DNA重组技术的基本工具 (5).ppt

1,选修三现代生物科技专题,专题一基因工程专题二细胞工程专题三胚胎工程专题四生物技术的安全性和伦理问题专题五生态工程,2,选修三现代生物科技专题,教学目标：简述DNA重组技术所需要三种工具的作用；认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新教学重点：DNA重组技术所需要三种工具的作用教学难点：基因工程载体需要具备的条件,课时安排：共3课时,3,4,5,专题一,什么叫基因工程？,基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，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。,一、基因工程的概念,1、原理：,2、操作水平：,3、又称：,4、优点：,基因重组,DNA分子水平,DNA重组技术或基因拼接技术,定向改造生物性状,克服远缘杂交不亲和的障碍,育种周期短,7,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。,二、基因工程的诞生P2-3,（一）基础理论：,8,沃森、克里克建立了DNA的双螺旋结构模型,9,梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制,10,科技探索之路,克里克等提出中心法则,11,1963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。,12,1)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,（二）技术发明：,13,三、DNA重组技术的基本工具,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,剪切,拼接,导入,表达,14,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,15,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,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,“分子手术刀”限制性核酸内切酶,“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,16,三、DNA重组技术的基本工具,限制性核酸内切酶“分子手术刀”,来源：,主要从原核生物中分离纯化出来。,种类：,已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。,作用：,1.能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列2.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。,17,磷酸二酯键：,磷酸二酯键,18,磷酸二酯键：,一个核苷酸核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称又3,5磷酸二酯键。,19,限制性核酸内切酶“分子手术刀”,作用特点：,具有特异性（专一性）。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，,限制酶的识别序列：,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,20,限制酶的识别序列：,21,EcoRI限制酶的切割：,中轴线,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,22,EcoR,黏性末端,黏性末端,23,EcoRI限制酶的切割：,中轴线,黏性末端,黏性末端,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,24,SmaI限制酶的切割：,只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,中轴线,25,Sma,平末端平末端,26,SmaI限制酶的切割：,只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,中轴线,27,SmaI限制酶的切割：,只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,中轴线,平末端,平末端,28,限制酶的作用结果：,产生黏性末端或平末端。,29,限制酶所识别的序列有什么特点？,限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线(如图)，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复、互补排列的。,30,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？P4,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。,31,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。,32,作用,（二）“分子缝合针”DNA连接酶,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.,作用原理,催化磷酸二酯键形成,33,G,A,A,T,T,C,C,T,T,A,A,G,34,A,A,T,T,C,G,G,C,T,T,A,A,35,A,A,T,T,C,G,G,C,T,T,A,A,36,G,A,A,T,T,C,C,T,T,A,A,G,37,G,A,A,T,T,C,C,T,T,A,A,G,38,G,A,A,T,T,C,C,T,T,A,A,G,39,类型,二“分子缝合针”DNA连接酶,类型,来源,功能,相同点,差别,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,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),可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,EcoliDNA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,41,T4DNA连接酶,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？,T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低,42,寻根问底,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?,只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,43,（三）“分子运输车”运载体,3、种类：,1、需要具备的条件：,（1）在受体细胞中稳定存在，能自我复制（2）有一个或多个切割位点（3）有标记基因（4）对受体细胞无害,质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒等,2、载体的作用,将外源基因送入受体细胞。,44,最常用的质粒大肠杆菌的质粒,试分析其作为载体的优点？,45,小结,限制酶,主要存在于原核生物中具有专一性(识别序列)切开DNA分子的磷酸二酯键,DNA连接酶,连接磷酸二酯键,种类,E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶,运载工具,具备的条件,结构简单,大小适中能在宿主细胞中自我复制并稳定存在具一个或多个限制酶切位点具标记基因,质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒,46,补充知识点：1.原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与RNA聚合酶结合位点,启动子,终止子,启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。,RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.(以模板转录然后脱落),47,不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。,：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质,编码区,非编码区,原核细胞的基因结构,有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在该序列中，最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,启动子,终止子,48,编码区,与RNA聚合酶结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,内含子：,外显子：,补充知识点：2.真核细胞的基因结构,49,真核细胞的基因结构,编码区,非编码区