DNA重组技术的基本工具.pptx
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DNA重组技术的基本工具(共32张PPT)
基础理论和技术发展催生了基因工程
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者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。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还 不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA 的酶。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者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识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者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。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还 不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA 的酶。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者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识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
1.1DNA重组技术的基本工具(共27张PPT)
人类需要的基因产物
优点
克服远缘杂交不亲和的障碍 定向改造生物的性状
讨论：
普通棉花
基因工程的工具
苏云金芽孢杆菌含有一种可以
合成毒蛋白的基因。
抗虫棉
让细菌的毒蛋白基因在棉花细
胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫
害的抗虫棉。
想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作？
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称， 重复排列。称为回文序列
如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
例：大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_G_A_A_T_T_C___序列，并切割_G__和_A__之间的_磷__酸__二_酯__键__。 切割后产生_黏__性__末__端___。
①……CGTGCA
②
…AC …TG
③
GC… CG…
④……GCTTAA 反
向
⑤ G… ACGTC…
⑥ ……CGCG
⑦
GT… CA…
⑧AATTCG……
对 称
①和⑤能连接形成 ③和⑥能连接形成
②和⑦能连接形成 ④和⑧能连接形成
三、“分子运输车”——基因进入受体细胞。
4、作用： 切割DNA 5、结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
限制酶在原核生物中的作用：
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。
优点
克服远缘杂交不亲和的障碍 定向改造生物的性状
讨论：
普通棉花
基因工程的工具
苏云金芽孢杆菌含有一种可以
合成毒蛋白的基因。
抗虫棉
让细菌的毒蛋白基因在棉花细
胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫
害的抗虫棉。
想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作？
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称， 重复排列。称为回文序列
如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
例：大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_G_A_A_T_T_C___序列，并切割_G__和_A__之间的_磷__酸__二_酯__键__。 切割后产生_黏__性__末__端___。
①……CGTGCA
②
…AC …TG
③
GC… CG…
④……GCTTAA 反
向
⑤ G… ACGTC…
⑥ ……CGCG
⑦
GT… CA…
⑧AATTCG……
对 称
①和⑤能连接形成 ③和⑥能连接形成
②和⑦能连接形成 ④和⑧能连接形成
三、“分子运输车”——基因进入受体细胞。
4、作用： 切割DNA 5、结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
限制酶在原核生物中的作用：
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。
DNA重组技术的基本工具讲义.pptx
人类需要的基因产物
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
普通棉花(无抗虫特性)
提取
与运载体DNA拼接
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
导入
棉花植株(有抗虫特性)
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
• 基因工程培育抗虫棉的关键步骤： 关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来
本节知识内容 DNA 重组技术的基本工具
“分子手术刀” ──限制酶 “分子缝合针” ──DNA连接酶 “分子运输车”
──基因进入受体细胞的载体
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性内切酶。
《选修3》知识呈现的方式：
转鱼抗寒基因 的番茄
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
基因工程的概念
基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 实质 结果
剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组
关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接
关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
关键步骤一的工具： 基因的剪刀——限制性内切酶
关键步骤二的工具： 基因的针线——DNA连接酶
关键步骤三的工具： 基因的运载工具——运载体
专题一 基因工程
§1 DNA重组技术的基本工具
2、种类：4000种。
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
普通棉花(无抗虫特性)
提取
与运载体DNA拼接
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)
导入
棉花植株(有抗虫特性)
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
• 基因工程培育抗虫棉的关键步骤： 关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来
本节知识内容 DNA 重组技术的基本工具
“分子手术刀” ──限制酶 “分子缝合针” ──DNA连接酶 “分子运输车”
──基因进入受体细胞的载体
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性内切酶。
《选修3》知识呈现的方式：
转鱼抗寒基因 的番茄
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
基因工程的概念
基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 实质 结果
剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组
关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接
关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
关键步骤一的工具： 基因的剪刀——限制性内切酶
关键步骤二的工具： 基因的针线——DNA连接酶
关键步骤三的工具： 基因的运载工具——运载体
专题一 基因工程
§1 DNA重组技术的基本工具
2、种类：4000种。
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关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来
“分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶
关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合” “分子缝合针”—— DNA连接酶
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 “分子运输车”—— 运载体
1.1DNA重组技 术的基本工具
1 .1、DNA重组技术的基本工具
“分子手术刀”-- 限制性核酸内切酶 “分子缝合针”-- DNA连接酶 “分子运输车”-- 运载体
我
进行大量复制的过程可称为“克隆”
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20.11.8 20.11.8Sunday, November 08, 2020 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。13:23:2713:23:2713:2311/8/2020 1:23:27 PM 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.11.813:23:2713:23Nov-208-Nov-20 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。13:23:2713:23:2713:23Sunday, November 08, 2020 13、志不立，天下无可成之事。20.11.820.11.813:23:2713:23:27November 8, 2020
3、特点:识别特定核苷酸序列,
切割特定切点 （专一性）
4、作用：切割DNA 5、结果：产生黏性未端或平末端
思考?
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？ 要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。
• 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性(平)末端，然后让两 者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合 成重组的DNA分子了。
操作环境
生物体外
操作对象
操作水平 基本过程
实质 结果
基因
DNA分子水平
剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组
定向改造生物性状，获得人类需要的基因 产物
普通棉花
抗虫棉
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
普通棉花(无抗虫基因)
提取 与棉花DNA拼接
抗虫基因
导入
棉花细胞(含抗虫基因)
转基因棉花植株
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
• 1、简称：限制酶 2、来源：主要从原核生物中
分离纯化出来的。
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是 是什么吗？
脱氧核苷酸的结构
磷酸二酯键
5’ A
4’ 3’
5’
1’
2’
3’,5’ -磷酸二 酯键
G
4’
1’
3’
2’
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
同课异构教学展示活动
五年二班 2013年11月19日
基因工程的产物
基因工程的概念
基因工程又叫做基因拼接技 术或DNA重组技术。通俗地说， 就是按照人们的意愿，把一种生 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，定向地改造生物的遗传 性状。
回顾： 基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
有切割位点
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
小结
限制酶
主要存在于原核生物中 具有专一性(识别序列) 切开DNA分子的磷酸二酯键
基因工程 的工具
DNA连 接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
结构简单,大小适中
运载 工具
具备的 条件
能在受体细胞中自 我复制并稳定存在 具一个或多个限制酶切位点 具标记基因
类型
来源
E·coliDNA连接酶 大肠杆菌
T4DNA连接酶 T4噬菌体
功能
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和 平末端
DNA连接酶的缝合作用
可把黏性末端之间的 缝隙“缝合”起来，
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， 但不能连接单链DNA！
DNA聚合酶的作用
同
酸二酯键
成磷酸二酯键
点 作用结果 形成完整的重 形成DNA的一条
组DNA分子
链
用途
基因工程
DNA复制
基因进入受体细胞的载体
➢假？
可能造成基因丢失
➢作为载体没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组
➢目的基因是否进入受体细胞，你如何察
觉？
载体上应有标记基因
三、基因进入受体细胞的载体 ——“分子运输车”
GAATTC
GAATTC
CTTAAG
CTTAAG
同种限制酶
切割
G AATTC
G AATTC
CTTAA G
CTTAA G
基因的针线：
DNA连接酶
G AATTC
CTTAA G
二、 DNA连接酶 ——“分子缝合针”
1、作用: 把DNA片段拼接成新的DNA，
2、作用原理：
催化磷酸二酯键形成, 不是氢键
3、类型：
3、作用：切割DNA，使磷酸二酯键断开
磷酸二酯键
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
4、识别特点：
识别特定的核苷酸序列，切割特定切点， 具有专一性
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
4、作用结果：
产生黏性未端和平末端
工具1：限制性核酸内切酶
1、简称：限制酶 2、来源：主要在原核生物中
上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内提取出来
“分子手术刀”—— 准确切割DNA
关键步骤二：抗虫基因与棉花DNA“缝合” “分子缝合针”—— 将DNA片段再连接起来
关键步骤三：把抗虫基因导入棉花细胞 “分子运输车”—— 将体外重组好的DNA导入 受体细胞
1、载体必须具备的条件： ①能够在受体细胞中复制并稳定地保存； ②具有一至多个限制酶切点，以便与
外源基因连接
③具有某些标记基因，供重组DNA的检测
和鉴定。
• 2、常用的载体：
• 质粒， • λ噬菌体的衍生物， • 动植物病毒等
3、质粒
分布：许多细菌、 酵母菌等生物
本质：小型环状DNA分子。 有标记基因
质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
1、下列不适合用于基因工程的运载体
是（ C ）
A、质粒
选 我
C、细菌
B、噬菌体 D、病毒
审题
2、下列说法正确的是：（ D ）
A、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、重组技术所用的工具酶是限制酶、
连接酶、运载体
选 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因
AATTG
T
A
A
C
DNA聚合D酶NA聚合D酶NA聚D合N酶A聚合D酶NA聚合酶
A A
T
T
返回
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
相 作用实质 同 点 化学本质
DNA连接酶
DNA聚合酶
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
模板
不需要
需要
作用对象 在两个DNA片
不
段之间形成磷
只能将单个核苷 酸连接到已有的 DNA片段上，形