DNA重組技術(shù)的基本工具-課件第一頁(yè)，共33頁(yè)。第一頁(yè)第二頁(yè)，共33頁(yè)。課程標(biāo)準(zhǔn)列舉DNA重組技術(shù)的基本工具。課標(biāo)解讀1.簡(jiǎn)述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。2.說(shuō)明基因工程載體應(yīng)具備的條件。3.認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開(kāi)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。

第二頁(yè)第三頁(yè)，共33頁(yè)。1．基因工程的概念 基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)

和

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(lèi)型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在

水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)?；蚬こ痰母拍詈屠碚摶A(chǔ)

體外DNA重組轉(zhuǎn)基因DNA分子第三頁(yè)第四頁(yè)，共33頁(yè)。2．基因工程的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持理論基礎(chǔ)

是遺傳物質(zhì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和

的確立

的破譯技術(shù)支持基因轉(zhuǎn)移載體——

的發(fā)現(xiàn)多種

和

，以及

酶(工具酶)的發(fā)現(xiàn)DNA合成和

技術(shù)的發(fā)明

的實(shí)現(xiàn)、

的成功第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世、

技術(shù)的發(fā)明DNA中心法則遺傳密碼質(zhì)粒限制酶連接酶逆轉(zhuǎn)錄測(cè)序DNA體外重組重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)PCR第四頁(yè)第五頁(yè)，共33頁(yè)。[思維激活1]與其他生物變異相比，基因工程所導(dǎo)致的變異有何特點(diǎn)？ 提示變異一般是不定向的，但基因工程使生物產(chǎn)生新的性狀變異卻是定向的，是按照人們的實(shí)際需要進(jìn)行的有目的的改造。第五頁(yè)第六頁(yè)，共33頁(yè)?；蚬こ谈拍畹睦斫?/p>

基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平DNA分子水平基本過(guò)程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果人類(lèi)需要的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品第六頁(yè)第七頁(yè)，共33頁(yè)。特別提醒基因工程具有以下五個(gè)方面的特點(diǎn)：(1)它是一種按照人們的意愿，定向地改造生物遺傳特性的技術(shù)。(2)在DNA分子水平進(jìn)行操作。(3)是在體外進(jìn)行的人為的基因重組。(4)一旦成功，便可遺傳。(5)主要技術(shù)為體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)。第七頁(yè)第八頁(yè)，共33頁(yè)?！眷柟?】科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是()。 A．定向提取生物體內(nèi)的DNA分子 B．定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切” C．在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D．定向地改造生物的遺傳性狀第八頁(yè)第九頁(yè)，共33頁(yè)。解析基因工程的定義就是在生物體外，通過(guò)對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)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(wú)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(lèi)所需的基因產(chǎn)物，也就定向地改造了生物的遺傳性狀。答案D第九頁(yè)第十頁(yè)，共33頁(yè)。1．限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀” (1)來(lái)源 主要來(lái)自于

。 (2)特點(diǎn) ①識(shí)別雙鏈DNA分子的某種

序列； ②使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的

斷裂。 (3)作用結(jié)果 ①黏性末端：在所識(shí)別序列的

將DNA的兩條鏈分別切開(kāi)時(shí)形成的末端。 ②平末端：在所識(shí)別序列的

處切開(kāi)時(shí)形成的末端?；蚬こ痰墓ぞ呙冈松锾囟ê塑账崃姿岫ユI中心軸線兩側(cè)中心軸線第十頁(yè)第十一頁(yè)，共33頁(yè)。2．DNA連接酶——“分子縫合針” (1)種類(lèi) (2)作用結(jié)果：恢復(fù)被

切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的

，拼接成新的DNA分子。種類(lèi)比較項(xiàng)目E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)源

.

.特點(diǎn)只能“縫合”具有

的雙鏈DNA片段既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的

．又可以“縫合”雙鏈DNA片段的

.大腸桿菌T4噬菌體互補(bǔ)的黏性末端黏性末端平末端限制酶磷酸二酯鍵第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共33頁(yè)。[思維激活2]

限制酶的存在對(duì)細(xì)菌的生存有何重要意義？它為何不切割自身的DNA? 提示限制酶是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA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DNA，使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。細(xì)菌中限制酶之所以不剪切自身DNA，是因?yàn)槲⑸镌陂L(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對(duì)于外源入侵的DNA可以降解掉。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共33頁(yè)。1．限制酶與DNA連接酶比較 (1)區(qū)別作用應(yīng)用限制酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂用于提取目的基因和切割載體DNA連接酶在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于基因表達(dá)載體的構(gòu)建第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共33頁(yè)。(2)兩者的關(guān)系可表示為第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共33頁(yè)。2．DNA連接酶與DNA聚合酶的比較DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)模板不需要模板需要DNA的一條鏈為模板作用對(duì)象游離的DNA片段單個(gè)的脫氧核苷酸作用結(jié)果形成完整的DNA分子形成DNA的一條鏈用途基因工程DNA復(fù)制第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共33頁(yè)。特別提醒(1)由于氫鍵是分子間作用力，其斷裂與重新形成均與限制酶和DNA連接酶無(wú)關(guān)。(2)限制酶與DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)均是蛋白質(zhì)，其組成的基本單位是氨基酸。第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共33頁(yè)?！眷柟?】下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的說(shuō)法中，正確的是()。 A．其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì) B．DNA連接酶可恢復(fù)DNA分子中的氫鍵 C．在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA連接酶 D．限制酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端 解析限制酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。 答案A第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共33頁(yè)。1．載體的種類(lèi)有

、

的衍生物、

等。2．常用載體——質(zhì)粒 (1)質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有

能力的

分子。 (2)質(zhì)粒DNA分子上有一至多個(gè)

位點(diǎn)，供

DNA片段插入其中。 (3)質(zhì)粒上有特殊的

，供重組DNA的

。 (4)在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)

的?；蜻M(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車(chē)”

質(zhì)粒λ噬菌體動(dòng)植物病毒自我復(fù)制雙鏈環(huán)狀DNA限制酶切割外源標(biāo)記基因鑒定和選擇人工改造第十八頁(yè)第十九頁(yè)，共33頁(yè)。3．重組DNA分子的模擬操作 (1)所用材料用具中，剪刀代表

，透明膠條代表

。 (2)用剪刀切割時(shí)，應(yīng)找出

序列，并在

之間作切口進(jìn)行“切割”。 (3)若操作正確，不同顏色的黏性末端應(yīng)能

。EcoRⅠDNA連接酶G—A—A—T—T—CG—A互補(bǔ)配對(duì)第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共33頁(yè)。[思維激活3]在重組DNA分子的模擬操作中，剪刀所剪位置應(yīng)屬何種部位？ 提示剪刀所剪位置應(yīng)為3,5-磷酸二酯鍵。第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共33頁(yè)。1．載體的作用 (1)用它作為運(yùn)載工具，將目的基因送入受體細(xì)胞中去。 (2)利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2．作為載體的必備條件 (1)有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段插入。 (2)具備自我復(fù)制能力，且能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。 (3)帶有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 (4)必須是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害。第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。3．載體的種類(lèi) (1)細(xì)菌質(zhì)粒，它是細(xì)菌擬核DNA以外的小型雙鏈環(huán)狀DNA，有的細(xì)菌只有一個(gè)，有的細(xì)菌有多個(gè)。 (2)λ噬菌體的衍生物和某些動(dòng)植物病毒的DNA。 一般來(lái)說(shuō)，天然載體往往不能滿足人類(lèi)的所有要求，因此人們根據(jù)不同的目的和需求，對(duì)某些天然的載體進(jìn)行人工改造。第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。特別提醒(1)質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它并非只存在于原核細(xì)胞中，某些真核細(xì)胞(如酵母菌)中也存在質(zhì)粒，質(zhì)粒上的基因?qū)儆诩?xì)胞質(zhì)基因。它能自我復(fù)制，既可在自身細(xì)胞、受體細(xì)胞復(fù)制，也可在體外復(fù)制。(2)供目的基因插入的酶切位點(diǎn)所處的位置必須是在載體本身需要的基因之外，這樣才不至于因目的基因的插入而使其失活。第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共33頁(yè)?！眷柟?】質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體， 它存在于許多細(xì)菌體內(nèi)，某細(xì)菌質(zhì)粒上 的標(biāo)記基因如圖所示，通過(guò)標(biāo)記基因可 以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)移成功。 外源基因插入的位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基 上的生長(zhǎng)情況也不同，如圖所示，外源基因在質(zhì)粒中可插入的位置有a、b、c點(diǎn)。某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)其插入的位點(diǎn)進(jìn)行分析，其中分析正確的是()。第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共33頁(yè)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)推論在含青霉素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)情況在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)情況目的基因插入位置A能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)aB不能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)bC能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)cD不能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)c第二十五頁(yè)第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。解析若外源基因插入a或b點(diǎn)，則會(huì)破壞抗四環(huán)素基因或抗青霉素基因，則在含有四環(huán)素或青霉素的培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)，若質(zhì)粒插入c點(diǎn)，兩種基因保持完整，在分別含有每種抗生素的培養(yǎng)基上都能生長(zhǎng)。答案B第二十六頁(yè)第二十七頁(yè)，共33頁(yè)。【例1】下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是()。 A．基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程 B．基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類(lèi)都是有益的 C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變 D．基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng)基因工程的概念及特點(diǎn)

第二十七頁(yè)第二十八頁(yè)，共33頁(yè)。思維導(dǎo)圖：第二十八頁(yè)第二十九頁(yè)，共33頁(yè)。深度剖析本題考查基因工程的概念?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過(guò)對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造(目的性強(qiáng))和重新組合(基因重組)，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類(lèi)所需要的基因產(chǎn)物。但并不是所有的基因產(chǎn)物對(duì)人類(lèi)都有益?；蚬こ淌欠肿铀缴系纳锕こ獭４鸢窪第二十九頁(yè)第三十頁(yè)，共33頁(yè)。思維深化基因工程的原理：(1)不同生物DNA分子得以重新拼接的基礎(chǔ)：①DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸；②雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)；③所有生物DNA堿基對(duì)均遵循嚴(yán)格的“互補(bǔ)配對(duì)”原則，即A總與T配對(duì)，G總與C配對(duì)——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同D