用《DNA重組技術(shù)的基本工具》

1、 結(jié)合圖片來說一說結(jié)合圖片來說一說什么是基因工程？什么是基因工程？v基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外的設(shè)計(jì)，通過體外DNADNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。 基因工程的別名基因工程的別名 基因拼接技術(shù)或基因拼接技術(shù)或DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)操作環(huán)境操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作對象基因基因操作水平操作水平DNADNA分子水平分子水平基本過程基本過程剪切剪切拼接拼接導(dǎo)入導(dǎo)入表達(dá)表達(dá)

2、結(jié)果結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物人類需要的基因產(chǎn)物vDNADNA是遺傳物質(zhì)的證明是遺傳物質(zhì)的證明vDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立v遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯v基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)v工具酶的發(fā)明工具酶的發(fā)明vDNADNA合成和測序技術(shù)的發(fā)明合成和測序技術(shù)的發(fā)明vDNADNA體外重組的實(shí)現(xiàn)體外重組的實(shí)現(xiàn)v重組重組DNADNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功v第一例轉(zhuǎn)基因動物問世第一例轉(zhuǎn)基因動物問世vPCRPCR技術(shù)的發(fā)明技術(shù)的發(fā)明基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論技術(shù)發(fā)明技術(shù)發(fā)明重組重組DNA導(dǎo)入導(dǎo)入拼接拼接 普通棉花不具有抗蟲性，科學(xué)普通棉花不具有抗蟲性，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蘇云金

3、芽孢桿菌能夠產(chǎn)生家發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌能夠產(chǎn)生一種毒蛋白，對棉鈴蟲有一定的一種毒蛋白，對棉鈴蟲有一定的殺傷作用。殺傷作用。試設(shè)計(jì)一個簡單的方案，使棉花試設(shè)計(jì)一個簡單的方案，使棉花對棉鈴蟲也有抵抗作用對棉鈴蟲也有抵抗作用. . 第一節(jié)第一節(jié) DNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具DNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具v準(zhǔn)確切割準(zhǔn)確切割DNA的工具（的工具（“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”）vDNA片段的連接工具（片段的連接工具（“分子縫合針分子縫合針”）v基因轉(zhuǎn)移工具（基因轉(zhuǎn)移工具（“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”）基因的大小以納米計(jì)算，要對它進(jìn)行剪切、基因的大小以納米計(jì)算，要對它進(jìn)行剪切、拼接等操作，沒

4、有非常精細(xì)的工具是不行的。進(jìn)拼接等操作，沒有非常精細(xì)的工具是不行的。進(jìn)行基因操作最少需要以下三種工具：行基因操作最少需要以下三種工具：來源來源種類種類作用作用作用結(jié)作用結(jié)果果閱讀課本閱讀課本4-54-5頁頁“限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶分分子手術(shù)刀子手術(shù)刀”的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)主要從原核生物中分離純化而來主要從原核生物中分離純化而來已經(jīng)分離出大約已經(jīng)分離出大約40004000種種1 1、識別雙鏈、識別雙鏈DNADNA分子的某種特定核苷酸序列分子的某種特定核苷酸序列2、使每一條鏈中使每一條鏈中特定部位特定部位的兩個核苷的兩個核苷酸之間的酸之間的磷酸二酯鍵磷

5、酸二酯鍵斷開。斷開。12345脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu) G1234512345 A3,5-3,5-磷磷酸二酯鍵酸二酯鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵11仔細(xì)觀察各限制酶仔細(xì)觀察各限制酶 識別的特定序列有識別的特定序列有何何 特點(diǎn)？特點(diǎn)？限制酶的識別序列限制酶的識別序列限制酶所識別的序列限制酶所識別的序列的特點(diǎn)是：的特點(diǎn)是：呈現(xiàn)堿基呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是互補(bǔ)對稱，無論是6 6個個堿基還是堿基還是4 4個堿基，都個堿基，都可以找到一條中心軸可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙線，中軸線兩側(cè)的雙鏈鏈DNADNA上的堿基是上的堿基是反向反向?qū)ΨQ重復(fù)對稱重復(fù)排列的排列的 ，稱，稱為為回文

6、序列回文序列中軸線在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)只能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRIEcoRI限制酶的作用限制酶的作用黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端EcoRIEcoRI限制酶的切割限制酶的切割 被限制酶切開的被限制酶切開的DNA兩條兩條單鏈的切口，帶有幾個單鏈的切口，帶有幾個伸出的伸出的核苷酸核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配他們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫對，這樣的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能識別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。中軸線SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在在G與與C之之間切割間切割SmaISmaI限制酶的切限制酶的切

7、割割當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNADNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端平末端。你能推測限制酶存在于原核生物中的你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNADNA的入侵，的入侵，但生物但生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。制，以防止外來病原物的侵害。限制酶限制酶就是細(xì)就是細(xì)菌的一種菌的一種防御性工具，防御性工具，當(dāng)外源當(dāng)外源DNADNA侵入時

8、，會侵入時，會利用限制酶利用限制酶將外源將外源DNADNA切割掉，切割掉，以保證自身的以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNADNA、使之失效，使之失效，從而達(dá)到從而達(dá)到保護(hù)自身保護(hù)自身的的目的。目的。尋根問底尋根問底為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其胞，其DNADNA分子中分子中不具備這種限制酶的識別切割不具備這種限制酶的識別切割序列序列，或者或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序

9、列的堿基上，使限制酶不能將其切開序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNADNA被切斷，并且可以防止外源被切斷，并且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 類型來源功能相同點(diǎn)差別EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)閱讀課本第5頁“分子縫合針”DNA連接酶的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表自主學(xué)習(xí)把切下來的把切下來的DNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNA，即將，即將脫氧核糖脫氧核糖和和磷酸磷酸連接起來催化形成連接起來催化形成磷酸二酯鍵D

10、NADNA連接酶的作用連接酶的作用兩兩DNADNA片段要具有片段要具有互補(bǔ)互補(bǔ)的黏性末端的黏性末端才能拼起來才能拼起來DNADNA連接酶的縫合作用連接酶的縫合作用可把黏性末端之間的可把黏性末端之間的縫隙縫隙“縫合縫合”起來起來，注意：注意：DNADNA連接酶可連接雙鏈連接酶可連接雙鏈DNADNA中的中的DNADNA單鏈缺口，但不能連接單鏈單鏈缺口，但不能連接單鏈DNADNA！DNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶是一回事嗎？聚合酶是一回事嗎？T4 DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率較低DNADNA連接酶的縫合作用連接酶的縫合作用DNA連接酶連接酶DNA聚合酶聚合酶相

11、相同同點(diǎn)點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)作用實(shí)質(zhì)化學(xué)本質(zhì)化學(xué)本質(zhì)不不同同點(diǎn)點(diǎn)模板模板作用對象作用對象 作用結(jié)果作用結(jié)果用途用途都能催化形成都能催化形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵都是蛋白質(zhì)都是蛋白質(zhì)不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重組組DNA分子分子形成形成DNA的一條的一條鏈鏈基因工程基因工程DNA復(fù)制復(fù)制DNA連接酶與連接酶與DNA聚合酶的比較聚合酶的比較只能將單個核苷酸連只能將單個核苷酸連接到已有的接到已有的DNADNA片段片段上，形成磷酸二酯鍵上，形成磷酸二酯鍵在兩個兩個DNADNA片段片段之間之間形成磷酸二酯鍵限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點(diǎn)是的識別序列和切點(diǎn)是GGATCCGGATCC，限制，限

12、制性內(nèi)切酶性內(nèi)切酶的識別序列和切點(diǎn)是的識別序列和切點(diǎn)是GATCGATC。在質(zhì)粒上有。在質(zhì)粒上有酶酶的一個切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有一個酶的一個切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有一個酶的切點(diǎn)。的切點(diǎn)。（1 1）請畫出質(zhì)粒被限制酶）請畫出質(zhì)粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2 2）請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶）請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶切割后所形成的黏切割后所形成的黏性末端。性末端。（3 3）在）在DNADNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？成的黏性末端能否連接？為什么？可以連接。因?yàn)橛蓛煞N不同限制酶切割

13、后形可以連接。因?yàn)橛蓛煞N不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互補(bǔ)的）成的黏性末端是相同的（或是可以互補(bǔ)的） 載體的載體的作用作用載體的載體的必要條必要條件件載體的載體的種類種類閱讀課本第閱讀課本第6 6頁頁“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”運(yùn)載體的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表運(yùn)載體的相關(guān)內(nèi)容，填寫下表自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)細(xì)菌的質(zhì)粒細(xì)菌的質(zhì)粒病毒：病毒：、動植物病毒等、動植物病毒等。 有標(biāo)記基因的有標(biāo)記基因的存在，可用含存在，可用含青霉素的培養(yǎng)青霉素的培養(yǎng)基鑒別基鑒別。有切割位點(diǎn)有切割位點(diǎn)能復(fù)制并帶能復(fù)制并帶著插入的目著插入的目的基因一起的基因一起復(fù)制復(fù)制質(zhì)粒質(zhì)粒裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體裸露的、

14、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體（即擬核（即擬核DNADNA）之外，并具有）之外，并具有自我復(fù)制能力自我復(fù)制能力的很小的的很小的雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNADNA分子。分子。最常用運(yùn)載體最常用運(yùn)載體質(zhì)粒質(zhì)粒 實(shí)際上實(shí)際上在基因在基因工程操作中，工程操作中，真正被用作載真正被用作載體的質(zhì)粒，都體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的過人工改造的。隨堂練習(xí)：隨堂練習(xí)：1、關(guān)于限制酶的說法中，正確的是（、關(guān)于限制酶的說法中，正確的是（ ）A、限制酶是一種酶，只識別、限制酶是一種酶，只識別GAATTC堿基序堿基序 列列B、EcoRI切割的是切割的是GA之間的氫鍵之間的氫鍵C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切分子，只切 割外源割外源DNAD限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中答案答案：C2. （多選）（多選）答案：答案：BD3.3.下列四條下列四條DNADNA分子，彼此間具有粘性末端的一組是分子，彼此間具有粘性末端的一組是 A A B B C C D D答案：答案：DDN