重組DNA技術的基本工具課件-高二下學期生物人教版選擇性必修3

1、3.1 重組DNA技術的基本工具教學目標1.闡明重組DNA技術所需的三種基本工具的作用。2.認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術創(chuàng)新。基因工程科技探索之路新課導入番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當番木瓜被這種病毒侵染后，產量會大大下降?？茖W家通過精心設計，用“分子工具”培育出了轉基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。轉基因番木瓜DNA雙螺旋的直徑只有2nm，對如此微小的分子進行操作，是一項非常精細的工作，更需要專門的“分子工具”。那么，科學家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？基因工程基因工程：是指按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造

2、出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品。從技術操作層面看，由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫 重組DNA技術1.操作環(huán)境：2.原理：3.操作對象：4.操作水平：5.結果：體外環(huán)境基因分子水平基因重組賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品定向改造生物性狀；克服遠緣雜交不親和障礙6.意義：理論基礎1.DNA的基本組成單位相同(都是四種脫氧核苷酸)2.都遵循堿基互補配對原則3.DNA分子的空間結構都是規(guī)則的雙螺旋結構 理論基礎1.基因是控制生物性狀的結構與功能單位2.遺傳信息傳遞都遵循中心法則3.所有生物幾乎共用一套遺傳密碼復制基因工程的理論基礎

3、基因工程的基本工具那么，科學家究竟用到了哪些“分子工具”？ 這些“分子工具”各具有什么特征呢？工具分子手術刀分子縫合針分子運輸車限制性內切核酸酶：DNA連接酶：載體：準確切割DNA分子將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導入受體細胞1.限制性核酸內切酶“分子手術刀” 基因工程的基本工具（大部分限制酶切割結果為黏性末端）EcoR識別的序列切點切點切點來源：從微生物（主要是原核生物）體內分離出來功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。EcoR +1.限制性核酸內切酶“分子手術刀” 基因工程的基本工具1.限

4、制性核酸內切酶“分子手術刀” 識別序列的特點：呈現堿基互補對稱，無論是奇數個堿基還是偶數個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱重復排列的?；蚬こ痰幕竟ぞ呓Y果:產生黏性末端或平末端基因工程的基本工具基因工程的基本工具推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？限制酶是原核生物的一種防御工具，用來切割侵入細胞的外源DNA，以保證自身安全。為什么限制酶不切割細菌本身的DNA分子？含某種限制酶的細菌的DNA分子不具備這種限制酶的識別序列，或者甲基化酶將甲基轉移到了限制酶所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。練習1、已知限制酶的識別序列和切點是GGATCC，限制

5、酶的識別序列和切點是GATC。 （1）則能被限制酶I切割的DNA，_（能/不能）被限制酶II切割； （2）能被限制酶II切割的DNA，_（能/不能/不一定能）被限制酶I切割。能不一定能鞏固練習2.DNA連接酶“分子縫合針” (1)作用：將 “縫合”起來，恢復被 切開的兩個核苷酸之間的_。雙鏈DNA片段限制酶磷酸二酯鍵DNA連接酶+基因工程的基本工具DNA連接酶的種類：種類Ecoli DNA連接酶T4 DNA連接酶來源功能特性相同點大腸桿菌T4噬菌體只能將具有互補黏性末端的DNA片段連接起來；既可以連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端；恢復的都是磷酸二酯鍵不能連接具有平末端的DNA片段。又可以連接雙

6、鏈DNA片段的平末端（但連接平末端的效率相對較低）。基因工程的基本工具基因工程的基本工具Ecoli DNA連接酶的縫合作用兩個DNA片段要具有相同的黏性末端才能連接起來把兩個DNA片段黏性末端間的縫隙“縫合”起來，基因工程的基本工具T4 DNA連接酶還可以把平末端之間的縫隙“縫合”起來，但效率相對較低。T4 DNA連接酶的縫合作用基因工程的基本工具CAATTGAGTATCDNA聚合酶以DNA母鏈為模板，連接單個脫氧核苷酸形成單鏈DNA聚合酶作用示意圖基因工程的基本工具與DNA相關的幾種酶的比較項目DNA連接酶限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵作用對象DNA片段D

7、NA單個的脫氧核苷酸DNA作用結果將兩個DNA片段連接成完整的DNA分子切割雙鏈DNA分子將單個的脫氧核苷酸連接到DNA單鏈末端將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈RNA聚合酶磷酸二酯鍵DNA將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸DNA酶3.基因進入受體細胞的載體“分子運輸車”載體的作用 最常用載體：質粒將外源基因送入受體細胞。裸露、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA外，具有自我復制能力的環(huán)狀雙鏈DNA。在基因工程操作中，真正被用作載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。大腸桿菌及質粒結構模式圖基因工程的基本工具目的基因是一個DNA片段，不含有復制原點、不含有啟動子和終止子。為什

8、么需要載體3.基因進入受體細胞的載體“分子運輸車”思考：形成一個重組質粒會形成幾個磷酸二酯鍵？四基因工程的基本工具3.基因進入受體細胞的載體“分子運輸車”種類：質粒、噬菌體、動植物病毒等。它們的來源不同，在大小、結構、復制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差別。載體必須具備的條件具一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段（基因）插入其中。能夠在宿主細胞中自我復制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復制。具有某些標記基因，便于重組DNA分子的篩選。標記基因通常有抗生素的抗性基因，如：抗氨芐青霉素基因(ampr)、抗四環(huán)素基因(tetr)。熒光蛋白基因，如：綠色熒光蛋白基因(GFP

9、)、紅色熒光蛋白基因(RFP)?；蚬こ痰幕竟ぞ呋蚬こ痰幕竟ぞ咻d體要與外源DNA片段連接，需要具備什么條件？要使攜帶的外源DNA片段在受體細胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？我們用肉眼看不到載體是否進入受體細胞，為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？具有一個或多個限制酶切割位點，供外源DNA片段插入其中。能在受體細胞中自我復制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復制，這樣它攜帶的外源DNA片段才能在受體細胞中復制，不至于丟失。具有標記基因，便于重組DNA分子的篩選?；蚬こ痰幕竟ぞ逥NA連接酶用一種限制酶切（單酶切）ATGCAACGTTATAGCTTAGGATCCAC

10、CTAGGTTCGABt基因基因工程的基本工具用兩種限制酶切（雙酶切）質粒與質粒連接后的運載體過大，導致轉化難以發(fā)生，故不予考慮避免自身環(huán)化，增大目的基因和運載體連接的概率，能避免反向連接DNA連接酶基因工程的基本工具課堂小結課后練習3基因運輸工具載體，必須具備的條件之一及理由均正確的是 （ ） A能夠復制，以便目的基因插入其中 B具有多個限制酶切割位點，便于目的基因的表達 C具有某些標記基因，便于重組DNA的篩選 D對受體細胞無害，便于重組DNA的篩選C課后練習4.某細菌質粒上有標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因（目的基因）是否轉入成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生

11、長情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置（插入點有a、b、c）示意圖，請根據表中提供的細菌生長情況，推測三種重組后細菌的外源基因插入點，正確的一組是 （ ）插入點細菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況細菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長狀況能生長能生長能生長不能生長不能生長能生長A.是c；是b；是a B是a和b；是a；是bC是a和b；是b；是a D是c；是a；是bA課后練習3. 圖甲是含有目的基因的外源DNA片段，圖乙是用于將目的基因導入受體細胞的質粒（陰影部分表示抗生素抗性基因），相關限制酶的作用部位如圖所示，現欲培養(yǎng)轉基因抗病植株，回答下列問題。（1）在基因工程的操作中，不宜選用SmaI，原因是SmaI會破壞_和_。（2）在基因工程的操作中，不宜選用EcoRI，原因是用EcoRI切割外源DNA片段后，_。目的基因質粒上的抗生素抗性基因目的基因只有一側含有黏性末端，不能插入到質粒中（3）由于反