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1、11DNA重组技术的基本工具课件人教版选修3了解了解1.基因工程的概念基因工程的概念2.DNA重组技术所需三种基本工具重组技术所需三种基本工具 的来源和作用的来源和作用理解理解 基因工程载体需要具备的条件基因工程载体需要具备的条件1.DNA重组技术所需三种基本工具的作用重组技术所需三种基本工具的作用2.基因工程载体需要具备的条件基因工程载体需要具备的条件 一、基因工程的概念一、基因工程的概念 指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过 和和 等技术，赋予生物以新的等技术，赋予生物以新的 ，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由从而创造出更符合
2、人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做做 。体外体外DNA重组重组转基因转基因遗传特性遗传特性DNA重组技术重组技术二、限制性核酸内切酶二、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”(1)简称：限制性核酸内切酶又称简称：限制性核酸内切酶又称 。(2)来源：主要从来源：主要从 中分离纯化出来。中分离纯化出来。(3)作用：作用：识别双链识别双链DNA分子的某种分子的某种 。切割特定部位的两个核苷酸之间的切割特定部位的两个核苷酸之间的 。(4)作用结果：产生作用结果：产生 或或 。限制酶限制酶原核
3、生物原核生物特定核苷酸序列特定核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端平末端GA磷酸二酯键磷酸二酯键限制酶限制酶TTCA 限制酶识别序列 EcoREcoR限制酶限制酶：SmaSma限制酶限制酶：GGGCCCGCTTAAGGGCCCGAATTC 三、三、DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”1作用作用 恢复被恢复被 切开的两个核苷酸之间的切开的两个核苷酸之间的 ，拼，拼接成新的接成新的DNA分子。分子。2种类种类限制酶限制酶磷酸二酯键磷酸二酯键种种类类比比较较项项目目Ecoli DNA连连接接酶酶T4DNA连连接接酶酶来源来源特点特点只能只能“缝缝合合”具有具有 的的 双双链链D
4、NA片段片段 既既可可以以“缝缝合合”双双链链DNA片片段段互互补补的的 ，又又可可以以“缝缝合合”双双链链DNA片段的片段的 大肠杆菌大肠杆菌 T4噬菌体噬菌体互互补补的黏性末端的黏性末端黏性末端黏性末端平末端平末端 EcoREcoR限制酶：限制酶：GAATTCCGAATTATAGTCDNA连接酶连接酶DNADNA连接酶连接酶DNADNA连接酶连接酶ATAGTCCGAATTCAATTDNA聚合酶聚合酶GAGTATCDNADNA聚合酶聚合酶四、基因进入受体细胞的载体四、基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”1作用作用将将 送入受体细胞。送入受体细胞。2种类种类(1)质粒：是一种很小的质
5、粒：是一种很小的 。(2)其他载体：其他载体：的衍生物、的衍生物、等。等。3特点特点(1)能够进行能够进行 。(2)有一个至多个有一个至多个 切割位点，供外源基因插入。切割位点，供外源基因插入。(3)具有特殊的具有特殊的 ，供重组，供重组DNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。(4)对受体细胞无害。对受体细胞无害。外源基因外源基因双链环状双链环状DNA分子分子噬菌体噬菌体动植物病毒动植物病毒自我复制自我复制限制酶限制酶标记基因标记基因 一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”1阅读教材阅读教材P45，分析图，分析图12、13，探究下列问题：，探究下列问题：(1)限制酶切割限制
6、酶切割DNA分子时，其切割部位在哪里？具有怎分子时，其切割部位在哪里？具有怎样的作用特点？样的作用特点？提示：提示：切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。作用特点：作用特点：a具有专一性。具体表现在两个方面：识别双链具有专一性。具体表现在两个方面：识别双链DNA分分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位点。子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位点。b可用于可用于DNA的切割，获取目的基因和切割载体。的切割，获取目的基因和切割载体。(2)利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什么区别？有什么区别
7、？提示：提示：黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将侧将DNA的两条链分别切开形成的，如下图所示。的两条链分别切开形成的，如下图所示。平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的，如下图所示。的，如下图所示。具有黏性末端的具有黏性末端的DNA片段能够通过互补碱基间的配对重片段能够通过互补碱基间的配对重新结合，而具有平末端的新结合，而具有平末端的DNA片段不容易结合。片段不容易结合。2阅读教材阅读教材P5并观察分析图并观察分析图14，讨论下列问题：，讨论下列问题：(1)DNA连接酶的作用目的是什么？作
8、用于哪种化学键？连接酶的作用目的是什么？作用于哪种化学键？提示：提示：作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼接、缝合，形成新的接、缝合，形成新的DNA分子。分子。作用的化学键：磷酸二酯键。作用的化学键：磷酸二酯键。(2)根据下图分析：根据下图分析：图中图中a酶、酶、b酶分别是哪种酶？酶分别是哪种酶？提示：提示：a是限制酶是限制酶(或限制性核酸内切酶或限制性核酸内切酶)；b是是DNA连接酶。连接酶。作用作用应用应用限制性核限制性核酸内切酶酸内切酶使特定部位的磷酸使特定部位的磷酸二酯键断裂二酯键断裂用于提取目的基因用于提取目的基因和切割载体和切割载体DNA
9、连接酶连接酶在在DNA片段之间重片段之间重新形成磷酸二酯键新形成磷酸二酯键用于目的基因和载用于目的基因和载体的连接体的连接两种酶在基因工程中有什么作用及应用。两种酶在基因工程中有什么作用及应用。提示：提示：3阅读教材阅读教材P6，观察分析图，观察分析图15，探讨下列问题：，探讨下列问题：(1)具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？提示：提示：载体必须具备的条件：载体必须具备的条件：能在受体细胞内稳定保存并大量复制。能在受体细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。具有某些特殊标记基
10、因，以便进行筛选。当然，具有某些特殊标记基因，以便进行筛选。当然，载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。伤甚至死亡。(2)联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作用方面分析二者的不同。用方面分析二者的不同。提示：提示：主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。基因工程中的载体的化学本质是基因工程中的载体的化学本质是DNA，其作用是：，其作用是：a
11、携带目的基因进入受体细胞；携带目的基因进入受体细胞；b.利用载体在宿主细利用载体在宿主细胞中的复制对目的基因进行大量复制。胞中的复制对目的基因进行大量复制。下图为下图为DNA分子结构示意图，下列对该图的分子结构示意图，下列对该图的描述正确的是描述正确的是 ()A.的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 B解旋酶作用的部位是解旋酶作用的部位是 C某限制性核酸内切酶可选择某限制性核酸内切酶可选择处作为切点处作为切点 DDNA连接酶可连接连接酶可连接处断裂的化学键处断裂的化学键 解析解析图中图中包含上一个脱氧核苷酸的磷酸包含上一个脱氧核苷酸的磷酸和下一和下一个脱氧核苷酸的五碳糖个脱氧核苷酸
12、的五碳糖和碱基和碱基，不是一个脱氧核苷酸，不是一个脱氧核苷酸，A错误；限制性核酸内切酶的作用部位是错误；限制性核酸内切酶的作用部位是磷酸二酯键，解磷酸二酯键，解旋酶的作用是解开旋酶的作用是解开DNA双链，作用部位是双链，作用部位是氢键，氢键，B、C错误；错误；DNA连接酶可连接连接酶可连接处断裂的磷酸二酯键，处断裂的磷酸二酯键，D正确。正确。答案答案D与与DNA有关的几种酶有关的几种酶项项目目种种类类 限制限制酶酶DNA连连接接酶酶DNA聚合聚合酶酶解旋解旋酶酶作用底物作用底物DNA分子分子DNA分子片段分子片段 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 DNA分子分子作用部位作用部位 磷酸二磷酸二酯键酯键 磷酸
13、二磷酸二酯键酯键磷酸二磷酸二酯键酯键碱基碱基对间对间的的氢键氢键作用作用结结果果形成黏性末形成黏性末端或平末端端或平末端形成重形成重组组DNA分子分子形成新的形成新的DNA分子分子形成形成单链单链DNA分子分子 下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。图回答下列问题。(4)下列常在基因工程中作为载体的是下列常在基因工程中作为载体的是 ()A苏云金芽孢杆菌抗虫基因苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B土壤农杆菌环状土壤农杆菌环状RNA分子分子 C大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒 D动物细胞的染色体动物细胞的染色体 解析解析本题通过质粒结构的模式图考查基因工
14、程基本本题通过质粒结构的模式图考查基因工程基本工具的功能和特点。基因工程中的载体必须具备三个条件：工具的功能和特点。基因工程中的载体必须具备三个条件：能够在宿主细胞内稳定保存并大量复制；能够在宿主细胞内稳定保存并大量复制；有多个限制酶有多个限制酶切割位点；切割位点；有标记基因便于筛选，如大肠杆菌的质粒。用有标记基因便于筛选，如大肠杆菌的质粒。用同一种限制酶切割质粒和目的基因得到相同的黏性末端，再同一种限制酶切割质粒和目的基因得到相同的黏性末端，再用用DNA连接酶把目的基因和质粒连接在一起。大肠杆菌的质连接酶把目的基因和质粒连接在一起。大肠杆菌的质粒是基因工程中最常用的载体，载体的本质为粒是基因
15、工程中最常用的载体，载体的本质为DNA，抗虫基，抗虫基因属于目的基因，不属于载体，染色体的主要成分为因属于目的基因，不属于载体，染色体的主要成分为DNA和和蛋白质，不属于载体。蛋白质，不属于载体。答案答案(1)DNA能够自我复制能够自我复制具有遗传效应具有遗传效应 (2)CGCGT A (3)标记基因供重组标记基因供重组DNA的鉴定和选择的鉴定和选择 (4)CDNA连接酶连接酶基因工程中的限制酶与载体基因工程中的限制酶与载体 (1)载体必须具备一个或多个限制酶切割位点，但每种载体必须具备一个或多个限制酶切割位点，但每种酶的切点最好只有一个。若用于切割载体的限制酶有多个酶的切点最好只有一个。若用
16、于切割载体的限制酶有多个切点，则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段切点，则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段含有复制起始点，则重组含有复制起始点，则重组DNA分子进入受体细胞后便不能分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。进行自主复制。(2)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。基因的检测。1.1.以下说法正确的是以下说法正确的是 （）A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列酸序列 B B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C C、运载体必须具备的条件之一是：具有多、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，以便与外源基因连接 D D、DNADNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键键练习C