選修三基因工程的基本工具

1、愿同學(xué)們在新的一年里，愿同學(xué)們在新的一年里，健康快健康快樂像馬猴，樂像馬猴，無憂無慮比猿猴，聰無憂無慮比猿猴，聰明伶俐勝孫猴！好事多如猴毛，明伶俐勝孫猴！好事多如猴毛，成績猴順猴順滴！成績猴順猴順滴！選修選修3 生態(tài)工程生態(tài)工程生物技術(shù)的安全性生物技術(shù)的安全性和倫理問題和倫理問題胚胎工程胚胎工程細(xì)胞工程細(xì)胞工程基因工程基因工程現(xiàn)代生物科技現(xiàn)代生物科技專題專題專題專題1.1.基因工程基因工程 基因工程的概念基因工程的概念1.1 基因工程的基本工具基因工程的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 基因工程的發(fā)展史基因工程的發(fā)展史1.3 基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1.4 蛋白

2、質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起基因工程的概念基因工程的概念 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外嚴(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNADNA重組和轉(zhuǎn)基重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNADNA分子分子水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此又叫做水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此又叫做DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)或或基因拼接技術(shù)基因拼接技術(shù)?；蚬こ痰母拍罨蚬こ痰母拍钸@種技術(shù)是在生物體外，通過對

3、這種技術(shù)是在生物體外，通過對DNADNA分子進(jìn)行人工分子進(jìn)行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。類所需要的基因產(chǎn)物。 為什么能把一種生物的基因為什么能把一種生物的基因“嫁接嫁接”到另一種生物上并成功表達(dá)？到另一種生物上并成功表達(dá)？即：（即：（1）不同生物）不同生物DNA分子的基分子的基本結(jié)構(gòu)是相同的，都遵循堿基互補本結(jié)構(gòu)是相同的，都遵循堿基互補配對原則。配對原則。（2）生物界共

4、用一套遺傳密碼。）生物界共用一套遺傳密碼。一、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”分分 布：布： 主要從原核生物中分離純化得到主要從原核生物中分離純化得到作用特點：作用特點： 特異性，即識別特異性，即識別雙鏈雙鏈DNA分子的分子的 特定核苷酸序列，切割特定切點特定核苷酸序列，切割特定切點切切 點：點： 每一條鏈中每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的特定部位的兩個核苷酸之間的 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵種種 類：類： 約約4000種種舉舉 例：例： EcoRI限制酶能識別限制酶能識別GAATTC序列，序列， 并在并在G和和A之間切開之間切開結(jié)結(jié) 果：果：形成兩種末端形成兩種末端黏性末端黏性末端平末端平末端限

5、制酶所識別的序列有什么特點 限制酶所識別的序列，無論是限制酶所識別的序列，無論是6 6個堿基還是個堿基還是4 4個堿基，個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNADNA上上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。限制性內(nèi)切酶限制限制酶酶DNADNA被限制酶切斷后有兩個反向互補的被限制酶切斷后有兩個反向互補的“黏黏性末端性末端”。被同一種限制切斷的幾個。被同一種限制切斷的幾個DNADNA具有相具有相同的黏性末端，能夠通過互補進(jìn)行配對。同的黏性末端，能夠通過互補進(jìn)行配對。CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA

6、 GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 練習(xí)使用練習(xí)使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端3.限制酶在原核生物中的作用 原核生物容易受到自然界外源原核生物容易受到自然界外源DNADNA的入侵，但是，的入侵，但是，生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御生物在長期的進(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。限制酶就是細(xì)機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源菌的一種防御性工具，當(dāng)外

7、源DNADNA侵入時，會利用侵入時，會利用限制酶將外源限制酶將外源DNADNA切割掉，以保證自身的安全。所切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNADNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。 含有某種限制酶的細(xì)胞，其含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNADNA分子中或者不具備分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。能將其切開。 二、DNA連接酶“分

8、子縫合針”1.1.連接酶有兩種：連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為EcoliEcoli連連接酶。接酶。另一種是從另一種是從T4T4噬菌體中分離得到，稱為噬菌體中分離得到，稱為T T4 4連接酶連接酶。2.2.這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈都是連接雙鏈DNADNA的缺口，的缺口，而不能連接單鏈而不能連接單鏈DNADNA。3.Ecoli3.Ecoli連接酶只能連接黏性末端；連接酶只能連接黏性末端； T T4 4連接酶既可連接酶既可“縫合縫合”黏性末端，又可黏性末端，又可“縫合縫合”平平末端。末端。DNA連

9、接酶“分子縫合針” DNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶一樣嗎？為什么？聚合酶一樣嗎？為什么？ 使用使用DNA連接酶制作重組連接酶制作重組DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重組重組DNA分子分子Recombinant DNAGGCATCTTAAAATTCCGTAG 答：答：不是一回事。（在相鄰核苷酸的不是一回事。（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與位碳原子上的羥基與5位碳原位碳原子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成）子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成）（1）DNA聚合酶只能

10、將單個核苷酸加到已有的核酸片段的聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3末端末端 的羥基上，形成磷酸二酯鍵；的羥基上，形成磷酸二酯鍵； 而而DNA連接酶是在兩個連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸 二酯鍵形成一條與模板鏈互補的二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；鏈； 而而DNA連接酶是將連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。 因此因此DNA連接酶不需要模板。連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組

11、成和性質(zhì)各不相同。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不相同。三、基因的載體“分子運輸車”2.載體必須具備的條件：載體必須具備的條件： 能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存； 具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接； 具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選；具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選； （如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等（如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等 ） 對受體細(xì)胞無害。對受體細(xì)胞無害。1.載體的作用：載體的作用： 將外源基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去。將外源基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去。 利用運載體在受體細(xì)胞內(nèi)，對外源基因進(jìn)行大量復(fù)制。利用運載體在受體細(xì)胞內(nèi)，對外源基因進(jìn)行大量復(fù)制。3.常用的載體有：常用的載體有： 質(zhì)粒，質(zhì)粒，噬菌體的衍生物，動植物病毒等噬菌體的衍生物，動植物病毒等質(zhì)粒 質(zhì)粒是基因工質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體，程最常用的運載體，它廣泛地存在于細(xì)它廣泛地存在于細(xì)菌中，是細(xì)菌染色菌中，是細(xì)菌染色體外能夠自主