資源簡介 (共37張PPT)我國是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。棉花在種植過程中,常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲,其中以棉鈴蟲最為常見。棉鈴蟲可以使棉 花產(chǎn)量減少三分之一,嚴(yán)重時(shí),甚至能使一片棉田絕收。大量使用農(nóng)藥殺蟲不僅會(huì)提高生產(chǎn)成本,還可能造成農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污 染。要是能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種,這一問題就 會(huì)迎刃而解,我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是在這樣 的背景下產(chǎn)生的。為什么傳統(tǒng)的雜交育種方法培育不出抗蟲棉, 基因工程卻可以呢 基因工程是如何進(jìn)行操作的 它給我們的生 產(chǎn)和生活帶來了怎樣的影響 基因工程是指按照人們的愿望,通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的生物類型和生物產(chǎn)品。 從技術(shù)操作層面看,由于基因工程是在DNA 分子水平上進(jìn)行設(shè) 計(jì)和施工的,因此又叫做重組DNA 技術(shù)。基因工程 是指按照人們的愿望,通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)賦予生物新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。從技術(shù)操作層面看,由于基因 工程是在DNA 分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的,因此又叫做重組DNA 技術(shù)。>操作對象:基因 (DNA)>操作水平:DNA 分子水平> 原 理 : 基因重組> 結(jié) 果 : 創(chuàng)造出人類需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品> 意 義 : 定向改造生物遺傳特性;徹底打破種間界限基因工程分析基因工程的理論基礎(chǔ)1.基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組的主要區(qū)別是什么 有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的,并且只能在同一物種間進(jìn)行重組;基因工程可以實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)在不同物 種間進(jìn)行重組,并且方向性強(qiáng),可以 定向地改變生物的性狀。減數(shù)分裂I前期:同源染色體上非 姐妹染色單體間的互換;減數(shù)分裂I后期:非同源染色體上 非等位基因的自由組合。2. 為什么不同生物的DNA 分子能拼接起來 ① DNA 的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。② 雙鏈DNA 分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。3.為什么一種生物的基因可以在另一種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá) ① 基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位。② 遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。③ 生物界共用一套遺傳密碼。分析基因工程的理論基礎(chǔ)第三章基因工程第1節(jié)重組DNA 技術(shù)的基本工具露 生 物生 物 學(xué) (人教版)選擇性必修三 生物技術(shù)與工程番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒侵染后,產(chǎn)量會(huì)大大下降。科學(xué) 家通過精心設(shè)計(jì),用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基 因番木瓜,它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。DNA 雙螺旋的直徑只有2 nm, 對如此微小 的分子進(jìn)行操作,是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作,更需 要專門的“分子工具”。那么,科學(xué)家究竟用到 了哪些“分子工具” 這些“分子工具”各具有 什么特征呢 從社會(huì)中來△ 轉(zhuǎn)基因番木瓜(左)與非轉(zhuǎn)基因番木瓜(右)外源 DNA 片段難以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),即使進(jìn)入也很難穩(wěn)定存在、復(fù)制并表達(dá)。在培育轉(zhuǎn)基因番木瓜時(shí),既要在體 外對含有所需基因的DNA 分子“切割”、 改造和“拼接” ;又要將重組 DNA 分子 導(dǎo)入番木瓜體細(xì)胞內(nèi),并使其在細(xì)胞中表 達(dá) 。>思考:你認(rèn)為完成基因工程的操作可能需要哪些關(guān)鍵性的工具 “分子運(yùn)輸車”“分子手術(shù)刀”“分子縫合針”基因工程的基本工具含目的基因的DNA目的基因重組DNA“分子運(yùn)輸車”主要是從原核生物中分離純化出來的數(shù)千種 (限制酶不是一種酶,而是一類酶)能夠識別雙鏈DNA 分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開(核苷酸之間的磷酸酯鍵)磷酸二酯鍵限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)—— "分子手術(shù)刀"1.來 源 : 2.種類:3. 作 用 :4.結(jié) 果 :限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)—— "分子手術(shù)刀">當(dāng)限制酶在它的識別序列的中心軸線兩側(cè)將 DNA 分子的兩條鏈分別切開時(shí),產(chǎn)生的是黏性末端。① EcoRI 限制酶:能特異性識別5'-GAATTC-3 '序列,并在G 與 A 之間切割黏性末端(5'AATT-3')中軸線限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)—— "分子手術(shù)刀"② SmaI 限制酶: 能特異性識別5'-CCCGGG-3'序列,并在C 與G 之間切割>當(dāng)限制酶在它的識別序列的中心軸線處切開時(shí),產(chǎn)生的是平末端。平末端3'5'>大多數(shù)限制酶的識別序列由6個(gè)核苷酸組成;也有少數(shù)限制酶的識別序列由4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù) 量的核苷酸組成。>限制酶所識別的序列的特點(diǎn)是:都可以找到一條中心軸線,中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA 上的堿基是 反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的,稱為回文序列。正向讀 與另一條鏈反向讀的堿基順序完全一致。3'GA A G5'中軸線5' 3'G GG3' 5'中軸線核心歸納>DNA 分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA 片段末端通常有兩種形式——黏性末端和平末 端。EcoRISma IATAT3'5'屬名Escherichia 首字母R 型菌株EcoR I種名coli前兩個(gè)字母從中分離的第一個(gè)限制酶資料卡 限制酶名字的由來例如:流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分離到3種限制 酶,則分別命名為:Hind I、Hind IⅡ、Hind IⅢ1.根據(jù)上述所學(xué),推測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種防御工具,當(dāng)外源DNA 入侵時(shí),它會(huì)利用限制酶來切割侵入細(xì)胞的外源DNA, 使之失效,以保證自身安全。甲基 限制酶的識別序列( 被 甲 基 化 修 飾 )細(xì)菌A限制酶A噬菌體細(xì)菌的限制一修飾作用使侵入的外源DNA 被切 割(噬菌體失去繁殖能力) 而自身DNA 得到保護(hù)2.為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA 分 子 含某種限制酶的細(xì)菌的DNA 分子不具備這種限制酶的識別序列,或者甲基化酶將甲基 轉(zhuǎn)移到了限制酶所識別序列的堿基上,使限 制酶不能將其切開。思考 · 討論限制酶的識別序列(未被甲基化修飾)思考 ·討論3.有2個(gè)不同來源的DNA 片段A 和 B,A 片段用限制酶Spe I 進(jìn)行切割,B 片段分別用限制酶Hind IⅢ、Xba I、EcoR V 和Xho I 進(jìn)行切割。各限制酶的識別序 列和切割位點(diǎn)如下。(1)A 片段經(jīng)限制酶切割一次可斷開2個(gè)磷酸二酯鍵,產(chǎn)生2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),產(chǎn)生 2 個(gè)黏性末端,其黏性末端是 5'CTAG-3' o思考 · 討論3. 有2個(gè)不同來源的DNA 片段A 和 B,A 片段用限制酶 Spe I 進(jìn)行切割, B 片 段分別用限制酶Hind IⅢ、Xba I、EcoR V 和Xho I 進(jìn)行切割。各限制酶的識別序 列和切割位點(diǎn)如下。(2)同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否相同 不同限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否一定不同 相同;不一定,不同的限制酶切割可能會(huì)形成相同的黏性末端,如SpeI 和XbaI。> 識 別DNA 分子中不同核苷酸序列,但能切割產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。思考 · 討論3.有2個(gè)不同來源的DNA 片段A 和B,A 片段用限制酶Spe I 進(jìn)行切割,B 片段分別用限制酶Hind IⅢ、Xba I、EcoR V 和Xho I 進(jìn)行切割。各限制酶的識別序 列和切割位點(diǎn)如下。(3)哪種限制酶切割B 片段產(chǎn)生的DNA 片段能與限制酶 Spe I 切割A(yù) 片段產(chǎn)生的DNA 片段相連 接 為什么 連接完成后,該重組DNA 分子的新連接處能否再被所用的限制酶識別 為什么 限制酶XbaI; 因?yàn)橄拗泼?XbaI 與 SpeI 切割產(chǎn)生了相同的黏性末端。不能;因?yàn)樗玫膬煞N限制酶均不能識別該重組DNA 分子的新連接處的脫氧核苷酸序列。切口5'A3'切口5'G TA3'DNA連接酶——"分子縫合針"1.作用:將兩個(gè)DNA片段連接起來,恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二 酯 鍵。C G G G G GCGCGGGG3'3'3'3'3'3'5'5'5'5'5'5'種類 E.coli DNA連接酶T4 DNA連接酶來源 大腸桿菌T4噬菌體相同點(diǎn) 都能將雙鏈DNA片段"縫合"起來,恢復(fù)被限制酶切開 的磷酸二酯鍵 不同點(diǎn) E.coli DNA連接酶連接具有平末端的DNA片段的效率要 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于T4 DNA連接酶DNA連接酶——"分子縫合針"2.種 類 :由于黏性末端的堿基是互補(bǔ)的,在連接時(shí),黏性末端可以通過堿基互補(bǔ)配對形成氫鍵,加快 DNA 連接酶的連接速度,而平末端則不能。所以T4 DNA 連接酶連 接黏性末端的速度比平末端的速度更快。oDNA連接酶——"分子縫合針"> 為 什 么T4 DNA連接酶連接平末端的效率相對較低 5'3'3'5'心:6TAA(;6(1)DNA 聚合酶只能催化單個(gè)核苷酸加 到已有的核酸片段3'末端的羥基上,形成 磷酸二酯鍵;而DNA 連接酶是催化兩個(gè) DNA 片段之間形成磷酸二酯鍵。(2)DNA 聚合酶以一條 DNA 鏈為模板, 催化形成與模板鏈互補(bǔ)的DNA 鏈;而DNA 連接酶催化具有互補(bǔ)黏性末端或平末 端的DNA 片段連接起來,不需要模板。此外,它們雖同為蛋白質(zhì),但組成、 性質(zhì)等各不相同。游離的核苷酸 DNA聚合酶前導(dǎo)鏈解旋酶后隨鏈復(fù)制叉DNA聚合酶DNA 連接酶和 DNA 聚合酶是一回事嗎 為什么 ▲ DNA 復(fù)制中DNA 聚合酶發(fā)揮作用項(xiàng)目 限制酶 DNA連接酶 DNA聚合酶 解旋酶DNA水解酶作用對象 D N A 分 子 D N A 分 子 片 段 脫氧核苷酸 D N A 分 子D N A 分 子作用部位 磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵 氫鍵磷酸二酯鍵作用結(jié)果 形成黏性末 端或平末端 形成重組 D N A 分 子 形成新的 D N A 分 子 形成單鏈 D N A 分 子形成脫氧核苷酸核心歸納與DNA 相關(guān)的幾種酶的比較基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——"分子運(yùn)輸車"1.作 用 :將外源基因送入受體細(xì)胞,并在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制2.種類:質(zhì)粒 、噬菌體、動(dòng)植物病毒等利用病毒對宿主細(xì)胞的侵染性 擬 核DNA 質(zhì) 粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于真 核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外,并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙 鏈DNA。>真正被用作載體的質(zhì)粒,都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。目的基因 插入位點(diǎn)-復(fù)制原點(diǎn)▲ 大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖氨芐青霉素- 抗性基因大腸桿菌細(xì)胞基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——"分子運(yùn)輸車"3.載體需具備的條件:(1)有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn) (便于插入目的基因)(2)能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存 (使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)增)(3)具有特殊的標(biāo)記基因 (便于重組DNA 分子的篩選/將含有目的基因的 受體細(xì)胞篩選出來)(4)對受體細(xì)胞無害、易分離 (避免受體細(xì)胞受到損傷)自我復(fù)制,或整合到受體DNA 上,隨受體DNA 同步復(fù)制1.若用家蠶作為某基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用噬菌體作為載體,其原因是什么 噬菌體的宿主細(xì)胞是細(xì)菌,而不是家蠶。2.根據(jù)標(biāo)記基因的作用,有同學(xué)認(rèn)為在含有某種抗生素的培養(yǎng)基中篩選存活的受體細(xì)胞不一定是導(dǎo)入目的基因的受體細(xì)胞,這種說法是否合理 并說明理由 合理,因?yàn)閮H導(dǎo)入載體的和導(dǎo)入插入了目的基因的載體的受體細(xì)胞均能在該培養(yǎng)基中存活 。分析載體的種類和載體需具備的條件載體上的標(biāo)記基因一 般是某種抗生素的抗性基因,而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi) 表達(dá),受體細(xì)胞對該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上,能夠生存的是 被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。如圖所示:在含有氨芐進(jìn)入受 青霉素的培Amp 體細(xì)胞 養(yǎng)基上培養(yǎng)歸納:標(biāo)記基因的篩選原理只有含有載體,并 且載體上的抗性基 因表達(dá)的大腸桿菌 才能存活并增殖含有氨芐青霉素 抗性基因的載體 (如質(zhì)粒)大腸桿菌中有的 有載體進(jìn)入,有的沒有載體進(jìn)入目的基因LacZ 基因表達(dá)產(chǎn)生的β-半乳糖甘酶能夠分解 X-gal產(chǎn)生藍(lán)色物質(zhì),從而使菌落呈藍(lán)色;否則菌落呈白色。請分析下列3種大腸桿菌在含 X-gal 和青霉素的固 體培養(yǎng)基上的存活情況及菌落顏色。歸納:標(biāo)記基因的篩選原理>標(biāo)記基因進(jìn)行篩選重組DNA 分子舉例氨芐青霉素 抗性基因存活;藍(lán)色存活;白色無法存活lacZ 基因思考 · 討論 重組DNA 分子5'-ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC-3'3'-TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG-5'5'-TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATAC-3'3'-AGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG-5'討論:1.剪刀和透明膠帶分別代表哪種“分子工具” 2.你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配 對 如果不能,可能是什么原因造成的 3.你插入的DNA 片段能稱得上一個(gè)基因 嗎 請你在上述序列中找到EcoR I 的識別序列和切割位點(diǎn)。然后,用剪刀進(jìn)行 “切割”。待切割位點(diǎn)全部切開后,將 從下面那條DNA 鏈上切下的片段重組到 上面那條DNA 鏈的切口處,并用透明膠 帶將切口粘起來。5'- TCCTAG -3' 5'-AATTCTCGGTATG-3' 5'- AATTCCATAC-3'3'-AGGATCTTAA-5' 3'-GAGCCATACTTAA-5' 3'-GGTATG-5'5'- ATAGCATGCTATCCATGAATTCTCGGTATGAATTCGGCATAC -3'3'- TATCGTACGATAGGTACTTAAGAGCCATACTTAAGCCGTATG-5'個(gè) 個(gè)膠帶 膠帶5'-ATAGCATGCTATCCATG-3'3'-TATCGTACGATAGGTACTTAA-5'思考 ·討論 重組DNA 分子5'-AATTCGGCATAC-3'3'-GCCGTATG-5'1.實(shí)驗(yàn)思路:裂解細(xì)胞使核酸分子釋放出來從釋放出來的細(xì)胞成分中分離核酸分子純化獲得核酸分子探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定2.實(shí)驗(yàn)原理:( 1 ) 提 取 DNA 的原理: DNA、RNA、 蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存 在差異,可以利用這些差異,選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法 對它們進(jìn)行提取。>DNA 不溶于酒精,但某些蛋白質(zhì)溶于酒精>DNA 在不同濃度的NaCl 溶液中溶解度不同,能溶于2 mol/L 的 NaCl 溶液> 初步分離DNA 和蛋白質(zhì)DNA 溶解度溶解 DNAo 0.14NaCl 濃度(mol/L)探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定( 2 ) 鑒 定DNA 的原理:在一定溫度下,DNA 遇二苯胺試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。3.材料用具:( 1 ) 選 材 :DNA 含量相對較高的生物組織,如新鮮洋蔥、香蕉、菠菜、菜花和豬肝等 。注意:不能選擇哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞,因?yàn)椴溉閯?dòng)物成熟的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和線粒體,幾乎不含 DNA。(2)試劑: ①研磨液②體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精③ 2 mol/L的NaCl 溶液④ 二苯胺試劑⑤ 蒸餾水探究 ·實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定→ 提取、溶解DNA→ 析出D NA→ 溶 解DNA→ 鑒 定DNA (要現(xiàn)配現(xiàn))4.方法步驟:取材、研磨 稱取30g 洋蔥,切碎,然后放入研缽中,倒入10mL 研磨液,充分研磨。> 研 磨 目 的 :破碎細(xì)胞,使核物質(zhì)容易溶解在研磨液中。探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定研磨洋蔥方法一:在漏斗中墊上紗布,將洋蔥研磨液過濾到燒杯中, 在4℃冰箱中放置幾分鐘后,再取上清液。方法二:直接將研磨液倒入塑料離心管中,1500r/min的轉(zhuǎn)速 下離心5min, 再取上清液放入燒杯中。>思考:①上清液中除DNA 之外,可能含有哪些雜質(zhì) 可能含有核蛋白、多糖等雜質(zhì)②低溫放置幾分鐘有什么作用 抑制核酸水解酶的活性,進(jìn)而抑制DNA 降解;抑制DNA 分子運(yùn)動(dòng),使DNA 易形成沉淀析出。4.方法步驟:取材、研磨過濾或離心探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定方法一:在上清液中加入體積相等的、 預(yù)冷的酒精溶液(體積分?jǐn)?shù)為95%),靜置2-3min, 溶液中出現(xiàn)的白色絲狀物就是粗提取的DNA 。用玻璃棒沿一個(gè)方向攪拌,卷起絲狀物,并用濾紙吸去上面的水分;> 思考:①攪拌時(shí)應(yīng)輕緩、并沿一個(gè)方向 減少DNA 斷裂,以便獲得較完整的DNA 分子②酒精預(yù)冷的作用 低溫可抑制核酸水解酶的活性,進(jìn)而抑制DNA 降解; 用冷卻的酒精析出DNA 低溫抑制DNA 分子運(yùn)動(dòng),使DNA 易形成沉淀析出;低溫有利于增加DNA 的柔韌性,減少斷裂。方法二:將溶液倒入塑料離心管中,在10000r/min的轉(zhuǎn)速下離心5min, 棄上清液,將管底的沉淀物(粗提取的DNA) 晾 干。探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定取材、研磨過濾或離心分 離4.方 法 步 驟 :DNA 的粗提取與鑒定取兩支20 mL 的試管,各加入2mol/L 的NaCl 溶液5mL 。將 絲狀物或沉淀物溶于其中一 支試管的NaCl 溶液中。向兩支試 管中各加入4mL 的 二苯胺試劑。 混合均勻后,將試管置于沸 水中加熱5min 。待試管冷卻后,比較兩支試管中溶液顏 色 的 變 化。對照組 實(shí)驗(yàn)組溶液藍(lán)色的深淺與溶液中DNA 的含量的多少有 關(guān) 。鑒定DNA 鑒定結(jié)果探究 · 實(shí)踐4.方法步驟:取材、研磨過濾或離心分 離鑒 定> 思考討論1.如果選用雞血細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如何快速破碎細(xì)胞 將雞血細(xì)胞置于蒸餾水中,待細(xì)胞漲破后,收集濾液。2.有時(shí)會(huì)在DNA 濾液中添加嫩肉粉(木瓜蛋白酶),這樣有什么好處 利用蛋白酶分解雜質(zhì)蛋白,但不分解 DNA, 有利于DNA 與蛋白質(zhì)分開。3. 有時(shí)還會(huì)反復(fù)利用不同濃度的NaCl 溶液來溶解、析出DNA, 試猜想該操作的目的 進(jìn)一步純化DNA—— 用高鹽濃度的溶液溶解 DNA, 能除去在高鹽溶液中不能溶解的雜質(zhì);用低鹽溶液使DNA 析出,能除去溶解在低鹽溶液中的雜質(zhì)。因此,通過 反復(fù)溶解與析出 DNA, 就能夠除去與DNA 溶解度不同的多種雜質(zhì)。探究 · 實(shí)踐 DNA 的粗提取與鑒定重組DNA技術(shù)的基本工具分子縫合針: 分子運(yùn)輸車:基因進(jìn) DNA連接酶 入受體細(xì)胞的載體載體:質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等課堂小結(jié)分子手術(shù)刀:限制性內(nèi)切 核酸酶作用 部位 磷酸二酯鍵作為載體的條件 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫