1.1DNA重组技术的基本工具--精华版

专题1基因工程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。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?基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程实质结果基因拼接技术或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→表达基因重组基因工程的概念问题探讨：苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。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。想一想需要做哪些关键工作？苏云金芽孢杆菌毒蛋白普通棉花抗虫棉普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？重组DNA导入形成基因工程培育抗虫棉的简要过程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关键步骤二：形成重组DNA关键步骤三：重组DNA导入受体(棉花)细胞1.1DNA重组技术的基本工具关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：形成重组DNA关键步骤三：重组DNA导入受体(棉花)细胞“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”——基因进入受体细胞的载体“分子手术刀”——限制性核酸内切酶⒈主要来源：2.种类与命名：3.作用：4.作用结果：主要是从原核生物中分离纯化出来的一类酶。约4000种识别特定的核苷酸序列，断裂磷酸二酯键。形成粘性末端或平末端来源种类特点作用结果阅读课本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1’2’3’4’5’脱氧核苷酸的结构G1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’A3’,5’-磷酸二酯键3’端5’端3’端5’端磷酸二酯键13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，称为回文序列•限制酶的识别序列：能被限制性内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列：在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)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。以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：①GC…②AATTC…③…GC④…CTTAACG…G……CG…G(1)其中①和是由一种限制酶切割形成的末端，所用限制酶是。（2）和是由另一种限制酶切割形成的末端，所用的限制酶可以是。反馈练习③SmaI限制酶④②EcoRI限制酶•在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶反馈练习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。23类型来源功能相同点差别E·coliDNA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中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？T4DNA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ATGCATGCDNA聚合酶连接单链DNA把单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA连接酶DNA聚合酶相同点作用实质化学本质不同点模板作用对象作用结果用途都能催化形成磷酸二酯键都是蛋白质不需要需要DNA的一条链作为模板形成完整的重组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，形成磷酸二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键小试身手DNA连接酶催化的反应是（）A、DNA复制时母链与子链之间形成氢键B、黏性末端碱基之间形成氢键C、两个DNA片断黏性末端之间的缝隙的连接D、A、B、C都不正确c以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：①GC…②AATTC…③…GC④…CTTAACG…G……CG…G(1)其中①和是由一种限制酶切割形成的末端，两者要重组成一个DNA分子，所用DNA连接酶通常是。（2）和是由另一种限制酶切割形成的末端，两者要形成重组DNA片段，所用的连接酶通常是。反馈练习③T4DNA连接酶④②E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶限制酶与DNA解旋酶、DNA水解酶的比较作用共同点限制酶DNA解旋酶DNA水解酶使特定部位的磷酸二酯键断裂将DNA二条链之间的氢键断开将DNA水解成单个脱氧核苷酸都作用于DNA分子中的化学键作用应用限制性核酸内切酶DNA连接酶使特定部位的磷酸二酯键断裂在DNA片段之间形成磷酸二酯键用于提取目的基因和切割载体用于连接目的基因和运载体比较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”——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）具一个或多个限制酶切点，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①细菌的质粒②病毒：λ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。对宿主细胞没有影响，主要存在于细菌和酵母菌体内。其中最常用的是大肠杆菌质粒。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。（双选）关于质粒的叙述正确的A.质粒是能够自我复制的环状DNA分子B.质粒是基因工程常用的载体C.重组质粒是目的基因D.质粒可在宿主外单独复制AB反馈练习小结升华限制酶DNA连接酶载体来源特点结果作用种类特点种类条件作用DNA重组技术的基本工具课本知识回顾基因工程又叫做或。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种提取出来，加以，然后放到另一种生物的细胞里，改造生物的遗传性状。基因拼接技术DNA重组技术基因修饰改造定向地DNA重组技术的基本工具“分子手术刀”──“分子缝合针”──“分子运输车”──限制（性核酸内切）酶DNA连接酶载体限制性核酸内切酶•主要是从的一种酶。•识别双链DNA分子的某种，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开。•形成两种末端原核生物中分离纯化出来特定的核苷酸序列磷酸二酯键粘性末端平末端“分子缝合针”——DNA连接酶1、种类：2、作用部位：两类连接黏性末端E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶磷酸二酯键连接黏性末端和平末端基因进入受体细胞的载体通常有三种:作为载体的条件：在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在质粒λ噬菌体衍生物动植物病毒天然质粒人工改造的能自我复制；有切割位点；有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离基础上进行过练习•在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（）A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制（）B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNAD练习下列关于限制酶和DNA连接酶的理解正确的是A、其化学本质都是蛋白质B、DNA连接酶可以恢复DNA中的氢键C、在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶D、他们不能被反复的利用巩固提高A糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，以致发达国家把它列为第3号“杀手”。请回答下列问题：（1）目前，对糖尿病的治疗，大多采用激素疗法，所用激素为，由细胞分泌。（2）目前检测尿糖常用的试剂为，糖尿遇该试剂加热后呈色。拓展迁移胰岛素胰岛B斐林试剂砖红（3）所用激素过去主要是从动物的内脏中提取，数量有限，现大多采用基因工程的方法生产（如图所示）。①d为。②获得f，必须先用切割b和d，使它们产生相同的黏性末端，再加入适量的方可形成。③b的名称是，其化学本质为。拓展迁移目的基因同一种限制酶DNA连接酶质粒DNA