人教版生物选修三1 专题一基因工程1.1DNA重组技术的基本工具（共49张PPT）.ppt

1、专题专题1 1 基因工程基因工程 基因与基因与DNA 的关系？的关系？ 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片段片段， 是生物体遗传的功能单位和结构单位。是生物体遗传的功能单位和结构单位。 基因是一段基因是一段DNA，但是一段，但是一段DNA不一定是基因。不一定是基因。 基因能控制生物的性状。基因能控制生物的性状。 基因有遗传效应。它可以独立起作用。基因有遗传效应。它可以独立起作用。 类别类别 项目项目 复制复制 转录转录 场所场所 特点特点 模板模板 原料原料 酶酶 能量能量 碱基碱基 配对配对 产物产物 类别类别 项目项目 复制复制 转录转录 场所场所 特点特点 模板模板 原料原料

2、酶酶 能量能量 碱基碱基 配对配对 产物产物 细胞核细胞核 只有只有DNA的一条链的一条链 四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸 RNA聚合酶聚合酶 ATP A-U C-G T-A G-C 细胞核细胞核 DNA的两条链的两条链 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶聚合酶 ATP A-T C-G T-A G-C 两个双链两个双链DNADNA分子分子 一条单链一条单链mRNAmRNA 边解旋边复制，边解旋边复制， 半保留复制半保留复制 边解旋边转录边解旋边转录 通俗的说，就是通俗的说，就是按照人们的意愿按照人们的意愿，把，把一种一种 生物生物的的某种基因某种基因提取提取(复制复

3、制)出来，加以修饰改造，出来，加以修饰改造， 然后放到然后放到另一种生物的细胞里另一种生物的细胞里，定向定向地改造生地改造生 物的遗传特性。物的遗传特性。 基因工程的概念基因工程的概念 又叫又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技术重组技术 剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达 1973年转基因微生物年转基因微生物 转基因大肠杆菌问世；转基因大肠杆菌问世； 1980年第一个动物年第一个动物转转 基因小鼠诞生；基因小鼠诞生； 1983年第一例转基因植年第一例转基因植 物物转基因烟草出现。转基因烟草出现。 实现了实现了一种一种生物的某些性状在生物的某些性状在 另一种另一种生物中的表达。生物中的表达

4、。 DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 工欲善其事, 必先利其器. 想一想想一想:获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢? 实现这一精确的操作过程的工具是什么呢实现这一精确的操作过程的工具是什么呢? DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 1.手术刀手术刀(基因的剪刀基因的剪刀)-准确切割准确切割DNA 2.缝合针缝合针(基因的针线基因的针线)-将将DNA片段再连接起来片段再连接起来 3.运输工具运输工具(基因的运载体基因的运载体)-将体外重组好的将体外重组好的 DNA导入受体细胞导入受体细胞 一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶“分子手术

5、刀”分子手术刀” 1、来源：、来源： 2、作用：、作用： 能够能够识别识别双链双链DNA分子分子的某种特定核的某种特定核 苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的 两个核苷酸之间的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。 （1）识别）识别特定特定核苷酸序列核苷酸序列 （2）从特定部位的两个核苷酸之间切开）从特定部位的两个核苷酸之间切开 主要从主要从原核生物原核生物中分离纯化中分离纯化 酶具有专一性酶具有专一性 限制性核酸内切酶的作用部位 磷酸二酯键 即脱氧核糖、磷 酸之间的连接 G P A P A T G G C A T C T T C G A A 一个

6、一个DNA片段含有几个游离的磷酸基团片段含有几个游离的磷酸基团 2个个 大肠杆菌大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。 限制酶限制酶 限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列有什么特点？ 限制酶所识别的序列，无论是限制酶所识别的序列，无论是6个碱基个碱基 还是还是4个碱基，都可以找到一条个碱基，都可以找到一条中心轴线中心轴线， 中心轴线两侧的双链中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是上的碱基是反向反向 对称重复排列对称重复排列的。的。 识别序列的组成识别序列的组成:大多数由六个核苷酸组成大多数由六个核苷酸组成

7、 3、结果、结果 黏性末端黏性末端 平末端平末端 当限制酶在它识别序列的中心轴线当限制酶在它识别序列的中心轴线 两侧两侧将将DNA的两条链分别切开时，的两条链分别切开时， 产生的是产生的是黏性末端黏性末端 当限制酶在它识别序列的中心轴线当限制酶在它识别序列的中心轴线 处处切开时，产生的是切开时，产生的是平末端平末端 被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补 配对，这样的切口叫配对，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从识别序列的中

8、心轴线处切开处切开 时，时，切开的切开的DNADNA两条单链的切口，是平整两条单链的切口，是平整 的，这样的切口叫的，这样的切口叫平末端平末端。 巩固练习巩固练习 总结规律总结规律 限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列有什么特点？ 无论是无论是6 6个碱基还是个碱基还是4 4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中个碱基，都可以找到一条中心轴线，中 轴线两侧的双链轴线两侧的双链DNADNA上的碱基是上的碱基是反向对称重复排列反向对称重复排列的。的。 限制酶在限制酶在DNADNA的任何部位都能将的任何部位都能将DNADNA切开吗？以下是四种不切开吗？以下是四种不 同限制酶切割形成的同限制酶

9、切割形成的DNADNA片段：片段： (1) (1) CTGCACTGCA (2) (2) ACAC (3) GC(3) GC G G TGTG CGCG （4 4） G G (5)(5) G G (6) (6) GCGC CTTAACTTAA ACGTCACGTC CGCG (7) GT(7) GT (8)AATTC(8)AATTC CACA G G 你是否能用你是否能用DNADNA连接酶将它们连接起来？连接酶将它们连接起来？ 1、下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的、下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的 是（是（ ） A、 B、 C、 D、 T C G A G C T T A A A G G

10、 T T C C A A G C T T C A G A A T T C G A 2.2.下列有关基因工程中限制酶的描述，错下列有关基因工程中限制酶的描述，错 误的是误的是 A.A.一种限制酶只能识别一种特定的脱氧苷一种限制酶只能识别一种特定的脱氧苷 酸序列酸序列 B.B.限制酶的活性受温度的影响限制酶的活性受温度的影响 C.C.限制酶能识别和切割限制酶能识别和切割RNARNA D.D.限制酶可从原核生物中提取限制酶可从原核生物中提取 C 1、分类、分类 E.Coli DNA连接酶连接酶 T4DNA连接酶连接酶 2、作用：、作用： 二、二、DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针” 将双

11、链将双链DNADNA片段“缝合”起来，恢复被限制片段“缝合”起来，恢复被限制 酶切开了的两个核苷酸之间的酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键。 “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“缝合”缝隙“缝合” 起来，这样一个重组的起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。分子才能形成。 可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙“缝合”缝隙“缝合”起来，起来， E coli DNA连接酶连接酶 或或T4DNA连接酶连接酶 即即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 E.coliD

12、NA连接酶连接酶 T4DNA连接酶连接酶 E.coliDNA连接酶连接酶只能只能将双链将双链DNA片段互补的黏片段互补的黏 性末端之间连接起来性末端之间连接起来,不能不能将双链将双链DNA片段平末端片段平末端 之间进行连接之间进行连接; T4DNA连接酶连接酶既既可以“缝合”双链可以“缝合”双链DNA片段互补片段互补 的黏性末端的黏性末端,又又可以“缝合”双链可以“缝合”双链DNA片段的平末片段的平末 端端,但连接平末端之间的效率比较但连接平末端之间的效率比较低低. 想一想想一想: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? 差别差别 ? DNA连接酶与连接酶与

13、DNA聚合酶聚合酶是一回事吗？是一回事吗？ 为什么？为什么？ 相同点：相同点：都是形成都是形成磷酸二酯键磷酸二酯键。 DNA连接酶连接酶是将是将双链双链的的DNA片段片段连接起来，连接起来， 即即DNA连接酶是同时连接双链的切口；连接酶是同时连接双链的切口； DNA聚合酶聚合酶只是在只是在单链单链上将上将一个个一个个脱氧核脱氧核 苷酸连接起来。苷酸连接起来。 A G T A C A A A T G G U U A DDNA NA 聚合酶聚合酶 A G T A C A A A T G T T A G T A C A A A T G T T A A G T A C A A A T G G T T

14、A A G T A C A A A T G G T T A T A G T A C A A A T G G T T A T T A T C 与与DNADNA有关的酶有关的酶 四种酶的比较四种酶的比较 1(2010 苏州模拟苏州模拟)下图为下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生分子在不同酶的作用下所发生 的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是连接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ( ) A B C D C 2.下列有关限制性内切酶识别的叙述，不正确的是下列有关限制性内切酶识别的叙述，不正确的是 ( ) A

15、从反应类型来看，限制性内切酶催化的是一种水解反应从反应类型来看，限制性内切酶催化的是一种水解反应 B限制性内切酶的活性受温度、限制性内切酶的活性受温度、pH的影响的影响 C一种限制性内切酶只能识别双链一种限制性内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷中某种特定的脱氧核苷 酸序列酸序列 D限制性内切酶识别序列越短，则该序列在限制性内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率中出现的几率 就越小就越小 D 3.据右图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是据右图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是 （ ） A. 限制性内切酶可以切断限制性内切酶可以切断a处，处，DNA连接酶可以连接连接酶可以连

16、接 a处处 B. DNA聚合酶可以连接聚合酶可以连接a处处 C. 解旋酶可以使解旋酶可以使b处解开处解开 D. 连接连接C处的酶可以为处的酶可以为DNA连接酶连接酶 D 1 1、限制酶和、限制酶和DNADNA解旋酶的区别？解旋酶的区别？ 2 2、限制酶和、限制酶和DNADNA水解酶的区别？水解酶的区别？ 断开：磷酸二酯键断开：磷酸二酯键 氢键氢键 都断开磷酸二酯键都断开磷酸二酯键 产物：产物：DNA片段片段 单个脱氧核苷酸单个脱氧核苷酸 3 3、切取目的基因需切割几次？切口数量？、切取目的基因需切割几次？切口数量？ 2、4 4 4、如何防止切下的目的基因自身环化？、如何防止切下的目的基因自身环

17、化？ 不同限制酶切割不同限制酶切割 基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 要让一个从甲生物细胞内取出来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的细胞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工内去！能将外源基因送入细胞的工 具就是载体。具就是载体。 三、基因进入受体细胞的载体三、基因进入受体细胞的载体 “分子分子 运输车”运输车” 1、运载体的作用有哪些？、运载体的作用有哪些？ 作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因转移转移到到 受体细胞中去。受体细胞中去。 作用二作

18、用二：利用运载体在受体细胞内，：利用运载体在受体细胞内，对外源对外源 基因基因进行进行大量复制大量复制。 2、 常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类： 1）病毒，包括植物病毒、动物病毒和）病毒，包括植物病毒、动物病毒和 细菌病毒（噬菌体）细菌病毒（噬菌体） 2）质粒质粒 三、基因进入受体细胞的载体三、基因进入受体细胞的载体 “分子分子 运输车”运输车” 质粒：质粒：质粒是基因工程质粒是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。 质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌 染色体（即拟核染色体（即拟核DNA）之外，并且有自我复制）之外，并且有自我复制 能力

19、的能力的双链环状双链环状DNA分子。分子。 3、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）有一个至多个限制酶切割位点，供外源）有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNADNA片段（片段（基基 因）插入其中。因）插入其中。 2）具备具备自我复制自我复制的能力，或整合到受体细胞染色体的能力，或整合到受体细胞染色体DNADNA 上随染色体上随染色体DNADNA的复制而的复制而同步复制同步复制。 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等。如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等。 4）对受体细胞有无害对受体细胞有无

20、害。 实际上自然存在的质粒实际上自然存在的质粒DNADNA分子并不完全具备上述条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。件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。 能复制并带着插能复制并带着插 入的目的基因一入的目的基因一 起复制起复制 有切割位点有切割位点 有标记基因的存有标记基因的存 在，将来可用在，将来可用含含 青霉素的培养基青霉素的培养基 鉴别。鉴别。 联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪 切细菌本身的切细菌本身的DNA？ 迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或迄今为止，基因工程中使

21、用的限制酶绝大部分都是从细菌或 霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基上特定的碱基 序列。序列。 细菌中限制酶之所以不切断自身细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的，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，限制酶就是细菌的一种进化过程中形成了一套完善的防御机制，限制酶就是细菌的一种 防御性工具，当外源防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割切割 掉，以保证自身的安全。掉，以保证自身的安全。 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，生物在长期演化过程中

22、，含有某种限制酶的细胞，其其DNA分子分子 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，甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。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，被切断， 并且可以防止外源并且可以防止外源DNA的入侵的入侵 DNA DNA 重组技术的基本工具：重组技术的基本工具： 1 1、准备切割、准备切割DNADNA的工具（“分子手术刀”）的工具（“分子手术刀”） 限制核酸内切酶限制核酸内切

23、酶 2 2、DNADNA片段的连接工具（“分子缝合针”片段的连接工具（“分子缝合针” ） DNADNA连接酶连接酶 3 3、基因转移工具（“分子运输车”）、基因转移工具（“分子运输车”） 运载体运载体 注意：区分工具和工具酶注意：区分工具和工具酶 限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的化学本质、作用、作用特连接酶的化学本质、作用、作用特 点、作用所需条件？均与酶相同点、作用所需条件？均与酶相同 小结 基因工程基因工程 的工具的工具 限制酶限制酶 主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中 具有专一性具有专一性(识别序列识别序列) 切开切开DNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键 DNA连连 接酶接酶

24、 连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键 种类种类 E.coliDNA连接酶连接酶 T4 DNADNA连接酶连接酶 运载运载 工具工具 具备的具备的 条件条件 结构简单结构简单,大小适中大小适中 能在宿主细胞中自能在宿主细胞中自 我复制并稳定存在我复制并稳定存在 具一个多个限制酶切位点具一个多个限制酶切位点 具标记基因具标记基因 种类：种类：质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物噬菌体衍生物、动植物 病毒病毒 1 1：质粒是基因工程中最常用的载体，：质粒是基因工程中最常用的载体， 它的主要特点是它的主要特点是 能自主复制能自主复制 不能自主复制不能自主复制 结构简单结构简单 蛋白质蛋白质 环状环状RNA RN

25、A 环状环状DNA DNA 对宿主细胞无害对宿主细胞无害 A.A. B.B. C.C. D.D. C 2 2、下列不适合用于基因工程的运载体、下列不适合用于基因工程的运载体 是（是（ ） A A、质粒、质粒 B B、噬菌体、噬菌体 C C、细菌、细菌 D D、病毒、病毒 选选 我我 C 3、下列说法正确的是、下列说法正确的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列碱基序列 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、重组技术所用的工具酶是限制酶、重组技术所用的工具酶是限制酶、 连接酶、运载体连接酶、运载体 D、利用运载体在宿主细胞内对

26、目的基因、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 进行大量复制的过程可称为“克隆”进行大量复制的过程可称为“克隆” 选选 我我 D 审题审题 4.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 个限制酶切点个限制酶切点，以便与外源基因连接以便与外源基因连接 D、DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成连接酶使黏性末端的碱基之间形成 氢键氢键 C 5.不属于质粒被选为基因运载体的理由是不属于

27、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切点 C、具有标记基因具有标记基因 D、它是环状它是环状DNA D 基因工程概念解读： 基本原理基本原理 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 优点优点 不足不足 实例实例 基因拼接成功基因拼接成功 的原因的原因 成功表达原因成功表达原因 基因重组基因重组 体外体外 基因基因 DNA分子水平分子水平 剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达 新的生物类型和生物产品新的生物类型和生物产品 密码子的通用性：密码子的通用性：生物界共用一套相同的密生物界共用一套相同的密 码子码子 基本单位相同基本单位相同 结构相同结构相同 碱基配对方式相同碱基配对方式相同 安全性问题：生物安全、食品安全、环境安全安全性问题：生物安全、食品安全、环境安全 转基因抗虫棉转基因抗虫棉 打破生殖隔离定向改造生物时间短打破生殖隔离定向改造生物时间短