人教版 (2019)第1节 重组DNA技术的基本工具优质课ppt课件
展开1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验,不仅证明了遗传物质是DNA,还证明了DNA可以在同种生物个体间转移。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至19666年,64个密码子均被破译成功。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶(简称限制酶)
1972年,伯格首先在体外进行了DNA的改造,成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1982年,第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
1967年,科学家发现,在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力,并可以在细菌细胞间转移。
20世纪70年代初,多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
1973年,科学家证明了质粒可以作为基因工程的载体,并实现了物种间的基因交流。至此,基因工程正式问世。
1985年,穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。
克服远缘杂交不亲和障碍、定向改造生物性状
剪切→拼接→导入→表达
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术,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。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DNA重组技术。
问题1:不同生物的基因为什么能拼接?为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达?
①DNA的基本组成单位相同(四种脱氧核苷酸)
②都遵循碱基互补配对原则
③DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
①基因是控制生物性状的结构与功能单位
②遗传信息的传递都遵循中心法则
③生物界几乎共用一套遗传密码
第1节 重组DNA技术的基本工具(第一课时)
关注基因工程的诞生和发展历程,参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。(社会责任)
探究DNA的物理与化学性质, 进行DNA分子的提取与鉴定。(科学思维)
运用结构与功能观说明基因工程的各种工具的特点。(生命观念)
情景视频一:从社会中来
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2nm,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”。
问题1:解决培育番木瓜的关键步骤需要哪些分子工具呢?这些“分子工具”各具有什么特征呢?
重组DNA技术的基本工具
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
限制酶的来源?种类?特点?识别序列长度?切割结果?
为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子?
合作探究一:请同学们自主阅读教材P70-71,小组合作思考讨论完成问题。
推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么?
某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口?几个末端?
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
限制酶不是一种酶,而是一类酶
(1)识别双链DNA分子特定核苷酸序列
一般为4~8个或其他数量的核苷酸,最常见的为6个核苷酸。
1.下面哪项不具有限制酶识别序列的特征( ) A.GAATTC B.GGGGCCCC CTTAAG CCCCGGGG C.CTGCAG D.CTAAATC GACGTC GATTTAG
EcR Ⅰ(在G与A之间切割)
Sam Ⅰ(在G与C之间切割)
属名Escherichia首字母
从中分离的第一个限制酶
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:
EcRⅠ:大肠杆菌(Escherichia cli)R型菌株中分离出的第一个限制酶;SmaⅠ:粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)中分离出的第一个限制酶。
1.现有一段DNA,含有g1、g2、g3,若要将g2提取出来,如何操作?
产生几个末端?共产生几个磷酸基团?
能切下目的基因且不破坏目的基因
2.下图中,选择哪种限制酶来获得抗病基因(目的基因)?
选择限制酶切割目的基因的基本原则是:____________________________________________________。
问题2: 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3: 为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子?
含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列,或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开。
2.下列黏性末端属于由同种限制酶切割而成的是( ) ① ② ③ ④ A.①② B.①③ C.①④ D.②③
用同种限制酶切割(EcRⅠ)
问题4: 把两种来源不同的DNA进行重组,应该怎样处理?
二、DNA连接酶 ——“分子缝合针”
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。
(1)可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来;
EcRI DNA连接酶
(2)两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来。
注意:DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口,但不能将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上!
既可把黏性末端“缝合”起来,又可把平末端“缝合”起来,但连接平末端效率较低。
DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
都能催化形成磷酸二酯键
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上,形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
3.如图为DNA分子的某一片段,其中①②③分别表示某种酶的作用部位,则相应的酶依次是( )
A.DNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶B.限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶C.解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶D.限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶
4.DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是( ) A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键 B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端,形成磷酸二酯键 C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段,重新形成磷酸二酯键 D.DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端
5.以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是( )
A.以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的B.②片段是在识别序列为 的限制酶作用下形成的C.①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子D.限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键
6.限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶,以下说法正确的是 ( ) A.DNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键 B.限制酶只能切割双链DNA片段,不能切割烟草花叶病毒的核酸 DNA连接酶既能连接黏性末端,也能连接平末端 D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,所以也能剪切自身的DNA
合作探究二:请同学们自主阅读教材P72,小组合作思考讨论完成问题。
三、基因进入受体细胞的载体 ——“分子运输车”
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。②具一个或多个限制酶切点,供外源DNA片段(目的基因)插入其中。③具有某些标记基因,便于进行鉴定和选择。④必须是安全的 ,对受体细胞无害。
①作为运载工具,将目的基因导入受体细胞中②在受体细胞内对目的基因进行大量复制
①细菌的质粒: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。②病毒:λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
质粒是基因工程中最常用的载体
自我复制或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制
有一个至多个限制酶切割位点
对受体细胞无害、易分离
具有多种特殊的标记基因
7.质粒是基因工程中最常用的运载体,它的主要特点是( )①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居” A.①③⑤⑦ B.①④⑥ C.①③⑥⑦ D.②③⑥⑦
8.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.质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子 C.质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制 D.细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行
9.下列关于基因运输工具——载体,必须具备的条件之一及理由均正确的是( ) A.能够复制,以便目的基因插入其中 B.具有多个限制酶切割位点,便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因,便于重组DNA的筛选 D.对受体细胞无害,便于重组DNA的筛选
问题5: 剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”?
剪刀代表限制酶;透明胶条代表DNA连接酶。
问题6: 你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能,可能是什么原因造成的?
如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对,可能是剪切位点或连接位点选得不对,也可能是其他原因。
问题7: 你插入的DNA片段能称得上一个基因吗?
因为基因的长度一般在100个碱基对以上。
质粒、噬菌体 、动植物病毒
10.如表为常用的限制酶及其识别序列和切割位点,据表分析以下说法正确的是( )
(注:Y表示C或T,R表示A或G)
A.一种限制酶只能识别一种脱氧核苷酸序列B.限制酶的切割位点一定位于识别序列的内部C.不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D.限制酶切割后形成的不一定都是黏性末端
11.DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是 ( ) A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氨键 B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端,形成磷酸二酯键 C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段,重新形成磷酸二酯键 D.只能连接双链DNA片段互补的黏性末端,不能连接双链DNA片段的平末端
12.在重组DNA技术中,将外源基因送入受体细胞的载体可以是( ) A.大肠杆菌的质粒 B.切割DNA分子的酶 C. DNA片段的黏性末端 D.用来识别特定基因的DNA探针
13.质粒是基因工程最常用的载体,下列关于质粒的说法正确的是( ) A.质粒在宿主细胞内都要整合到染色体DNA上 B.质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型细胞器 C.基因工程使用的质粒一定含有标记基因和复制原点 D.质粒上碱基数量之间存在A+G=U+C
14.图1为某种质粒结构简图,图2表示某外源DNA上的目的基因,小箭头所指分别为限制酶EcRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位点。下列有关叙述错误的是( )A.在基因工程中若只用一种限制酶完成对质粒和外源DNA的切割,则可选 EcRⅠB.如果将一个外源DNA分子和一个质粒分别用 EcRⅠ酶切后,再用DNA连接酶连接,形成一个含有目的基因的重组DNA,此重组DNA中 EcRⅠ酶切点有1个C.为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化,酶切时可使用BamHⅠ和Hind Ⅲ 两种限制酶同时处理D.质粒是一种结构很小的、能自主复制的环状DNA,是基因工程中最常用的载体
15.四种限制酶的切割位点如图所示,下列叙述错误的是( )
A.上图中EcRⅠ、PstⅠ两种酶切割后的DNA片段可以用E.cliDNA连接酶连接 B.图中SmaⅠ、EcR V两种酶切割后的DNA片段,可以用T4DNA连接酶连接 C.DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段连接的化学键是磷酸二酯键 D.限制酶能识别特定的核苷酸序列,具有专一性,不同的限制酶切割不能产生相同的黏性末端
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