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1、第1页/共33页课程标准课程标准列列举DNA重组技术的基本工具。课标解读课标解读1.简简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。2.说明基因工程载体应具备的条件。3.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。第2页/共33页1基因工程的概念基因工程的概念基基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过 和 等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在 水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。基因工程的概念和理论基础 体外DNA重组转基因DNA分子第3页/共33页2基因工程的理论基础和技术支持基因工程的理论基础和技术支持
2、理论理论基基础础 是遗传物质是遗传物质DNA双螺旋结构和双螺旋结构和 的确立的确立 的破译的破译技术技术支持支持基因转移载体基因转移载体 的发现的发现多种多种 和和 ，以及，以及 酶酶(工具酶工具酶)的发现的发现DNA合成和合成和 技术的发明技术的发明 的实现、的实现、的成功的成功第一例转基因动物问世、第一例转基因动物问世、技术的发明技术的发明DNA中心法则遗传密码质粒限制酶连接酶逆转录测序DNA体外重组重组DNA表达实验PCR第4页/共33页思维激活思维激活1 与与其他生物变异相比，基因工程所导致的变异有何特点？提提示示变变异异一一般般是是不不定定向向的的，但但基基因因工工程程使使生生物物产
3、产生生新新的的性性状状变变异异却却是是定定向向的的，是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。第5页/共33页基因工程概念的理解基因工程概念的理解 基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的生物类型和生物产品人类需要的生物类型和生物产品第6页/共33页特别提醒特别提醒基因工程具有以下五个方面的特点：基因工程具有以下五个方面的特点：(1)它是一种按照人们的意愿，定向
4、地改造生物遗传特性的技术。(2)在DNA分子水平进行操作。(3)是在体外进行的人为的基因重组。(4)一旦成功，便可遗传。(5)主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。第7页/共33页【巩巩固固1】科科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()。A定向提取生物体内的DNA分子B定向地对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向地改造生物的遗传性状第8页/共33页解解析析基基因因工工程程的的定定义义就就是是在在生生物物体体外外，通通过过对对DNA分分子子进进行行人人工工“剪剪切切”和和“拼拼接接”，对对生生物物的的基基因因进进行行改改造
5、造和和重重新新组组合合，然然后后导导入入受受体体细细胞胞内内进进行行无无性性繁繁殖殖，使使重重组组基基因因在在受受体体细细胞胞内内表表达达，产产生生出出人人类类所所需需的的基基因因产产物物，也也就就定定向向地地改改造造了了生生物物的的遗遗传传性状。性状。答案答案D第9页/共33页1限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”(1)来来源源主要来自于主要来自于 。(2)特点特点识别双链识别双链DNA分子的某种分子的某种 序列；序列；使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断裂。断裂。(3)作用结果作用结果黏黏性性末末端端：在在所所识识别别序序列列
6、的的 将将DNA的的两两条条链链分分别别切切开开时时形形成成的的末端。末端。平末端：在所识别序列的平末端：在所识别序列的 处切开时形成的末端。处切开时形成的末端。基因工程的工具酶原核生物特定核苷酸磷酸二酯键中心轴线两侧中心轴线第10页/共33页2DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”(1)种种类类(2)作作用用结结果果：恢恢复复被被 切切开开的的两两个个核核苷苷酸酸之之间间的的 ，拼接成新的，拼接成新的DNA分子。分子。种类种类比较项目比较项目Ecoli DNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶来源来源 .特点特点只能只能“缝合缝合”具有具有 的的双链双链DNA片段片段 既可以既可以“缝合
7、缝合”双链双链DNA片段互补的片段互补的 又又可以可以“缝合缝合”双链双链DNA片片段的段的 .大肠杆菌T4噬菌体互补的黏性末端黏性末端平末端限制酶磷酸二酯键第11页/共33页思维激活思维激活2 限限制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何不切割自身的DNA?提提示示限限制制酶酶是是细细菌菌的的一一种种防防御御性性工工具具，当当外外源源DNA侵侵入入时时，会会利利用用限限制制酶酶将将外外源源DNA切切割割掉掉，以以保保证证自自身身的的安安全全。所所以以，限限制制酶酶在在原原核核生生物物中中主主要要起起到到切切割割外外源源DNA，使使之之失失效效，从从而而达达到到保保护护自自身身的的目目的的。
8、细细菌菌中中限限制制酶酶之之所所以以不不剪剪切切自自身身DNA，是是因因为为微微生生物物在在长长期期的的进进化化过过程程中中形形成成了了一一套套完完善善的的防防御御机机制制，对对于于外外源源入入侵的侵的DNA可以降解掉。可以降解掉。第12页/共33页1限制酶与限制酶与DNA连接酶比较连接酶比较(1)区别区别作用作用应用应用限制酶限制酶使特定部位的磷酸二使特定部位的磷酸二酯键断裂酯键断裂用于提取目的基因和用于提取目的基因和切割载体切割载体DNA连接酶连接酶在在DNA片段之间重新片段之间重新形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键用于基因表达载体的用于基因表达载体的构建构建第13页/共33页(2)两者的关系可
9、表示为第14页/共33页2DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相同点相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不不同同点点模板模板不需要模板不需要模板需要需要DNA的一条链为模板的一条链为模板作用作用对象对象游离的游离的DNA片段片段单个的脱氧核苷酸单个的脱氧核苷酸作用作用结果结果形成完整的形成完整的DNA分子分子形成形成DNA的一条链的一条链用途用途基因工程基因工程DNA复制复制第15页/共33页特特别别提提醒醒(1)由由于于氢氢键键是是分分子子间间作作用用力力，其其断断裂裂与与重重新新形形成成均均与与限
10、限制制酶酶和和DNA连连接接酶酶无关。无关。(2)限制酶与限制酶与DNA连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本单位是氨基酸。连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本单位是氨基酸。第16页/共33页【巩固巩固2】下下列关于限制酶和DNA连接酶的说法中，正确的是()。A其化学本质都是蛋白质BDNA连接酶可恢复DNA分子中的氢键C在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA连接酶D限制酶切割后一定能产生黏性末端解析解析限制酶和限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质。连接酶的化学本质都是蛋白质。答案答案A第17页/共33页1载载体的种类有 、的衍生物、等。2常用载体常用载体质粒质粒(1)质质粒是一种裸露
11、的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有 能力的 分子。(2)质粒DNA分子上有一至多个 位点，供 DNA片段插入其中。(3)质粒上有特殊的 ，供重组DNA的 。(4)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 经 过 的。基因进入受体细胞的载体“分子运输车”质粒噬菌体动植物病毒自我复制双链环状DNA限制酶切割外源标记基因鉴定和选择人工改造第18页/共33页3重组重组DNA分子的模拟操作分子的模拟操作(1)所所用用材材料料用用具具中中，剪剪刀刀代代表表 ，透透明明胶胶条条代代表表 。(2)用用剪剪刀刀切切割割时时，应
12、应找找出出 序序列列，并并在在 之之间间作切口进行作切口进行“切割切割”。(3)若操作正确，不同颜色的黏性末端应能若操作正确，不同颜色的黏性末端应能 。EcoR DNA连接酶GAATTCGA互补配对第19页/共33页思维激活思维激活3 在在重组DNA分子的模拟操作中，剪刀所剪位置应属何种部位？提示提示剪刀所剪位置应为剪刀所剪位置应为3,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。第20页/共33页1载体的作用载体的作用(1)用用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。2作为载
13、体的必备条件作为载体的必备条件(1)有有一个或多个限制酶切割位点，供外源一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。片段插入。(2)具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。(3)带有标记基因，供重组带有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。(4)必须是安全的，不会对受体细胞有害。必须是安全的，不会对受体细胞有害。第21页/共33页3载体的种类载体的种类(1)细细菌菌质质粒粒，它它是是细细菌菌拟拟核核DNA以以外外的的小小型型双双链链环环状状DNA，有有的的细细菌菌只只有有一一个，有的细菌有多个。个，有的细菌有多个。(2
14、)噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。一一般般来来说说，天天然然载载体体往往往往不不能能满满足足人人类类的的所所有有要要求求，因因此此人人们们根根据据不不同同的的目目的的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。和需求，对某些天然的载体进行人工改造。第22页/共33页特特别别提提醒醒(1)质质粒粒是是基基因因工工程程中中最最常常用用的的载载体体，它它并并非非只只存存在在于于原原核核细细胞胞中中，某某些些真真核核细细胞胞(如如酵酵母母菌菌)中中也也存存在在质质粒粒，质质粒粒上上的的基基因因属属于于细细胞胞质质基基因因。它它能能自自我我复复制制，既既可在自身细胞、受
15、体细胞复制，也可在体外复制。可在自身细胞、受体细胞复制，也可在体外复制。(2)供供目目的的基基因因插插入入的的酶酶切切位位点点所所处处的的位位置置必必须须是是在在载载体体本本身身需需要要的的基基因因之之外外，这这样样才才不至于因目的基因的插入而使其失活。不至于因目的基因的插入而使其失活。第23页/共33页【巩固巩固3】质质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内，某细菌质粒上的标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示，外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c点。某同学根据实验现象对其插入的位
16、点进行分析，其中分析正确的是()。第24页/共33页实验现象实验现象实验推论实验推论在含青霉素培养基在含青霉素培养基上生长情况上生长情况在含四环素培养基在含四环素培养基上生长情况上生长情况目的基因目的基因插入位置插入位置A能生长能生长能生长能生长aB不能生长不能生长能生长能生长bC能生长能生长不能生长不能生长cD不能生长不能生长不能生长不能生长c第25页/共33页解解析析若若外外源源基基因因插插入入a或或b点点，则则会会破破坏坏抗抗四四环环素素基基因因或或抗抗青青霉霉素素基基因因，则则在在含含有有四四环环素素或或青青霉霉素素的的培培养养基基上上不不能能生生长长，若若质质粒粒插插入入c点点，两两
17、种种基基因因保保持持完完整整，在在分分别别含含有有每种抗生素的培养基上都能生长。每种抗生素的培养基上都能生长。答案答案B第26页/共33页【例例1】下下列有关基因工程的叙述，正确的是()。A基因工程是细胞水平上的生物工程B基因工程的产物对人类都是有益的C基因工程产生的变异属于人工诱变D基因工程育种的优点之一是目的性强基因工程的概念及特点 第27页/共33页思维导图：思维导图：第28页/共33页深深度度剖剖析析本本题题考考查查基基因因工工程程的的概概念念。基基因因工工程程是是在在生生物物体体外外，通通过过对对DNA分分子子进进行行人人工工“剪剪切切”和和“拼拼接接”，对对生生物物的的基基因因进进
18、行行改改造造(目目的的性性强强)和和重重新新组组合合(基基因因重重组组)，然然后后导导入入受受体体细细胞胞内内进进行行繁繁殖殖，使使重重组组基基因因在在受受体体细细胞胞内内表表达达，产产生生出出人人类类所所需需要要的的基基因因产产物物。但但并并不不是是所所有有的的基基因因产产物物对对人人类类都都有有益益。基基因因工工程程是是分分子子水水平平上上的的生生物物工工程。程。答案答案D第29页/共33页思维深化思维深化基因工程的原理：基因工程的原理：(1)不同生物不同生物DNA分子得以重新拼接的基础：分子得以重新拼接的基础：DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；双链
19、双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；所所有有生生物物DNA碱碱基基对对均均遵遵循循严严格格的的“互补配对”原则，即A总与T配对，G总与C配对如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同DNA分子得以连接在一起。(2)外源基因在受体内表达的理论基础：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位，具相对独立性；遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向；生物界共用一套遗传密码。第30页/共33页【例例2】基基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。根据图示判断下列操作正确的是()。基因工程的操作工具 第31页/共33页A目的基因和质粒均用限制酶切割B目的基因和质粒均用限制酶切割C质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割思维导图思维导图：第32页/共33页感谢您的欣赏！第33页/共33页