基因工程的操作工具-完整版PPT

1、DNA重组技术的基本工具异想天开基因工程诞生的背景1、20世纪中叶,基础理论取得了重大突破 DNA是遗传物质的证明 DNA双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译2、技术发明使基因工程的实施成为可能 基因转移载体的发现 工具酶的发现 DNA合成和测序技术的发明 DNA体外重组的实现 重组DNA表达实验的成功 第一例转基因动物问世 PCR技术的发明 按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。一、基因工程的概念基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特

2、性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？重组DNA导入形成基因工程培育抗虫棉的简要过程：一、基因工程的概念关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：形成重组DNA关键步骤三：重组DNA导入受体(棉花)细胞 关键步骤一的工具：基因的剪刀限制性内切酶 关键步骤二的工具：基因的针线DNA连接酶 关键步骤三的工具： 基因的运输工具运载体“分子手术刀”-“分子缝合针”-“分子运输车”-限制性核酸内切酶DNA连接酶运载体二、基因操作的工具（一）、限制性核酸内切酶“分子手术刀” 限制酶分布在哪里？有何特点？断开的是什么化学键？作用结果怎样？磷酸二酯键ATGGCATCTTCGAA氢键二、基因操

3、作的工具二、基因操作的工具1、来源：主要来自原核生物2、特点：具有专一性（特异性）表现在两方面：(1)识别双链DNA中特定核苷酸序列（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）(2)切割特定序列中的特定位点3、作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（切点）断开。4、结果：产生黏性末端或平末端（一）、限制性核酸内切酶“分子手术刀”G A A T T C C T T A A G 中轴线C T T A A G A A T T C G C C C G G G G G G C C C C C C G G

4、G G G G C C C 黏性末端平末端切割DNA分子时产生的两种不同末端 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、重复排列的。二、基因操作的工具（一）、限制性核酸内切酶“分子手术刀”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DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就可以合成重组的DNA分子了。二、基因操作的工具（一）、限制性核酸内切酶“分子手术刀”二、基因操作的工具寻根问底根

5、据你所掌握的知识，你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？ 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，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入侵时，限制酶会将外源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。二、基因操作的工具(二)“分子缝合针”DNA连接酶DNA连接酶的作用是：把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来（形成磷酸二脂键），使之成为一个重组DNA分子。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

6、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)DNA聚合酶DNA连接酶区别1区别2相同点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，不需要模板二、基因操作的工具(三) “分子运输车”基因进入受体细胞的载体将外源基因送入受体细胞。载体的作用：质粒；噬菌体的衍生物；动植物病毒等载体的种类：作为载体的必要条件：有切割位点供外源DNA片段(基因)插入。能自我复

7、制有遗传标记基因供重组DNA的鉴定和选择。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。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。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。二、基因操作的工具(三) “分子运输车”基因进入受体细胞的载体1）不属于质粒被选为基因载体的理由是（ ） 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DNA2）有关基因工程的叙述中，正确的是（ ）

8、 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载体 C、载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与目的基因连接 D、DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键D课堂练习C3.基因工程技术也称DNA重组技术，其实施必须具备4个必要条件是 A、工具酶、目的基因、运载体、受体细胞 B、重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶 C、模板DNA、信使DNA、质粒、受体细胞 D、目的基因、限制性内切酶、运载体、体细胞4.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状，培育生物新品种 B、重组DNA的形成在细胞内完成 C、目的基因须由运载

9、体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体A课堂练习BD 已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。对照组：不添加抗生素实验组1：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素对照组实验组1实验组2实验组3结 论预期一预期二预期三预期四对照组：不添加抗生素实验组1：添加一定浓度的四环素实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因只含有抗四环素基因只含有抗氨苄青霉素基因既不含有

10、抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因思考与探究 P72、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

11、为基因工程使用的载体必需满足以下条件：思考与探究 P71） 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