高二生物人教选修DNA重组技术的基本工具

1、人教版选修人教版选修3专题专题1 基因工程基因工程课题课题1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具定向基因改造设想 设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蚕丝？蚕丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于2020世纪世纪7070年代创年代创立了可以定向改造生物的新技术立了可以定向改造生物的新技术基因工程。 什么叫基因工程？什么叫基因工程？ 基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或

2、或DNA重重组技术组技术。该技术是在。该技术是在生物体外生物体外，通过对，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行对生物的基因进行改造改造和和重新组合重新组合，然后，然后导入受体细胞导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内因在受体细胞内表达表达，产生出人类所需要，产生出人类所需要的的基因产物基因产物。（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因D

3、NADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达 基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因棉花细胞棉花细胞( (含抗虫基因含抗虫基因) )棉花植株棉花植株( (有抗虫特性有抗虫特性) ) 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？重组重组DNA形成 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来细胞内提取

4、出来关键步骤二：关键步骤二：形成重组形成重组DNA关键步骤三：关键步骤三：重组重组DNA导入受体导入受体(棉花棉花)细胞细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）（二）DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 关键步骤一的工具：关键步骤一的工具： 关键步骤二的工具：关键步骤二的工具： 关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：分子手术刀分子手术刀限制性内切酶限制性内切酶分子缝合针分子缝合针DNA连接酶连接酶 分子运输车分子运输车运载体运载体识别双链识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中序列，并且使每一条

5、链中特定部位特定部位的两的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。主要是从主要是从原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来的一的一种酶。能将外来的种酶。能将外来的DNA切断切断，由于这种，由于这种切割作用是在切割作用是在DNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性内切酶。名限制性内切酶。4000种。种。 1、来源：、来源： 2、种类：、种类：3、作用：、作用：4、结果：、结果：形成两种末端形成两种末端一、一、 “分子手术刀分子手术刀” 限制性核酸内限制性核酸内切酶切酶粘性末端粘性末端平末端平末端 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识

6、别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制限制酶酶 什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条两条单链的切口单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补互补配对配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。什么叫平末端？什么叫平末端？ 当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切开从识别序列的中心轴线处切开时，时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫这

7、样的切口叫平末端平末端。限制性内切酶1 1、特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，特异性，即识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割。在特定的切点切割。2、分布：、分布：主要在微生物中。主要在微生物中。3、结果：、结果：产生黏性末端（碱基互补配对）、产生黏性末端（碱基互补配对）、平末端。平末端。4、举例：、举例：大肠杆菌的一种限制酶（大肠杆菌的一种限制酶（EcoR)能识别能识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开形成之间切开形成黏性末端，黏性末端，Sma能识别能识别CCCGGG序列，并在序列，并在C和和G之间切割形成平末端之间切割形成平末端 。 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想

8、获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个黏性末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的黏性末，然后让两者的黏性末端端黏合黏合起来，就可以合成起来，就可以合成重组的重组的DNA分子分子了。了。目前被较广泛提取目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素胰岛素基因、人干扰素基因、种子

9、贮藏蛋白基基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤、提取目的基因、提取目的基因将将需要的基因从供体生物需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。的细胞内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶 “分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶 DNA连接酶可把黏性末端之间的连接酶可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来，是把梯子两边扶手的断口连起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的接起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。分子才能形成。“分子缝合针”D

10、NA连接酶 根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类： 1、从大肠杆菌中分离得到：、从大肠杆菌中分离得到：E.coliDNA连接酶，只能将双链连接酶，只能将双链DNA片段互补的粘性末片段互补的粘性末端之间连接。端之间连接。 2、从、从T4噬菌体中分离到：噬菌体中分离到： T4连接酶，既可以连接酶，既可以“缝合缝合”双链双链DNA片段互补的粘性末端，片段互补的粘性末端，又可以又可以“缝合缝合”双链双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。AATTGCCTTAAG2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运

11、载体结合用与提取目的基用与提取目的基因相同的限制酶切割因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切质粒使之出现一个切口，将目的基因插入口，将目的基因插入切口处，让目的基因切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用后，在连接酶的作用下连接形成重组下连接形成重组DNADNA分子。分子。 外源基因外源基因(如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞(如棉花细胞如棉花细胞)？基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”。运载体1、作用：、作用：2、条件：3、种类、种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒、噬

12、菌体和动植物病毒。4、质粒的特点质粒的特点要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是工具就是运载体运载体。将外源基因送入受体细胞。将外源基因送入受体细胞。 作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？1、能够在宿主细胞中、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存复制并稳定地保存。2、具、具多个限制酶切点多个限制酶切点，以便与外源基因连接。，以便与外源基因连接。3、具有某些、具有某些标记基因标记基

13、因，便于进行，便于进行筛选筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。基因等。 大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒： 最常用的质粒是大肠最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四含有抗药基因，如四环素的标记基因。质环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性细胞生存没有决定性作用，但复制只能在作用，但复制只能在宿主细胞内成。宿主细胞内成。质粒的特点1 1、细胞染色体（或拟核DNADNA分子）外能自主复制的小型环状DNADNA分子；2 2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3 3、质粒的复制只能在宿主

14、细胞内完成。3 3、将目的基因导入受体细胞并使之扩增、将目的基因导入受体细胞并使之扩增导入导入扩增扩增要让目的基因表达，必要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行须将它导入受体细胞并进行扩增。扩增。为获得目的基因的表达为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。的生物细胞为受体。为使重组的为使重组的DNADNA分子更容易进入受体细胞，分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的

15、通透性。受体细胞具有更大的通透性。1、以下说法正确的是、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、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、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、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个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键成氢键C练习练习2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点、有多个限制酶

16、切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD练习练习3、有关基因工程的叙述中，错误的是（、有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种状，培育生物新品种 B、重组、重组DNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体B D练习练习 T磷酸二酯键1234512345 A4 4、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有前三步的处理十分繁锁

17、，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。很少，必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。物的菌落，保留有表达产物的进一

18、步培养、研究。识别双链识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中序列，并且使每一条链中特定部位特定部位的两的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。主要是从主要是从原核生物中分离纯化出来原核生物中分离纯化出来的一的一种酶。能将外来的种酶。能将外来的DNA切断切断，由于这种，由于这种切割作用是在切割作用是在DNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性内切酶。名限制性内切酶。4000种。种。 1、来源：、来源： 2、种类：、种类：3、作用：、作用：4、结果：、结果：形成两种末端形成两种末端一、一、 “分子手术刀分子手术刀” 限制性核酸内限制性核酸内切酶切酶粘性末端粘性末端平末端平末端什么叫平末端？什么叫平末端？ 当限制酶当限制酶从识别序列的中心轴线处切开从识别序列的中心轴线处切开时，时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫这样的切口叫平末端平末端。目前被较广泛提取目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤、提取