高二理化生DNA重组技术的基本工具模版课件

选修(xuǎnxiū)3生态工程生物技术的安全性和伦理问题胚胎工程细胞工程基因工程现代生物科技专题第一页，共33页。让细菌制造胰岛素让细菌“吐出”蚕丝(cánsī)让细菌生产出粮食让水稻也能固氮让烟草(yāncǎo)生产医用蛋白质不同种生物的DNA能进入加一种生物体内吗?我们人类可不可以故意把某种生物的DNA引入另一种生物体内呢?第二页，共33页。基因工程(jīyīngōngchéng)的概念1.1基因工程的基本(jīběn)工具1.2基因工程的基本操作程序基因工程的发展史1.3基因工程的应用1.4蛋白质工程的崛起第三页，共33页。基因工程(jīyīngōngchéng)的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计(shèjì)，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。人类需要(xūyào)的基因产物结果剪切→拼接→导入→表达基本过程DNA分子水平操作水平基因操作对象生物体外操作环境基因拼接技术或DNA重组技术基因工程的别名第四页，共33页。抗虫害的玉米转鱼抗寒基因的番茄转基因

鲑鱼基因工程(jīyīngōngchéng)产品第五页，共33页。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)第六页，共33页。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程发展史1.1944年艾弗里(O.Avery)等进行了肺炎双球菌体外转化实验(shíyàn),证明了DNA是生物的遗传物质,并且证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,成为基因工程的先导是基础理论和技术(jìshù)的发展催生了基因工程2.1953年沃森和克里克建立了双螺旋结构模型,使生物学进入分子水平。1958年梅塞尔松和斯塔尔,以大肠杆菌为实验材料,运用同位素示踪技术,用实验证明了DNA的复制是以半保留方式进行的.1957年克里克提出中心法则的确立20世纪中叶,基础理论取得重大突破3.1963年尼伦伯格和马太做蛋白质体外合成实验,破译编码氨基酸的遗传密码.第七页，共33页。1.1967年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我(zìwǒ)复制能力,为基因转移找到一种运载工具.2.1970年阿尔伯(W.Arber)、内森斯(D,Nathans)、史密斯(H.C.Smith)细菌(xìjūn)中发现了第一个限制酶3.1965年桑格发明了氨基酸序列分析(fēnxī)技术4.1972年伯格(P.Berg)首先在体外进行了DNA改造的研究,成功地构建了第一个人工体外重组DNA分子.技术发明命使基因工程的实施成为可能

1977年科学家又发明了DNA序列分析方法DNA合成仪的问世第八页，共33页。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程发展史5.1973年博耶和科恩使重组DNA转入大肠杆菌中,转录出相应的mRNA,并使外源基因可以在原核细胞中成功表达,至此表明基因工程(jīyīngōngchéng)正式问世.技术发明命使基因工程的实施(shíshī)成为可能

1973年科学家才将质粒作为基因的载体使用这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验1973年科恩第一个建成“基因工程菌”，并创立基因工程模式1973年称这“基因工程元年”，科恩被称为基因工程发展史上的创始人科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的专利技术第九页，共33页。科技探索(tànsuǒ)之路____基因工程发展史6.1980年第一个转基因小鼠问世(wènshì)1982年采用显微注射技术(jìshù)培养目出”超级小鼠”1983年培育出第一例转基因烟草发明了PCR技术1993年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗棉铃虫的转基因抗虫棉技术发明命使基因工程的实施成为可能

第十页，共33页。1.1DNA重组技术(jìshù)的基本工具是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类(rénlèi)所需要的新的生物类型和生物产品分析(fēnxī)概念：工具为什么要加工什么是表达用什么导入第十一页，共33页。基因(jīyīn)的“分子手术刀(剪刀)”基因(jīyīn)的“分子缝合针(针线)”基因的“分子(fēnzǐ)运输车(运载体)”——限制性核酸内切酶——DNA连接酶——运载体第十二页，共33页。①分布：主要在原核生物中。②作用特点:专一性，识别(shíbié)特定核苷酸序列，切割特定切点。切点：磷酸二酯键

③结果：产生黏性未端和平末端④举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶

1.1.1、基因工程的“分子手术刀”第十三页，共33页。限制酶的识别(shíbié)特点以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向(fǎnxiànɡ)对称，重复排列

如：GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCC第十四页，共33页。黏性末端(mòduān)和平末端(mòduān)第十五页，共33页。GAATTCCTTAAGCTTAAGAATTCG粘性(zhānxìnɡ)末端特定(tèdìng)的核苷酸序列(6)特定(tèdìng)的切点(磷酸二酯键)EcoRI限制酶中轴线第十六页，共33页。TGCAACGTACGTGCAT不同的限制酶所形成(xíngchéng)的黏性末端不同特定(tèdìng)的核苷酸序列(4)特定(tèdìng)的切点(磷酸二酯键)粘性末端第十七页，共33页。不同(bùtónɡ)的限制酶所形成的黏性末端不同(bùtónɡ)CCCGGGCCCGGG特定(tèdìng)的核苷酸序列(6)特定(tèdìng)的切点(磷酸二酯键)CCCGGGGGGCCC平末端平末端Smal酶第十八页，共33页。DNA外源基因GCATTGCAACGTCGTAGCATTGCA第十九页，共33页。限制酶在原核(yuánhé)生物中的作用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侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割(qiēgē)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(qiēgē)外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。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(qiēgē)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。第二十页，共33页。1.1.2、基因工程的“分子缝合针”指“DNA连接酶”“”作用(zuòyòng)：连接“梯子”断口的“扶手(fúshou)”(DNA链之间的磷酸二酯键)而非“梯子”中间的“踏板”种类(zhǒnglèi)：E•coliDNA连接酶只能连接黏性末端T4DNA连接酶两种末端都可连接第二十一页，共33页。CTTAAGAATTCG只连接(liánjiē)DNA链上的磷酸二酯键思考：DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事(huíshì)吗？它们有什么不同点？第二十二页，共33页。第二十三页，共33页。目的基因指某些(mǒuxiē)小型DNA分子“”1.1.3、基因工程(jīyīngōngchéng)的“分子运输车”思考：具备什么(shénme)条件才能充当“分子运输车？载体的作用：1、将外源基因转移到受体细胞中去。2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。第二十四页，共33页。载体必须具备的条件(tiáojiàn)：1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）4、对受体细胞无害5、载体DMA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。常用的载体(zàitǐ)有：质粒，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等第二十五页，共33页。质粒是什么(shénme)？

质粒是细菌染色体以外的小的环状的DNA分子(fēnzǐ)，它不是细菌生存所必须的，但可复制、并稳定地遗传下去思考：为什么在进行(jìnxíng)基因操作时，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行(jìnxíng)人工改造的？第二十六页，共33页。练习(liànxí)在基因工程中，切割运载(yùnzài)体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）同种限制酶B.两种限制酶同种连接酶D.两种连接酶基因工程常用的受体细胞有（）(1)大肠杆菌（2）枯草杆菌（3）支原体（4）动植物细胞A.（3）（4）B.（1）（2）（4）C.（2）（3）（4）D.（1）（2）（3）第二十七页，共33页。不属于(shǔyú)质粒被选为基因运载体的理由是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DNAD练习(liànxí)第二十八页，共33页。1、下列不适合用于基因工程的运载体是（）A、质粒B、噬菌体C、细菌D、病毒选我C2、下列说法正确的是：（）A、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列B、质粒是基因(jīyīn)工程中唯一的运载体C、重组技术所用的工具酶是限制酶、连接酶、运载体D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因(jīyīn)进行大量复制的过程可称为“克隆”选我D审题第二十九页，共33页。模拟制作：

重组(zhònɡzǔ)DNA分子的模拟制作剪刀(jiǎndāo)——EcoRⅠ透明胶条——DNA连接酶EcoRⅠ的识别(shíbié)序列：GAATTC第三十页，共33页。模拟制作：

重组(zhònɡzǔ)DNA分子的模拟制作思考和讨论：你模拟插入DNA片段能称得上是一个基因吗？如果你操作失误，碱基不能配对，可能是什么原因造成的？进一步模拟操作： 如果你有兴趣(xìngqù)，可自制SmaⅠ切割位点的纸板，然后按照上述步骤剪切和连接，制成一个新的重组DNA分子第三十一页，共33页。1.1