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专题1 基因工程,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转基因抗虫棉,抗虫棉,普通棉,基因工程是指按照人们的愿望,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,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DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做DNA重组技术。,必修2,基因工程,又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说,就是按照人们的意愿,把一生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向改造生物的遗传性状。,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,人类需要的基因产物,剪切, 拼接, 导入, 表达,基因重组,第1节,问题探讨,手术刀,缝合针,运输工具,培育抗虫棉需要哪些基本工具?,阅读课本4-5页“限制性核酸内切酶分子手术刀”的相关内容,填写下表,自主学习,主要从原核生物中分离纯化而来,已经分离出大约4000种,1、识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,2、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。,形成两种末端:黏性末端或平末端,分子手术刀,脱氧核苷酸的结构,G,A,3,5-磷酸二酯键,3端,5端,3端,5端,磷酸二酯键,12,仔细观察各限制酶 识别的特定序列有何 特点?,限制酶的识别序列,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 。,中轴线,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC 序列,并在G和A之间切开。,EcoRI限制酶的作用,黏性末端,黏性末端,EcoRI限制酶的切割,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。,SmaI只能识别CCCGGG序列,并在C和G之间切开。,中轴线,SmaI限制酶的作用,在G与C之间切割,平末端 平末端,SmaI限制酶的切割,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。,你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗?,原核生物易受自然界外源DNA的入侵,但生物 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 制,以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 菌的一种防御性工具,当外源DNA侵入时,会 利用限制酶将外源DNA切割掉,以保证自身的 安全。所以,限制酶在原核生物中主要起到切 割外源DNA、使之失效,从而达到保护自身的 目的。,寻根问底,为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA?,通过长期的进化,细菌中含有某种限制酶的细胞,其DNA分子中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。,18,类型,来源,功能,相同点,差别,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复磷 酸二酯 键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和 平末端(效率较低),阅读课本第5页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容,填写下表,自主学习,把切下来的DNA片段拼接成新的DNA,即将脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯键,DNA连接酶的作用,两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来,DNA连接酶的缝合作用,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DNA单链缺口,但不能连接单链DNA!,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来,但效率较低,DNA连接酶的缝合作用,A A T T G,C,A,A,T,T,A,A,T,T,DNA聚合酶的作用,返回,都能催化形成磷酸二酯键,都是蛋白质,不需要,需要,形成完整的重组DNA分子,形成DNA的一条链,基因工程,DNA复制,DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上,形成一个磷酸二酯键,在两个DNA片段之间形成两个磷酸二酯键,限制性核酸内切酶、 DNA连接酶、 解旋酶和DNA聚合酶区别,作用于a( 键)的酶有: 作用于b ( 键)的酶有:,限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC,限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点,在目的基因的两侧各有一个酶的切点。 (1)请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。(2)请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。(3)在DNA连接酶作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接?为什么?,可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的),小试身手,EcoR,将不同种来源的DNA片段连接起来,生物A基因片段,生物B基因片段,酶切,载体的作用,载体的必要条件,载体的种类,阅读课本第6页“分子运输车”运载体的相关内容,填写下表,自主学习,1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2)具多个限制酶切点,以便与外源基因连接。 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。 5)载体DNA 分子应大小适中,以便于提取和操作,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,细菌的质粒 病毒:噬菌体衍生物、动植物病毒等。,有标记基因的存在,可用含青霉素的培养基鉴别。,有切割位点,能复制并带着插入的目的基因一起复制,质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体(即拟核DNA)之外,并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。,最常用运载体质粒,实际上在基因工程操作中,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。,
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