高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3章 基因工程第1节 重组DNA技术的基本工具授课ppt课件
展开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。
——体现相关的生物性状
基因是有遗传效应的DNA片段。
基因是控制生物性状的基本单位
①DNA中文全称: ②组成元素: ③基本单位:
C H O N P
= 磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基
脱氧核苷酸如何连接成脱氧核苷酸链的呢?
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。
…… ATGCCGTGGAATTCC ………… TACGGCACCTTAAGG ……
①1944年,艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是________,还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。②1953年,沃森和克里克建立了___________________模型并提出了遗传物质自我复制的假说。③20世纪70年代初,多种限制酶、____________酶和逆转录酶被相继发现,为DNA的切割、连接创造了条件。④1973年,科学家证明________可以作为基因工程的载体,构建___________,使外源基因在原核细胞中成功表达,并实现物种间的基因交流。⑤1985年,穆里斯等人发明______,为获取目的基因提供了有效手段。
是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,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。
遗传信息的传递都遵循中心法则。生物界共用一套遗传密码。
1.简述重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。2.说出基因工程中作为载体需要具备的条件。4.进行DNA的粗提取与鉴定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。
我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中,常常会受到一些害虫的侵袭,其中以棉铃虫最为常见。
如何能培育出自身就能抵抗虫害 的棉花新品种呢?
已知:苏云金芽孢杆菌含有一种抗虫基因。
普通棉花(无抗虫特性)
剪下来的抗虫基因能否直接把它导入到棉花体内?
不能。大多数生物会排斥外来的基因,若直接导入会被降解。
与载体DNA拼接,再导入
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
重组DNA技术所需的三种基本工具:
主要从原核生物中分离纯化出来
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制酶。
特定位点上的磷酸二酯键
①能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。②能够切割特定序列中的特定位点。
⭐限制酶不是一种酶,而是一类酶
限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
专一识别GAATTC的序列,并使G和A之间的磷酸二酯键断开。
被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的核苷酸,他们之间正好互补配对,这样的切口叫黏性末端。
能识别CCCGGG序列,并使C和G之间的磷酸二酯键断开。
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时,切开的DNA两条单链的切口,是平整的,这样的切口叫平末端。
5.限制酶的识别序列的特点:
(1)大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成;也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
(一条链正向读的碱基顺序与另一条链逆向读的顺序完全一致)。
(2)能被限制性酶特异性识别的序列一般都是回文序列:在限制酶所识别的序列作中心轴线,中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称排列的。
下列哪项不具有限制酶识别序列的特征( )
A. GAATTC CTTAAG
B. GGGGCCCC CCCCGGGG
C. CTGCAG GACGTC
D. GTAAATC CATTTAG
1.写出下列限制酶切割形成的黏性末端,并思考以下问题:
同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同?不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同?
1.大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成;也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
2.能被限制性酶特异性识别的序列一般都是回文序列:在限制酶所识别的序列作中心轴线,中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称排列的。
3.同种限制酶切割产生的黏性末端相同, 不同限制酶切割产生的黏性末端可能相同。
限制酶是如何、命名的呢?是用生物署名的头一个字母词与种加词的头两个字母,组成了3个字母的略语,以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。
例如,一种限制酶是从大肠杆菌(Escherichia cli)的R型菌株分离来的,就用字母EcR表示;如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶,则进一步表示成EcR I
例如:流感嗜血杆菌(Haemphilus influenzae) d株中先后分离到3种限制酶,则分别命名为:
数字表示 分离出来的第几种限制酶
大肠杆菌(Escherichia cli) R型菌株分离出来的第一种限制酶
【问题探究1】限制酶主要从原核生物中分离得到的,推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么?
限制酶是原核生物的一种防御工具,用来切割侵入细胞的外源DNA,以保证自身安全。
【问题探究2】原核生物中的限制酶会不会切割本身的DNA分子?
含某种限制酶的原核生物的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列,或者该识别序列的碱基已经被修饰(甲基化),使限制酶不能将其切开。
【问题探究3】请结合下图,推断限制酶切一次可断开几个磷酸二酯键? 消耗几分子水?产生几个黏性末端?
断开两个磷酸二酯键;消耗两分子水;产生2个黏性末端。
【问题探究4】要想从一个DNA分子中获得某个特定的基因需要用限制酶切几次?
将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 。
两个DNA片段要具有相同的黏性末端才能拼接起来
能否连接任意的DNA片段?
2、DNA连接酶的缝合作用
为了确保切割后的两个DNA片段能够拼接,一般是用同种限制酶进行切割 (因为同种限制酶切割产生的黏性末端一样)若用不同限制酶切割,需确保切割后产生的黏性末端一样
①E.cli DNA连接酶
只能连接互补黏性末端的DNA片段
黏性末端和平末端均能连接,但连接平末端的效率相对较低。
3. DNA连接酶的种类:
比较限制酶、DNA连接酶、解旋酶、DNA聚合酶
作用于氢键,使DNA的两条链解开
作用于磷酸二酯键,将游离的脱氧核苷酸连接起来,需要模板
作用于磷酸二酯键,将DNA切成两个片段
作用于磷酸二酯键,将两个DNA片段连接为一个DNA分子
基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”
将目的基因送入受体细胞,使目的基因在受体细胞内进行大量复制
通常是用质粒、噬菌体、动植物病毒也可以。
质粒是一种裸露的、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。
注:1.常见的标记基因:四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等2.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。
①有一个至多个限制酶切割位点(供外源DNA片段(基因)插入其中)②携带外源DNA片段进入受体细胞后,能进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制(使外源基因在受体细胞中稳定存在并复制)③具有特殊的标记基因(便于重组DNA分子的筛选)对受体细胞无害
标记基因:便于重组DNA分子的筛选
含有氨苄青霉素抗性基因的质粒
在含有 的选择培养基上培养
1.“分子手术刀”—— 来源:作用:作用结果:2.“分子缝合线”——作用:分类:3.“分子运输车”—— 1)作用: 2)种类: 3)应具备条件:
产生黏性末端、平末端
将不同的DNA片段连接起来
将外源基因送入受体细胞
质粒(最常用)、噬菌体、动植物病毒
E.cli DNA连接酶、T4DNA连接酶(来源、区别?)
主要从原核生物中分离纯化出来。
识别特定的核苷酸序列,使特定部位的磷酸二酯键断开。
②能在细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制。
①有一个至多个限制酶切割位点
——便于重组DNA分子的筛选
——供外源DNA片段(目的基因)插入其中
小结:基因工程的基本工具
1.下列关于质粒的叙述,正确的是( )A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器B.质粒是细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子C.基因工程使用的载体只有质粒D.细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞内独立进行
2.(多选)下列有关限制性内切核酸酶的叙述,错误的是( )A.用限制酶切割一个目的基因两端时,被水解的磷酸二酯键有2个B.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大C.5′—↓ CATG—3′和5′—G↓CATGC—3′序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA连接酶连接D.只有用相同的限制酶处理含有目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒
4.(高考全国卷I)已知在一线性DNA分子上有3个某种限制酶的切割位点,如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该限制酶切断,则会产生a、b、c、d 4种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子,若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,经该限制酶切开后,这些线性DNA分子最多能产生的长度不同的DNA片段种类数是( )
A.3种 B.4种 C.9种 D.12种 E.19种
线性DNA分子的酶切示意图
① ② ③
下面是4种限制酶所识别的DNA分子序列和切割位点图(↓表示切割位点,切口为黏性末端),下列叙述正确的是( )限制酶1:
A.限制酶1和3切出的黏性末端相同B.限制酶1、2、4识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成C.在使用限制酶的同时还需要解旋酶D.限制酶1和2切出的DNA片段可通过T4 DNA 连接酶拼接
1.提取DNA的基本思路
利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异,提取DNA,去除其他成分。
②DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,可提纯DNA。
①DNA不溶于酒精,细胞中某些蛋白质溶于酒精,用于初步分离DNA。
当NaCl的物质的浓度为0.14 ml/L时,DNA的溶解度 。此时DNA (溶解或析出)。当NaCl的物质的量浓度为2ml/L时,DNA的溶解度最大。 利用这一原理,可以使DNA在盐溶液中溶解或析出。
二苯胺有毒,现配现用并用棕色瓶保存。
研磨液:体积分数为95%的酒精:2ml/L 的NaCl 溶液:二苯胺试剂:
析出DNA(即粗提取DNA)。
破坏细胞,释放出细胞内的物质。
新鲜洋葱或香蕉、菠菜、菜花、猪肝等
称取 ,切碎,放入研钵,倒入 ,充分研磨。
在漏斗中垫上纱布,过滤研磨液,4℃冰箱中静置后取 ;或将研磨液倒入塑料离心管中离心,取 。
在上清液中加入体积相等的 溶液,静置2~3min,溶液中出现的 就是粗提取的DNA 。
加入2ml/L氯化钠溶液加入4ml二苯胺试剂不加入丝状物
5.DNA的析出与鉴定
加入2ml/L氯化钠溶液加入4ml二苯胺试剂加入丝状物
(1)选什么样的材料实验更易成功?用洋葱做材料,为什么要充分研磨?(2)猪和鸡的成熟红细胞,是否适合用作提取DNA的材料?(3)如果用动物细胞做材料,也需要研磨裂解释放细胞中的DNA吗?
提示:猪血(哺乳动物的成熟红细胞)无细胞核,不适合; 鸡血中红细胞有核DNA,且核DNA的量较多,适合;
提示:选取DNA含量相对较高的生物组织,成功率更大。
提示:充分研磨,可以破坏细胞壁,裂解细胞,释放DNA
加入清水,使细胞吸水膨胀,裂解释放DNA。
2.有2个不同来源的DNA片段A和B,A片段用限制酶SpeI进行切割,B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaI、EcRV和XhI进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。
(1)哪种限制酶切割B片段产生的DNA片段能与限制酶SpeI切割A片段产生的DNA片段相连接?为什么?
XbaⅠ。因为XbaI与SpeI切割产生了相同的黏性末端。
3.图甲是含有目的基因的外源DNA片段,图乙是用于将目的基因导入受体细胞的质粒(阴影部分表示抗生素抗性基因),相关限制酶的作用部位如图所示,现欲培养转基因抗病植株,回答下列问题。
(1)上述操作中不宜选用Sma I,原因是Sma I会破坏__________和_____________。(2)在基因工程的操作中, (能/不能)选用EcR I,原因是用EcR I切割外源DNA片段后,_______________________________________。
目的基因只有一侧含有黏性末端,不能插入到质粒中
1、选目的基因两端和运载体都有的酶切位点;2、所选酶切位点不能破坏目的基因以及标记基因。
方法总结:---选择酶切位点的原则
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