人教版高中生物選修3專題1第1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具

1、設(shè)想一 能否培養(yǎng)出具有抗蟲性狀的抗蟲棉呢？ 胰島素是治療糖尿病的特效藥,長期以來只能從豬、牛等動物的胰腺中提取，產(chǎn)量低成本高。 而微生物生長迅速，容易控制。于是科學(xué)家設(shè)想，若能將人的胰島素基因?qū)胛⑸矬w內(nèi)，并得以表達(dá)，就不僅能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本，使藥品價格大幅下降。設(shè)想二 這些定向改造基因的設(shè)想能實現(xiàn)嗎？基因工程基因工程抗蟲棉抗蟲棉藍(lán)色玫瑰藍(lán)色玫瑰能生產(chǎn)胰島素的大腸桿菌能生產(chǎn)胰島素的大腸桿菌 轉(zhuǎn)基因鼠轉(zhuǎn)基因鼠能發(fā)熒光的轉(zhuǎn)基因豬能發(fā)熒光的轉(zhuǎn)基因豬基因工程得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)：基因工程得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)：（1）所有生物）所有生物DNA的的化學(xué)組成化學(xué)組成和和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同。相同。（為

2、不同種生物（為不同種生物DNA拼接成功提供物質(zhì)基礎(chǔ)）拼接成功提供物質(zhì)基礎(chǔ)）（2）所有生物共用一套）所有生物共用一套遺傳密碼子遺傳密碼子。（為。（為某生物的基因能夠在其他生物細(xì)胞內(nèi)正常指某生物的基因能夠在其他生物細(xì)胞內(nèi)正常指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成提供可能。）導(dǎo)蛋白質(zhì)合成提供可能。）都是以都是以4種脫氧核苷種脫氧核苷酸為基本單位酸為基本單位都是雙螺旋結(jié)構(gòu)都是雙螺旋結(jié)構(gòu) 抗蟲棉的抗蟲棉的培育有哪些培育有哪些關(guān)鍵步驟？關(guān)鍵步驟？DNA DNA 重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具本節(jié)知識內(nèi)容本節(jié)知識內(nèi)容 1 DNA1 DNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具專題一專題一 基因工程基因工程“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀

3、” ” 限制酶限制酶 “分子縫合針分子縫合針” ” DNADNA連接酶連接酶 “分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車” 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 黏性末端黏性末端平末端平末端12345脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu) G1234512345 A3,5-磷磷酸二酯酸二酯鍵鍵3端5端3端5端磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵18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？特點？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的特點是：限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是6個個堿基還是堿基還是4個堿基，都可以找到個堿基，都可以找到一條

4、一條中心軸線中心軸線，中軸線兩側(cè)的，中軸線兩側(cè)的雙鏈雙鏈DNA上的堿基是上的堿基是反向?qū)ΨQ反向?qū)ΨQ重復(fù)重復(fù)排列的排列的 ，稱為，稱為回文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限制酶的切限制酶的切

5、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。限制性內(nèi)切酶作用過程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G與C之間切割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DNA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

6、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DNA侵入時，會侵入時，會利用限制酶利用限制酶將外源將外源DNA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安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切切割外源割外源DNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。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通過長期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其的細(xì)胞，其DNADNA分子中分子中不具備這種

7、限制酶不具備這種限制酶的識別切割序列的識別切割序列，或者，或者通過甲基化酶將甲通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的種限制酶也不會使自身的DNADNA被切斷，并被切斷，并且可以防止外源且可以防止外源DNADNA的入侵。的入侵。 基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C

8、 T T A A A A T T C G用同種限制酶切割用同種限制酶切割類型來源功能相同點差別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)閱讀課本第閱讀課本第5頁頁“分子縫合針”DNA連接酶的相關(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)ATGCATGC連接酶連接磷酸二酯鍵連接酶連接磷酸二酯鍵DNADNA連接酶的作用過程連接酶的作用過程：二、分子縫合針二、分子縫合針DNA連接酶連接酶 T磷磷酸酸二二酯酯鍵鍵1234512345 A作用部位：作用部位：（扶手）（扶手）（梯子）（梯子）DNA聚合酶和聚合酶和DNA連

9、接酶有何連接酶有何相同點和不同點？相同點和不同點？DNA連接酶連接酶DNA聚合酶聚合酶連接連接DNA鏈鏈連接部位連接部位雙鏈雙鏈在兩在兩DNADNA片片斷之間形成斷之間形成磷酸二脂鍵磷酸二脂鍵單鏈單鏈將單個核苷酸加將單個核苷酸加到已存在的核酸到已存在的核酸片斷片斷33末端形成末端形成磷酸二脂鍵磷酸二脂鍵連接黏性末端連接黏性末端連接黏性末端和平末端連接黏性末端和平末端分類分類作用作用E.coli DNA連接酶連接酶連接酶種類：連接酶種類：T4DNA連接酶連接酶核苷酸分子的連接：核苷酸分子的連接：ATGCATGCDNADNA聚合酶連接單鏈聚合酶連接單鏈DNADNA把單個脫氧核苷酸連接到把單個脫氧核

10、苷酸連接到DNADNA片段上片段上三、分子運(yùn)輸車三、分子運(yùn)輸車基因進(jìn)入受基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體體細(xì)胞的載體 要讓一個從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因在乙生要讓一個從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個基因送到乙生物的物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去！細(xì)胞內(nèi)去！能將外源基因送入受體細(xì)胞的工具能將外源基因送入受體細(xì)胞的工具就是就是載體載體?；蚬こ痰妮d體被喻為基因工程的載體被喻為：分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車基因工程的載體來源基因工程的載體來源：作為基因工程的載體需要怎樣的條件呢？作為基因工程的載體需要怎樣的條件呢？有標(biāo)記基因的存有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉在，可用含青

11、霉素的培養(yǎng)基鑒別。素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點有切割位點能復(fù)制并帶著能復(fù)制并帶著插入的目的基插入的目的基因一起復(fù)制因一起復(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（即擬核裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體（即擬核DNA）之外，并具有）之外，并具有自我復(fù)制能力自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。分子。最常用運(yùn)載體最常用運(yùn)載體質(zhì)粒質(zhì)粒 實際上在基因?qū)嶋H上在基因工程操作中，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。1 1、能自我復(fù)制、能自我復(fù)制2 2、具有一個或多個限制酶切點、具有

12、一個或多個限制酶切點3 3、具有遺傳標(biāo)記基因、具有遺傳標(biāo)記基因4 4、對受體細(xì)胞無害、易分離、對受體細(xì)胞無害、易分離5 5、大小適合，便于操作、大小適合，便于操作質(zhì)粒作為運(yùn)載體的條件？在進(jìn)行基因工程操作中在進(jìn)行基因工程操作中,真正被用作載體的質(zhì)粒都是在真正被用作載體的質(zhì)粒都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的課本知識回顧課本知識回顧 基因工程又叫做基因工程又叫做 或或 。通俗地說，就。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物是按照人們的意愿，把一種生物的某種的某種 提取出來，加以提取出來，加以 ， 然后然后放到另一種生物的細(xì)胞里，放到另一種生物的細(xì)胞里， 改造生

13、物的遺傳性狀。改造生物的遺傳性狀?；蚱唇蛹夹g(shù)基因拼接技術(shù)DNA重組技術(shù)重組技術(shù)基因基因修飾改造修飾改造定向地定向地DNA 重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀” “分子縫合針分子縫合針” “分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”限制限制（性核酸內(nèi)切）（性核酸內(nèi)切）酶酶DNA連接酶連接酶基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體原核生物中分離純化出來原核生物中分離純化出來特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵粘性末端粘性末端平末端平末端1、種類：、種類：2、作用部位：、作用部位：兩類兩類連接黏性末端連接黏性末端Ecoli DNA連接酶連接酶T4 DNA連接酶連接酶磷酸二酯

14、鍵磷酸二酯鍵連接黏性末端和平末端連接黏性末端和平末端通常有三種通常有三種:作為載體的條件：作為載體的條件： 在進(jìn)行基因工程操作中在進(jìn)行基因工程操作中,真正被用作載體的質(zhì)粒都是真正被用作載體的質(zhì)粒都是在在 質(zhì)粒質(zhì)粒噬菌體衍生物噬菌體衍生物動植物病毒動植物病毒天然質(zhì)粒天然質(zhì)粒人工改造人工改造的的能自我復(fù)制；有切割位點；能自我復(fù)制；有切割位點；有遺傳標(biāo)記基因；對受體細(xì)胞無害、易分離有遺傳標(biāo)記基因；對受體細(xì)胞無害、易分離基礎(chǔ)上進(jìn)行過基礎(chǔ)上進(jìn)行過在基因工程中，切割運(yùn)載體和在基因工程中，切割運(yùn)載體和含有目的基因的含有目的基因的DNA片段，需片段，需使用（使用（ ）同種限制酶同種限制酶 B. 兩種限制酶兩種限制酶同種連接酶同種連接酶 D. 兩種連接酶兩種連接酶比較有關(guān)的比較有關(guān)的DNA酶酶（1）DNA水解酶：能夠?qū)⑺饷福耗軌驅(qū)NA水解成四種脫氧核水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解成膦酸、脫氧核糖和含氮堿基苷酸，徹底水解成膦酸、脫氧核糖和含氮堿基 （2）DNA解旋酶：能夠?qū)⒔庑福耗軌驅(qū)NA或或DNA的某一段的某一段解成兩條長鏈，作用的部位是堿基和堿基之間的解成兩條長鏈，