《【高中生物】重组DNA技术的基本工具课件 2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【高中生物】重组DNA技术的基本工具课件 2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 基因工程【复习】基因的结构和功能1.基因与DNA的关系？2.基因的基本单位是什么？基因是有遗传效应的DNA片段DNA平面结构DNA立体结构CH2 HOH HH HH 碱基碱基 磷酸 54321脱氧核苷酸【复习】基因的结构和功能3.基因的功能？储存、传递、表达遗传信息复制子代DNA转录、翻译控制蛋白质合成复制转录翻译DNARNA逆转录复制蛋白质1944年艾弗里等人证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。1950年埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。1958年梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。1961年尼伦伯格和马太破
2、译了第一个编码氨基酸的密码子。1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶（简称限制酶）。20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。1972年，伯格成功构建了第一个体外重组DNA分子。1973年，证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，基因工程正式问世。1977年，桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法。此后，DNA合成仪的问世为体外合成DNA提供了方便。1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。1983年
3、，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。1985年，穆里斯等人发明了PCR。1990年，人类基因组计划启动。2003年完成21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，加速了人们对基因组序列的了解。2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。基因工程发展历程 我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中，常会受到一些虫害的侵袭，其中以棉铃虫最为常见，它可以使棉花产量减少三分之一，甚至绝收。大量施用农药 能不能导入“杀虫基因”
4、到棉花细胞，使棉花自身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？抗虫基因转基因转基因基因工程基因工程1.基因工程的概念是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫 重组DNA技术。基因分子水平基因重组赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍2.原理：3.操作对象：4.操作水平：5.结果：6.意义：一基因工程背景资料 新华社长春1998年12月1日电：国家“九五”重点科技攻关项目“基因重组人胰岛素”，日前在吉
5、林省通化东宝药业股份有限公司研制成功，并于近日批量投放市场。我国由此成为世界上第3个能够生产、销售基因重组人胰岛素的国家。该项研究成果填补了国内基因重组人胰岛素的空白，加速了国内动物胰岛素的淘汰和替代进口产品，减轻了糖尿病患者的痛苦，为造福人类，推动科技进步做出了重要贡献。胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素胰岛胰岛问题一：如何获取人的胰岛素基因?问题二：如何将人胰岛素基因与大肠杆菌DNA相连接?问题三：如何将人胰岛素基因运送到大肠杆菌细胞呢？第3章 基因工程第第1 1节重组节重组DNADNA技术的工具技术的工具限制性内切核酸酶“分子手术刀”二阅读教材P71，回答下列问题：1.限制酶的来源？2.限制酶的特
6、点？3.限制酶的作用部位？4.限制酶的识别序列长度？5.限制酶的切割结果？问题一：如何获取人的胰岛素基因?限制性内切核酸酶“分子手术刀”二 1、来源：主要从原核生物中分离纯化来的 2、种类：数千种3、特点:能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。4、识别序列长度:大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数4个、8个或其他数量如何理解限制酶对双链DNA分子的特异性识别和切割？G1234512345 A磷酸二酯键磷酸二酯键TGCCGTAA5、限制酶作用部位:特定切点上的磷酸二酯键 限制酶名字的由来EcoR属名Escherichia首字母种名coli 前两个
7、字母R型菌株从中分离的第一个限制酶例如：流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:Hind IHind IIHind III资料卡资料卡资料卡资料卡6、限制酶切割结果:（1）实例1EcoR限制酶切割*EcoR识别序列为GAATTC*EcoR切割部位为GA之间的磷酸二酯键黏性末端黏性末端*形成的黏性末端（从5往3读）为_AATT（2）实例2Sma限制酶切割*Sma识别序列为CCCGGG*Sma切割部位为CG之间的磷酸二酯键平末端【检测1】：写出下列限制酶切割形成的黏性末端BamH_ EcoR_Hind _ Bgl _ GATCAATTA
8、GCTGATC思考：同种限制酶切割的黏性末端一定相同吗？不同种限制酶切出的黏性末端一定不同吗？一定相同,不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶Spe进行切割，B片段分别用限制酶Hind、Xba、EcoR和Xho进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。(1)请写出限制酶Spe、Hind、Xba和Xho切割形成的黏性末端。Spe：Hind：Xba：Xho：【检测2】：教材P74课后题拓展应用2【检测2】：教材P74课后题拓展应用2有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶Spe进行切割，B片段分别用限制酶Hind、Xba、EcoR和Xho进
9、行切割，各限制酶的识别序列和切割位点如下：(2)哪种限制酶切割B片段产生的DNA 片段能与限制酶Spe切割的A片段产生的DNA片段相连接，为什么？Xba因为Xba与Spe切割产生了相同的黏性末端（可互补）【P71旁栏思考题】限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？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，但生物在长期的进化过程中形，但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是就是细菌的一种细菌的一种防御性工具防御性工具，当外源，当外源DNADNA侵入时，会利用限制酶侵入时，会
10、利用限制酶将外源将外源DNADNA切割掉切割掉，以保证自身的安全。所以，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、起防御作用。原核细胞DNA中不存在限制酶的识别序列或能被识别的序列被修饰了。【P74拓展应用1】为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？一边阅读，一边完成学案上的表格请结合限制酶的作用特点，回答以下问题：（1）限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？不能（2）请结合右图，推断限制酶切一次可断开 个磷酸二酯键，产生 个游离的磷酸基团，产生 个黏性末端，消耗 分子水。限制酶只能识别并切开双链DNA分子两22两酶的专一性G A A T T CC T T A A GG
11、 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 G用同种限制酶切割(EcoR)问题二：如何将人胰岛素基因与大肠杆菌DNA相连接?缺口怎么办？G C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G什么样的末端什么样的末端才能连接才能连接起来？起来？，1.作用：2.种类：Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶“分子缝合针”三两两DNADNA片段要具有片段要具有互补的黏性末互补的黏性末
12、端端才能拼起来才能拼起来可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，Ecoli DNA连接酶的缝合作用DNA连接酶“分子缝合针”三 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶连接黏性末端即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键T4 DNA连接酶可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，效率低DNA连接酶“分子缝合针”三CTTCATGGAAGTACTTAAAATTCCCTAA GGGATT GG.TCTTAAAATTCC.AG TCTTCATGAGAAGTACTTAAAATTCCCTAAG GGGATTC GG.TCTTAAAATTCC.AG Ecoli DNA连接酶在
13、基因工程中的应用DNA连接酶“分子缝合针”三DNA连接酶“分子缝合针”三种类Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源连接末端类型共性大肠杆菌T4噬菌体只能连接黏性末端即可连接黏性末端，又可连接平末端将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键思考(72页)：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？A A T T GCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶回顾：DNA聚合酶的作用DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质不同点模板作用对象作用结果用途都能催化形成磷酸二酯键都是蛋白质不需要以DNA的一条链为模板
14、形成完整的重组DNA分子形成DNA的一条链基因工程DNA复制只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键只能催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键【归纳】DNA连接酶与DNA聚合酶的比较：根据所学知识，完成以下填空：限制酶 解旋酶 DNA连接酶 DNA聚合酶ba1.切断a处的酶为_2.连接a处的酶为_3.切断b处的酶为_a：磷酸二酯键；b：氢键反馈练习：归纳提升与DNA相关的4种酶的比较名称作用部位作用结果限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对之间的氢键将DNA切成两个片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端将双链D
15、NA分子局部解旋为单链载体种类：质粒、噬菌体、动植物病毒等问题三：如何将人胰岛素基因运送到大肠杆菌细胞呢？基因导入受体细胞的载体“分子运输车”四质粒：一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，具有自我复制能力的环状双链DNA分子。基因导入受体细胞的载体“分子运输车”四任务：分析归纳载体需要具备的条件：问题1：载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？问题2：要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？问题3：我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？条件：具有一个或多个限制酶切割位点；条件：能在受体细胞中进
16、行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；条件：具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。条件：载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害。大肠杆菌及质粒结构模式图真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。基因导入受体细胞的载体“分子运输车”四 AATTCGGCATAC TATCGTACGATAGGTACTTAA ATAGCATGCTATCCATGGCCGTATG目的基因目的基因 TCCTAG AGGATCTTAA AATTCCATAC GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATGGGTATG 实例：实例：重组DNA分子的模拟操作 AATTCGGCATAC TATCGTACGATAGGTACTTAA ATAGCATGCTATCCATG目的基因目的基因 TCCTAG AGGATCTTAA AATTCCATAC GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATGGGTATG GCCGTATG思考讨论：1.剪刀和透明胶带或订书针分别代表哪种“分子工具”？2.你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？限制酶限制酶DNA连接酶
