基因工程的基本工具

1、設(shè)想一 能否培養(yǎng)出具有抗蟲(chóng)性狀的抗蟲(chóng)棉呢？ 胰島素是治療糖尿病的特效藥,長(zhǎng)期以來(lái)只能從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，產(chǎn)量低成本高。 而微生物生長(zhǎng)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(wèn)題，還能大大降低生產(chǎn)成本，使藥品價(jià)格大幅下降。設(shè)想二 這些定向改造基因的設(shè)想能實(shí)現(xiàn)嗎？基因工程基因工程 抗蟲(chóng)棉的抗蟲(chóng)棉的培育有哪些培育有哪些關(guān)鍵步驟？關(guān)鍵步驟？1、不同生物的不同生物的DNA分子基本結(jié)構(gòu)是相同的，都遵分子基本結(jié)構(gòu)是相同的，都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 。2、地球上的所有生物共用一套遺傳密碼地球上的所有生物共用一套遺傳密碼DNA DN

2、A 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(shí)內(nèi)容本節(jié)知識(shí)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” ” 限制酶限制酶 “分子縫合針?lè)肿涌p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 閱讀課本閱讀課本4-54-5頁(yè)頁(yè)“限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)下表的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)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(lái)主要從原核生物中分離純化而來(lái)已經(jīng)分離出大約已經(jīng)分離出大約40004000種種1 1、識(shí)別特定核苷酸序列、

3、識(shí)別特定核苷酸序列2 2、切割切割特定部位特定部位兩個(gè)核苷酸之兩個(gè)核苷酸之間的間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵。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12仔細(xì)觀察各限制酶仔細(xì)觀察各限制酶 識(shí)別的特定序列有識(shí)別的特定序列有何特點(diǎn)？何特點(diǎn)？限制酶的識(shí)別序列限制酶的識(shí)別序列1.1.堿基互補(bǔ)對(duì)稱堿基互補(bǔ)對(duì)稱2.2.有一條中心軸線，中軸有一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈線兩側(cè)的雙鏈DNADNA上的堿基上的堿基是是反向?qū)ΨQ重復(fù)反向?qū)ΨQ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(

4、EcoR)只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。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(kāi)的被限制酶切開(kāi)的DNADNA兩條單兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核伸出的核苷酸苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫這樣的切口叫黏性末端黏性末端。SmaISmaI只能識(shí)別CCCGGG序列，并在C和G之間切開(kāi)。中軸線SmaISmaI限制酶的作用限制酶的作用在G與C之間切割SmaISmaI限制酶的切割限制酶的切割當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開(kāi)時(shí)，切開(kāi)當(dāng)限制酶從識(shí)別序

5、列的中心軸線處切開(kāi)時(shí)，切開(kāi)的的DNADNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫叫平末端平末端。你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？是什么嗎？限制酶在原核生物中主要起到切割外源限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、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)自身的目的。的目的。尋根問(wèn)底尋根問(wèn)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(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，細(xì)菌通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，細(xì)菌DNADNA分子中分子中不具備這不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列種限制酶的識(shí)別切割序列，或者，或者通過(guò)甲基化酶通過(guò)

6、甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)不能將其切開(kāi)。類型來(lái)源功能相同點(diǎn)差別EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶大腸桿菌T4噬菌體形成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 5頁(yè)頁(yè)“分子縫合針”DNA連接酶的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)下表的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)下表自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)把切下來(lái)的DNA片段拼接成新的DNA，即將脫氧核糖和磷酸連接起來(lái)催化形成磷酸二酯鍵DNADNA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(lái)才能拼起來(lái)DNADNA連接酶的縫合作用連

7、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(lái)起來(lái)，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單鏈單鏈缺口，但不能連接單鏈缺口，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連接酶連接酶還可把平末端之間的縫隙還可把平末端之間的縫隙“縫合縫合”起來(lái)，但效率較低起來(lái)，但效率較低DNADNA連接酶的縫合作用連接酶的縫合作用A A T T GA A T T GC CA AA AT TT TA AA AT TT TDNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶

8、聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的作用聚合酶的作用返回返回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只能將單個(gè)核苷單個(gè)核苷酸酸連接到已有的連接到已有的DNADNA片段上，形片段上，形成磷酸二酯鍵成磷酸二酯鍵在在兩個(gè)兩個(gè)DNADNA片片段之間段之間形成磷形成磷酸二酯鍵酸二酯鍵限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列和切點(diǎn)是的識(shí)別序列和切點(diǎn)是GGATCC，限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶的識(shí)

9、別序列和切點(diǎn)是的識(shí)別序列和切點(diǎn)是GATC。在在質(zhì)粒上有酶質(zhì)粒上有酶的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有一的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有一個(gè)酶?jìng)€(gè)酶的切點(diǎn)的切點(diǎn)。（1 1）請(qǐng)畫(huà)出質(zhì)粒被限制酶）請(qǐng)畫(huà)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(qǐng)畫(huà)出目的基因兩側(cè)被限制酶）請(qǐng)畫(huà)出目的基因兩側(cè)被限制酶切割后所形成的切割后所形成的黏性末端。黏性末端。（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？后形成的黏性末端能否連接？為什么？小試身手小試身手（一）作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。將外源基因送入受

10、體細(xì)胞。 運(yùn)載體運(yùn)載體質(zhì)粒質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒、噬菌體和動(dòng)植物病毒1.假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不能復(fù)制將怎樣？假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不能復(fù)制將怎樣？2.作為載體沒(méi)有切割位點(diǎn)（即限制酶切點(diǎn)），將會(huì)怎作為載體沒(méi)有切割位點(diǎn)（即限制酶切點(diǎn)），將會(huì)怎樣？樣？3.目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何察覺(jué)？目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何察覺(jué)？4.如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將會(huì)怎樣？如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將會(huì)怎樣？（二）.種類：（三）（三）.質(zhì)粒的特點(diǎn)質(zhì)粒的特點(diǎn)作為運(yùn)載體需要什么條件嗎？作為運(yùn)載體需要什么條件嗎？載體的作用載體的作用載體的必載體的必要條件要條件載體的種類載體的種類閱讀課本第閱讀課本第6 6頁(yè)頁(yè)

11、“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”運(yùn)載運(yùn)載體的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)下表體的相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)下表自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)1 1）能夠在宿主細(xì)胞中）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制復(fù)制并穩(wěn)定地并穩(wěn)定地保存保存。2 2）具多個(gè)）具多個(gè)限制酶切點(diǎn)限制酶切點(diǎn)，以，以便與外源基因連接便與外源基因連接。3 3）具有某些）具有某些標(biāo)記基因標(biāo)記基因，便于進(jìn)行，便于進(jìn)行鑒定鑒定和和選擇選擇。4 4）必須是）必須是安全安全的的 ，對(duì)受體細(xì)胞，對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害無(wú)害。運(yùn)載工具運(yùn)載工具，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制大量復(fù)制細(xì)菌的質(zhì)粒細(xì)菌的質(zhì)粒病毒：病毒：噬菌體衍生物噬菌體衍生物、

12、動(dòng)植物病毒等。、動(dòng)植物病毒等。 有標(biāo)記基因的存有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點(diǎn)有切割位點(diǎn)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(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之之外，并具有外，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(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(guò)人工改造的。過(guò)人工改造的。1、在

13、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，需使片段，需使用（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反饋練習(xí)：反饋練習(xí)：3 3、下列不適合用于基因工程的運(yùn)載體、下列不適合用于基因工程的運(yùn)載體是（是（ ） A A、質(zhì)粒、質(zhì)粒 B B、噬菌體、噬菌體 C C、細(xì)菌、細(xì)菌 D D、病毒、病毒選選我我C4、下列說(shuō)法正確的是、下列說(shuō)法正確的是：（：（ ） A、限制酶的切口一定是、限制酶的切口一定是GAATTC堿基序列堿基序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、重組技術(shù)所用的工具酶是限制酶、 連接酶、運(yùn)載體連接酶、運(yùn)載體 D、利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因、利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因 進(jìn)行大量復(fù)制的過(guò)程可稱為進(jìn)行大量復(fù)制的過(guò)程可稱為“克隆克隆”選選我我D審題審題5、以下是兩種限制酶切割后形成的、以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，試分析：片段，