DNA重组技术的基本工具-课件

DNA重组技术的基本工具-课件第一页，共33页。第一页第二页，共33页。课程标准列举DNA重组技术的基本工具。课标解读1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。2.说明基因工程载体应具备的条件。3.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

第二页第三页，共33页。1．基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过

和

等技术，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。由于基因工程是在

水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。基因工程的概念和理论基础

体外DNA重组转基因DNA分子第三页第四页，共33页。2．基因工程的理论基础和技术支持理论基础

是遗传物质DNA双螺旋结构和

的确立

的破译技术支持基因转移载体——

的发现多种

和

，以及

酶(工具酶)的发现DNA合成和

技术的发明

的实现、

的成功第一例转基因动物问世、

技术的发明DNA中心法则遗传密码质粒限制酶连接酶逆转录测序DNA体外重组重组DNA表达实验PCR第四页第五页，共33页。[思维激活1]与其他生物变异相比，基因工程所导致的变异有何特点？ 提示变异一般是不定向的，但基因工程使生物产生新的性状变异却是定向的，是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。第五页第六页，共33页。基因工程概念的理解

基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的生物类型和生物产品第六页第七页，共33页。特别提醒基因工程具有以下五个方面的特点：(1)它是一种按照人们的意愿，定向地改造生物遗传特性的技术。(2)在DNA分子水平进行操作。(3)是在体外进行的人为的基因重组。(4)一旦成功，便可遗传。(5)主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。第七页第八页，共33页。【巩固1】科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是()。 A．定向提取生物体内的DNA分子 B．定向地对DNA分子进行人工“剪切” C．在生物体外对DNA分子进行改造 D．定向地改造生物的遗传性状第八页第九页，共33页。解析基因工程的定义就是在生物体外，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，产生出人类所需的基因产物，也就定向地改造了生物的遗传性状。答案D第九页第十页，共33页。1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀” (1)来源 主要来自于

。 (2)特点 ①识别双链DNA分子的某种

序列； ②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的

断裂。 (3)作用结果 ①黏性末端：在所识别序列的

将DNA的两条链分别切开时形成的末端。 ②平末端：在所识别序列的

处切开时形成的末端。基因工程的工具酶原核生物特定核苷酸磷酸二酯键中心轴线两侧中心轴线第十页第十一页，共33页。2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)种类 (2)作用结果：恢复被

切开的两个核苷酸之间的

，拼接成新的DNA分子。种类比较项目E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源

.

.特点只能“缝合”具有

的双链DNA片段既可以“缝合”双链DNA片段互补的

．又可以“缝合”双链DNA片段的

.大肠杆菌T4噬菌体互补的黏性末端黏性末端平末端限制酶磷酸二酯键第十一页第十二页，共33页。[思维激活2]

限制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何不切割自身的DNA? 提示限制酶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。细菌中限制酶之所以不剪切自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。第十二页第十三页，共33页。1．限制酶与DNA连接酶比较 (1)区别作用应用限制酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于基因表达载体的构建第十三页第十四页，共33页。(2)两者的关系可表示为第十四页第十五页，共33页。2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要DNA的一条链为模板作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的DNA分子形成DNA的一条链用途基因工程DNA复制第十五页第十六页，共33页。特别提醒(1)由于氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制酶和DNA连接酶无关。(2)限制酶与DNA连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本单位是氨基酸。第十六页第十七页，共33页。【巩固2】下列关于限制酶和DNA连接酶的说法中，正确的是()。 A．其化学本质都是蛋白质 B．DNA连接酶可恢复DNA分子中的氢键 C．在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA连接酶 D．限制酶切割后一定能产生黏性末端 解析限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质。 答案A第十七页第十八页，共33页。1．载体的种类有

、

的衍生物、

等。2．常用载体——质粒 (1)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有

能力的

分子。 (2)质粒DNA分子上有一至多个

位点，供

DNA片段插入其中。 (3)质粒上有特殊的

，供重组DNA的

。 (4)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上经过

的。基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

质粒λ噬菌体动植物病毒自我复制双链环状DNA限制酶切割外源标记基因鉴定和选择人工改造第十八页第十九页，共33页。3．重组DNA分子的模拟操作 (1)所用材料用具中，剪刀代表

，透明胶条代表

。 (2)用剪刀切割时，应找出

序列，并在

之间作切口进行“切割”。 (3)若操作正确，不同颜色的黏性末端应能

。EcoRⅠDNA连接酶G—A—A—T—T—CG—A互补配对第十九页第二十页，共33页。[思维激活3]在重组DNA分子的模拟操作中，剪刀所剪位置应属何种部位？ 提示剪刀所剪位置应为3,5­磷酸二酯键。第二十页第二十一页，共33页。1．载体的作用 (1)用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。 (2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。2．作为载体的必备条件 (1)有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。 (2)具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。 (3)带有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 (4)必须是安全的，不会对受体细胞有害。第二十一页第二十二页，共33页。3．载体的种类 (1)细菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状DNA，有的细菌只有一个，有的细菌有多个。 (2)λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。 一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。第二十二页第二十三页，共33页。特别提醒(1)质粒是基因工程中最常用的载体，它并非只存在于原核细胞中，某些真核细胞(如酵母菌)中也存在质粒，质粒上的基因属于细胞质基因。它能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞复制，也可在体外复制。(2)供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。第二十三页第二十四页，共33页。【巩固3】质粒是基因工程中最常用的载体， 它存在于许多细菌体内，某细菌质粒上 的标记基因如图所示，通过标记基因可 以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。 外源基因插入的位置不同，细菌在培养基 上的生长情况也不同，如图所示，外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析，其中分析正确的是()。第二十四页第二十五页，共33页。实验现象实验推论在含青霉素培养基上生长情况在含四环素培养基上生长情况目的基因插入位置A能生长能生长aB不能生长能生长bC能生长不能生长cD不能生长不能生长c第二十五页第二十六页，共33页。解析若外源基因插入a或b点，则会破坏抗四环素基因或抗青霉素基因，则在含有四环素或青霉素的培养基上不能生长，若质粒插入c点，两种基因保持完整，在分别含有每种抗生素的培养基上都能生长。答案B第二十六页第二十七页，共33页。【例1】下列有关基因工程的叙述，正确的是()。 A．基因工程是细胞水平上的生物工程 B．基因工程的产物对人类都是有益的 C．基因工程产生的变异属于人工诱变 D．基因工程育种的优点之一是目的性强基因工程的概念及特点

第二十七页第二十八页，共33页。思维导图：第二十八页第二十九页，共33页。深度剖析本题考查基因工程的概念。基因工程是在生物体外，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(目的性强)和重新组合(基因重组)，然后导入受体细胞内进行繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。基因工程是分子水平上的生物工程。答案D第二十九页第三十页，共33页。思维深化基因工程的原理：(1)不同生物DNA分子得以重新拼接的基础：①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；③所有生物DNA碱基对均遵循严格的“互补配对”原则，即A总与T配对，G总与C配对——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同D