资源简介

(共45张PPT)
第3章 基因工程
1.基因是什么？
2.基因的功能是什么？
基因通过控制蛋白质的合成，直接或间接控制生物的性状。
转录
DNA
mRNA
蛋白质
翻译
（RNA聚合酶）
——体现相关的生物性状
知识回顾——基因
基因是有遗传效应的DNA片段。
①DNA中文全称:　　　　　　　
②组成元素:　　　　　　　　
③基本单位:　　　　　　　　　
脱氧核糖核酸
C H O N P
脱氧核糖核苷酸
= 磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
1′
4′
3′
2′
5′
A T G C
脱氧核苷酸
(4种)
知识回顾——DNA
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
G
磷酸
脱氧
核糖
T
磷酸
T
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
氢键
磷酸二酯键
脱氧核苷酸如何链接成脱氧核苷酸链的呢？
知识回顾——DNA
双螺旋结构
知识回顾——DNA
DNA的结构特点：
5’
3’
3’
5’
知识回顾——DNA
② 和 交替连接，排列在外侧，构成 ； 排列在内侧。
③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，且遵循 。
①DNA是由两条单链组成的，这两条链
按 方式盘旋成双螺旋结构。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基
基本骨架
氢键
碱基互补配对原则
…… ATGCCGTGGAATTCC ……
…… TACGGCACCTTAAGG ……
①
②
①磷酸二酯键
②氢键
简图：
知识回顾——DNA
操作环境及操作对象
原理
操作水平
结果
体外环境；基因
分子水平
概念
基因工程
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
基因工程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产品。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，因此又叫作重组DNA技术。
这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切” 和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
不同种生物的基因能“拼接”的理论基础：
①DNA都是由4种脱氧核苷酸组成
目的基因在受体细胞内表达原因：
地球上所有的生物共用一套密码子。
②双链DNA空间结构都是规则的双螺旋结构
基因工程的优点：
①定向改造生物遗传性状
②克服远缘杂交不亲和的障碍
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。
DNA双螺旋的直径只有2 nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？
准确切割DNA分子
将DNA片段连接起来
“分子手术刀”
“分子缝合针”
“分子运输车”
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
第1节 重组DNA技术的基本工具
“分子手术刀”
限制性内切核酸酶
DNA连接酶
基因进入受体细胞的载体
“分子缝合针”
“分子运输车”
01
限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
1、来源：
主要是从原核生物中分离纯化出来的一类酶。
2、作用：
①识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，
②并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
*确切来说应该是催化磷酸二酯键断开
*该过程“特定”体现了酶的专一性
*限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
3.识别序列
大多数限制酶的识别序列由___个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由___个、___个或__________的核苷酸组成。
6
4
8
其他数量
EcoRⅠ
5’…G-A-A-T-T-C…3’
3’…C-T-T-A-A-G…5’
SmaⅠ
5’…C-C-C-G-G-G…3’
3’…G-G-G-C-C-C…5’
BamHⅠ
5’…G-G-A-T-C-C…3’
3’…C-C-T-A-G-G…5’
TaqⅠ
5’……T-C-G-A……3’
3’……A-G-C-T……5’
*限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 ，称为回文序列。
EcoRⅠ
属名Escherichia首字母
种名coli前两个字母
R型菌株
从中分离的第一个限制酶
资料卡
限制酶的命名
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 I
Hind II
Hind III
4.切割结果
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——________和_______
黏性末端
平末端
（1）实例1——EcoRⅠ限制酶切割
*EcoRⅠ识别序列为GAATTC
*EcoRⅠ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__________
*一个限制酶切割一次形成_______个黏性末端
*同一种限制酶切割形成的黏性末端_________
*两个黏性末端有__________个游离的磷酸基团。
AATT-
两
相同
2
（2）实例2——SmaⅠ限制酶切割
*SmaⅠ识别序列为CCCGGG
*SmaⅠ切割部位为CG之间的磷酸二酯键
平末端
现学现用：写出下列限制酶切割形成的黏性末端
BamHⅠ________ EcoRⅠ________
HindⅢ________ BglⅡ ________
GATC-
AATT-
AGCT-
GATC-
思考：你从中发现什么现象了？
不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端
现学现用：
以下黏性末端是由__种限制酶作用产生的
3
思考：你从中发现什么现象了？
相同的黏性末端也可能是由不同限制酶作用形成的
1.你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？
提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身的安全。
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA
提示：微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源入侵的DNA降解掉。生物在长期的演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
拓展思维：
1.要想从一个DNA分子中获得某个特定的基因需要有几个酶切位点？
产生几个末端？
2
4
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGAT T
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGATT
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGATT
使用EcoRⅠ酶剪切目的基因
识别序列GAATTC
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
A A T T C
G
G
C T T A A
用同种限制酶切割(EcoRⅠ)
拓展思维：2.把两种来源不同的DNA进行重组，应该怎样处理？
缺口怎么办？
种类 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源
作用
相同点 大肠杆菌
T4噬菌体
只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来
既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
恢复的都是磷酸二酯键
02
DNA连接酶——“分子缝合针”
1.DNA连接酶作用
2.基因工程常用的DNA连接酶有两种：
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，形成重组DNA分子。
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！
E·coli DNA连接酶的缝合作用
A A T T G
C
A
A
T
T
A
A
T
T
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
旁栏思考：
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
只能将单个核苷酸连接到已有的核苷酸链上，形成磷酸二酯键
DNA聚合酶作用示意图：
DNA连接酶
DNA连接酶
A
T
A
G
T
C
C
G
A
A
T
T
连接两个DNA片段
DNA连接酶作用示意图：
归纳总结
3.DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质 不 同 点 模板
作用对象
作用结果
都能催化形成____________
不需要
________________作模板
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
只能将单个核苷酸连接到已有的核苷酸链上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
磷酸二酯键
需要DNA的一条链
4.DNA连接酶、DNA聚合酶、限制酶、解旋酶的比较
种类 作用 作用部位
DNA连接酶
DNA聚合酶
限制酶
DNA酶
解旋酶
连接两个DNA片段
形成磷酸二酯键
将单个的脱氧核苷酸连接的已有的核苷酸链上
形成磷酸二酯键
①识别特定脱氧核苷酸序列②有特定的切割位点
破坏磷酸二酯键
催化DNA水解为脱氧核苷酸
破坏磷酸二酯键
解开DNA的双螺旋结构
破坏氢键
下图为 DNA 分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是：（ ）
A.①②③④ B.①④②③
C.①②④③ D.①④③②
B
学以致用
据图所示,有关工具酶功能的叙述不正确的是
A.限制性核酸内切酶可以切断a处,DNA连接酶可以连接a处
B.DNA聚合酶可以连接a处
C.解旋酶可以使b处解开
D.连接c处的酶可以为DNA连接酶
D
1.最常用的载体——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，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
03
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
有多个限制酶切割位点
DNA分子复制的起点
保证插入目的基因大量复制
特殊的标记基因
作用：鉴别和筛选含有目的基因的受体细胞
抗生素的抗性基因、绿色荧光基因等作为标记基因。
2.载体需具备的条件
拟核
质粒
大肠杆菌
氨苄青霉素抗性基因
目的基因
复制起点
（1）能在宿主细胞内稳定保存并自我复制。
（2）有一个至多个限制酶切点，以便插入（携带）目的基因。
（3）具有某些标记基因，以便鉴定和筛选出含目的基因的受体细胞。
（4）对宿主细胞无害。
3.其他载体
拟核
质粒
大肠杆菌
氨苄青霉素抗性基因
目的基因
复制起点
在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别。
在基因工程操作中，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。
农杆菌的Ti质粒上多种限制酶，已知其中HindⅢ、BamHⅠ和BglⅡ识别的序列和切点分别是-A↓ACGTT-和-G↓GATCC-和-A↓GATCT-，请回答下列问题。
小试牛刀
（2）在DNA连接酶的作用下，用限制酶HindⅢ、BamHⅠ切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？
不能，因为它们形成黏性末端不同。
（1）请尝试写出限制酶作用后形成的黏性末端。
(3)若改用限制酶BamHⅠ和BglⅡ切割后，用DNA连接酶能否起来呢？
能
（4）DNA连接酶是将两个黏性末端的碱基连接吗？
不是。
不能。
（3）若用限制酶BamHⅠ和BglⅡ切割后，在DNA连接酶作用下形成重组DNA能否再被这两种酶所识别和切割？（提示两种酶识别序列和切割位点-G↓GATCC-和-A↓GATCT-）
是恢复两个DNA片段之间的磷酸二酯键。
（1）能不能使用SmaⅠ限制酶切割用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒？为什么？
图1、2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：
不能，SmaⅠ会破坏质粒上抗性基因和目的基因
能力提升
（2）某科学工作者用EcoRⅠ切割目的基因和载体，发现很难得到需的的重组质粒，请你帮助他分析原因？
载体-载体连接物
目的基因-载体连接物
（重组DNA）
目的基因-目的基因连接物
出现目的基因、质粒的自身环化、
任意连接。
（3）如果是你是科学家，能给出什么建议？说出你的理由。
避免目的基因、质粒的自身环化和反向连接，从而保证目的基因和质粒的定向连接。
BamHⅠ和HindⅢ
选择限制酶的方法：
②应选择切点位于目的基因两端的限制酶
①不能选择位于目的基因和标记基因内部的限制酶如SamⅠ因为该酶破坏目的基因和标记基因
③为了避免目的基因和质粒自身环化和任意连接，
使用不同的限制酶（形成的不同黏性末端）如图甲选择BamHⅠ和HindⅢ(要确保质粒上也有这两种酶）
小结
若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D
基因工程中，需使用特定限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是--G↓GATCC--;，限制酶II的识别序列和切点是--↓GATC--。根据图示判断下列操作正确的是( )
A.目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割
B.目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割
C.质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割
D.质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割
D
将大肠杆菌涂布在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图b的结果（黑点表示菌落）,该结果说明能够生长的大肠杆菌中已导入了__________________，反之则没有导入。再将灭菌绒布按到培养基b上，使绒布表面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图c所示的结果(圆圈表示与图b中培养基上对照无菌落的位置）。与图c圆圈相对应的图b中的菌落表现型是___________________________ ，这些大肠杆菌中导入了________________。
普通质粒和重组质粒
重组质粒
抗氨苄青霉素但不抗四环素

展开更多......

收起↑