3.1DNA重组技术的基本工具 ppt课件-(新教材)2019新人教版高中生物选择性必修三.pptx
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1、章引言章引言基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过体外_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DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做_技术。 例如,通过转基因技术,可以实现利用大肠杆菌生产人的胰岛素。在此实例中,目的基因是_,受体细胞是_,目的基因的表达产物是_。 DNA重组转基因DNA重组人胰岛素基因大肠杆菌细胞人胰岛素2021人人教版(教版(新教材新教材)必修二)必修二 遗传和进化遗传和进化第三章 基因工程第1节 重组DNA技术的基本工具本节聚焦重组DNA技术所需要的三种基本工具是什么?他们的
2、作用是什么?基因工程载体需要具备什么条件?DNA重组技术的基本工具是什么?将DNA分子导入细胞准确切割DNA分子连接DNA片段主要从原核生物中分离纯化主要从原核生物中分离纯化思考 根据你所掌握的知识你能推测限制酶存在于原核生物中的根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?作用是什么吗?限制酶在原核生物中主要起到限制酶在原核生物中主要起到切割外源切割外源DNADNA使之失效使之失效,从而达到,从而达到保护自身保护自身的目的。的目的。一、限制性核酸内切酶 分子手术刀一、限制性核酸内切酶 分子手术刀 练习:流感嗜血杆菌的练习:流感嗜血杆菌的d d菌株菌株( Haemophilu
3、s influenzae d )( Haemophilus influenzae d )中先后分离到中先后分离到3 3种限制酶,则分别命名为种限制酶,则分别命名为: :Hind、Hind、 Hind粘质沙雷氏杆菌粘质沙雷氏杆菌(Serratia marcesens)Sma大肠杆菌大肠杆菌(Escherichia coli R)EcoR(1 1)识别双链)识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列例如:例如:大肠杆菌的大肠杆菌的EcoEcoRR限制酶只能识别限制酶只能识别GAATTCGAATTC序序列,列,(2 2)在)在特定的位点切割特定的位点切割DNADNA分子
4、。分子。并在并在G G和和A A之间切开。之间切开。一、限制性核酸内切酶 分子手术刀特定部位的两个核苷酸之间的特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开断开一、限制性核酸内切酶 分子手术刀产生黏性末端产生黏性末端或或平末端平末端一、限制性核酸内切酶 分子手术刀1.已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC,限制酶的识别序列和切点是GATC。 (1)则能被限制酶I切割的DNA,_(能/不能)被限制酶II切割; (2)能被限制酶II切割的DNA,_(能/不能/不一定能)被限制酶I切割。能不一定能牛刀小试牛刀小试过渡过渡1.DNA连接酶的作用是:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被_切开的两个
5、_之间的_。限制酶核苷酸磷酸二酯键二、DNA连接酶 分子缝合针类型Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源_功能只缝合_缝合_和_结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_大肠杆菌T4噬菌体黏性末端黏性末端平末端磷酸二酯键二、DNA连接酶 分子缝合针2.种类 DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗聚合酶是一回事吗?为什么为什么?形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键以以一条一条DNADNA链为模板链为模板,单个核苷酸单个核苷酸连接成连接成一条互补的一条互补的DNADNA链链将将DNADNA双链上的双链上的两个两个缺口同时连接缺口同时连接起来,起来,不需要模板不需要模板需要需要不需要不需要单个脱氧
6、核苷酸单个脱氧核苷酸DNADNA分子片段分子片段与DNA相关的五种酶的比较名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链拓展延伸拓展延伸关于下图所示黏性末端的叙述,正确的是A.与是由相同限制酶切割产生的B.DNA连接酶可催化与的连接C.经酶切形成需要脱去2分子水D.DNA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端B B牛刀小试牛刀小试 通常是利用_作
7、为载体,将目的基因送入受体细胞中。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_能力的很小的双链_DNA分子。 在基因工程中使用的载体除质粒外,还有_、_等。质粒自我复制环状噬菌体的衍生物动植物病毒DNA聚合酶的识别和结合位点三、基因进入细胞的载体分子运输车质粒作为运载体的条件: 质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点,便于_; 质粒含有复制原点,可在受体细胞中进行自我复制,或整合到受体细胞_; 质粒DNA分子上有特殊的_,如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等,供重组DNA的_。外源DNA片段(目的基因)插入染色体DNA上标记基因鉴定和选择三、基因进入细胞的载体分子运输车
8、普通的细菌一般是对抗生素_(敏感/不敏感)的,在含有青霉素或四环素的培养基中_(能/不能)生长。如果给普通细菌导入一个含有四环素抗性基因的质粒,四环素抗性基因的_可使细菌获得抵抗四环素的性状。 敏感不能表达产物如何利用标记基因的筛选呢?图甲是含有目的基因的外源DNA片段,图乙是用于将目的基因导入受体细胞的质粒(阴影部分表示抗生素抗性基因),相关限制酶的作用部位如图所示,现欲培养转基因抗病植株,回答下列问题。(1)上述操作中不宜选用Sma I,原因是Sma I会破坏_和_。(2)在基因工程的操作中,不宜选用EcoR I,原因是用EcoR I切割外源DNA片段后,_。目的基因抗性基因目的基因只有一
9、侧含有黏性末端,不能插入到质粒中牛刀小试牛刀小试探究和实践探究和实践(一)提取(一)提取DNADNA的方法的方法1.1.提取生物大分子的基本思路提取生物大分子的基本思路选用一定的选用一定的物理或化学方法物理或化学方法,分离具有不同,分离具有不同物理或物理或化学性质化学性质的生物大分子的生物大分子2.2.提取提取DNADNA的基本思路(的基本思路(DNADNA的粗提取)的粗提取)利用利用DNADNA与与RNARNA、蛋白质和脂质等在、蛋白质和脂质等在物理和化学性质物理和化学性质方面的差异,方面的差异,提取提取DNADNA,去除其他成分。,去除其他成分。一、基础知识一、基础知识1.DNA1.DNA
10、的溶解性的溶解性DNADNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaClNaCl溶液中溶解度不同溶液中溶解度不同利用这一特点,利用这一特点,选择适当的盐浓度选择适当的盐浓度就能就能使使DNADNA充分溶解,充分溶解,而使杂质沉淀;而使杂质沉淀;或者或者让其他成分溶解,让其他成分溶解,DNADNA析出析出(二)(二)DNADNA等大分子的理化性质等大分子的理化性质一、基础知识一、基础知识1.DNA1.DNA的溶解性的溶解性(二)(二)DNADNA等大分子的理化性质等大分子的理化性质一、基础知识一、基础知识根据DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线图,思考在什么浓度下,DNA的
11、溶解度最小? DNA在NaCl溶液中的溶解度是如何变化的?如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶解或析出?当氯化钠的物质的量浓度为 2 molL时,DNA的溶解度最大,浓度为 014 molL时,DNA的溶解度最低。利用这一原理,可以使DNA在盐溶液中溶解或析出在NaCl溶液浓度低于0.14 mol/L时,DNA的溶解度随NaCl溶液浓度的增加而逐渐降低;在0.14 mol/L时,DNA溶解度最小;当NaCl溶液浓度继续增加时,DNA的溶解度又逐渐增大。此外,此外,DNADNA不溶于酒精溶液,但细胞中某些蛋白质则溶于酒精。不溶于酒精溶液,但细胞中某些蛋白质则溶于酒精。利利用这一原理
12、,将用这一原理,将DNADNA与蛋白质进一步分离。与蛋白质进一步分离。2.DNA2.DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性对酶、高温和洗涤剂的耐受性 蛋白酶蛋白酶水解蛋白质,水解蛋白质, 对对DNADNA没有影响没有影响 高高 温温大多数蛋白质不能忍受大多数蛋白质不能忍受60608080 而而DNADNA在在8080以上才会变性以上才会变性 洗涤剂洗涤剂瓦解细胞膜,瓦解细胞膜, 但对但对DNADNA没有影响没有影响1.DNA1.DNA的溶解性的溶解性(二)(二)DNADNA等大分子的理化性质等大分子的理化性质一、基础知识一、基础知识试剂:试剂:条件:条件:二苯胺二苯胺沸水浴条件下,沸水浴条件下,DN
13、ADNA与二苯胺反应呈现与二苯胺反应呈现蓝色蓝色沸水浴沸水浴现象:现象:(三)(三)DNADNA的鉴定的鉴定一、基础知识一、基础知识(一)实验材料的选取(一)实验材料的选取(二)破碎细胞,获取含(二)破碎细胞,获取含DNADNA的滤液的滤液(三)除去滤液中的杂质(三)除去滤液中的杂质( (纯化纯化) )(四)(四)DNADNA的析出与鉴定的析出与鉴定二、实验设计二、实验设计(一)实验材料的选取(一)实验材料的选取从下列材料中选取从下列材料中选取2 23 3种种原则:原则:菜花、香蕉、猕猴桃、洋葱、豌豆、菠菜;鱼卵、猪肝、鸡血、菜花、香蕉、猕猴桃、洋葱、豌豆、菠菜;鱼卵、猪肝、鸡血、哺乳动物的红
14、细胞;在液体培养基中培养的大肠杆菌哺乳动物的红细胞;在液体培养基中培养的大肠杆菌凡是含有凡是含有DNADNA的生物材料都可以考虑的生物材料都可以考虑, ,但是,选用但是,选用DNADNA含含量相对较高的组织,成功的可能性更大。量相对较高的组织,成功的可能性更大。新鲜的鸡血(注意要加入柠檬酸钠,防止血液凝固)新鲜的鸡血(注意要加入柠檬酸钠,防止血液凝固)思考:思考:不能。因为哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核不能。因为哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核。二、实验设计二、实验设计材料:材料:能否选用牛、羊、猪红细胞血做实验材料?为什么?能否选用牛、羊、猪红细胞血做实验材料?为什么?动物细胞的破碎较易,以鸡
15、血为例,在鸡血细胞液中加入一定动物细胞的破碎较易,以鸡血为例,在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水量的蒸馏水 ,同时用玻璃棒搅拌,过滤后收集滤液即可。同时用玻璃棒搅拌,过滤后收集滤液即可。(二)破碎细胞,获取含(二)破碎细胞,获取含DNADNA的滤液的滤液1.1.动物细胞动物细胞答:答:蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗溶液,水分可以大量蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗溶液,水分可以大量进入血细胞内,使血细胞胀裂,进入血细胞内,使血细胞胀裂,再加上搅拌的机械作用,就加再加上搅拌的机械作用,就加速了鸡血细胞的破裂速了鸡血细胞的破裂( (细胞膜和核膜的破裂细胞膜和核膜的破裂) ),从而释放出从而释放出D
16、NADNA。讨论:为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂?讨论:为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂?二、实验设计二、实验设计讨论讨论1 1:加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么?:加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么?答:洗涤剂是一些离子去污剂,能答:洗涤剂是一些离子去污剂,能溶解细胞膜,有利于溶解细胞膜,有利于DNADNA的释放;的释放;食盐的主要成分是食盐的主要成分是NaClNaCl,有利于有利于DNADNA的溶解。的溶解。(二)破碎细胞,获取含(二)破碎细胞,获取含DNADNA的滤液的滤液1.1.植物细胞植物细胞二、实验设计二、实验设计实例:提取洋葱实例:提取洋葱DNADNA时,在切碎的洋葱中加入一定的
17、时,在切碎的洋葱中加入一定的洗涤剂和食盐,洗涤剂和食盐,进行充分的进行充分的搅拌和研磨搅拌和研磨,过滤后收集研磨液。,过滤后收集研磨液。植物细胞植物细胞需要先用一定的洗涤剂溶解细胞膜需要先用一定的洗涤剂溶解细胞膜答:研磨不充分会使答:研磨不充分会使细胞核内的细胞核内的DNADNA释放不完全,提取的释放不完全,提取的DNADNA量变少量变少,影响实验结果,导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。影响实验结果,导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。讨论讨论2 2:如果研磨不充分,会对实验结果产生怎样的影响?:如果研磨不充分,会对实验结果产生怎样的影响?1.1.搅拌的目的(注意应沿
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