片段連接起來,生物A基因片段,生物B基因片段,G AATTC CTTAA G,G AATTC CTTAA G,酶切,.,30,1、作用:,把DNA片段拼接成新的DNA，,2、作用原理：,催化磷酸二酯鍵形成,（不是氫鍵）,二、 DNA連接酶 “分子縫合針”,.,31,可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，,即恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵,.,32,T4DNA連接酶,.,33,3、類型：,EcoliDNA連接酶,T4DNA連接酶,來源,功能,大腸桿菌

8、,T4噬菌體,只能連接黏性末端,能連接黏性末端和 平末端,.,34,尋根問底 (P6),DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?,將單個核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵,在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,作用 對象,DNA復制,基因重租,4、 DNA連接酶與DNA聚合酶比較,.,35,3、類型,E,coli,DNA,連接酶,來源：大腸桿菌,作用特點：只連接黏性末端,T,4,DNA,連接酶,來源：,T,4,噬菌體,作用特點：連接黏性末端和平末端,2、作用原理：,催化磷酸二酯鍵形成,1、作用: ：,二、 DNA連接酶,把DNA片段拼接成新的DNA，,.,36,1、載體必須具備的

9、條件： 能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存； 具有一至多個限制酶切點，以便與 外源基因連接 具有某些標記基因，便于進行篩選。 對受體細胞無害,三、基因進入受體細胞的載體 “分子運輸車”,.,37,2、常用的載體： 質(zhì)粒， 噬菌體的衍生物， 動植物病毒等,.,38,能復制并帶著插入的目的基因一起復制,有切割位點,有標記基因,3、質(zhì)粒,本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子。,分布：許多細菌、 酵母菌等生物,.,39,三、運載體,1、質(zhì)粒： 2、需要的條件： 有1多個限制酶切點 能在受體細胞中自我復制，或整合到受體細胞的 染色體DNA上復制 有某些標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 對受體細胞無害 3、常用運載

10、體： 質(zhì)粒、噬菌體的衍生物或某些動植物病毒,.,40,1、在基因工程中，切割運載體和含有目的基因的DNA片段，需使用（ ） 同種限制酶 B. 兩種限制酶 同種連接酶 D. 兩種連接酶,反饋練習：,.,41,2、不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是 A、能復制 （ ） B、有多個限制酶切點 C、具有標記基因 D、它是環(huán)狀DNA,D,.,42,4、下列說法正確的是：（ ） A、限制酶的切口一定是GAATTC堿基序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C、重組技術所用的工具酶是限制酶、 連接酶、運載體 D、利用運載體在宿主細胞內(nèi)對目的基因 進行大量復制的過程可稱為“克隆”,審題,.,43,2和7能連接

11、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P7思考與探究 1,.,44,1.1944年艾弗里(O.Avery)等進行了肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗,證明了DNA是生物的遺傳物質(zhì),并且證明了DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體,成為基因工程的先導,基礎理論和技術發(fā)展催生了基因工程,科技探索之路,20世紀中葉，基礎理論取得了重大突破,.,45,2.1953年沃森和克里克建立了雙螺旋結構模型,使生物學進入分子水平。,1958年梅塞爾松和斯塔爾,以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素示蹤技

12、術,用實驗證明了DNA的復制是以半保留方式進行的.,1957年克里克提出中心法則的確立,.,46,3.1963年尼倫伯格和馬太做蛋白質(zhì)體外合成實驗,破譯編碼氨基酸的遺傳密碼.,.,47,1)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 2)工具酶的發(fā)現(xiàn) 3)DNA合成和測序技術的發(fā)明,技術發(fā)明命使基因工程的實施成為可能,1967年羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細菌質(zhì)粒有自我復制能力,為基因轉(zhuǎn)移找到一種運載工具.,1970年阿爾伯(W.Arber)、內(nèi)森斯(D,Nathans)、史密斯(H.C.Smith)細菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制酶,1977年科學家又發(fā)明了DNA序列分析方法,1965年桑格發(fā)明了氨基酸序列分析技術,.,48,4) DNA體外重組的實現(xiàn),1972年伯格(P.Berg)首先在體外進行了DNA改造的研究,成功地構建了第一個人工體外重組DNA分子.,.,49,1973年博耶和科恩使重組DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌中,轉(zhuǎn)錄出相應的mRNA,并使外源基因可以在原核細胞中成功表達,至此表明基因工程正式問世.,1973年科學家才將質(zhì)粒作為基因的載體使用,這是基因工程發(fā)展史上第一個成功的基因克隆實驗,1973年科恩第一個建成“基因工程菌”，并創(chuàng)立基因工程模式,1973年稱這“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,科恩并向美國申報了