工具酶的發(fā)現(xiàn)及基因工程的誕生ppt課件
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第一章 基因工程,第一節(jié) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和 基因工程的誕生,1,思考:,什么叫基因? 基因、DNA、染色體之間是怎樣的關(guān)系? 什么是遺傳信息?如何表達(dá)?,2,三文魚(yú)原是西餐和日本料理的主要原料,不僅味道鮮美,而且富含有益心血管健康的奧米伽-3脂肪酸。三文魚(yú)種類(lèi)不少,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是大西洋鮭,野生的大西洋鮭因?yàn)檫^(guò)度捕撈,已瀕臨滅絕,市場(chǎng)上賣(mài)的大西洋鮭99%以上是人工養(yǎng)殖的。 大西洋鮭的生長(zhǎng)速度緩慢,第一年體重只增加20~30克,一般要養(yǎng)三年才能上市。因此可以給大西洋鮭轉(zhuǎn)入體型最大的三文魚(yú)——大鱗大麻哈魚(yú)的生長(zhǎng)激素基因。,轉(zhuǎn)基因魚(yú),3,剪切,轉(zhuǎn)基因魚(yú)的構(gòu)建,,大麻哈魚(yú)生長(zhǎng)激素基因,目的基因,,大西洋鮭受精卵,受體細(xì)胞,魚(yú)類(lèi)因其產(chǎn)卵量大且體外受精而成為研究轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的最佳入選動(dòng)物 。,(外源基因),運(yùn)載體DNA+目的基因,重組DNA分子,4,基因工程的概念,其核心是構(gòu)建重組DNA分子,(重組DNA技術(shù)),廣義:把一種生物的基因轉(zhuǎn)入另一種生物體中,使其產(chǎn)生我們需要的基因產(chǎn)物,或者讓它獲得新的遺傳性狀。,5,生物體外,基因,分子水平,產(chǎn)生人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物,基因重組,操作環(huán)境:,操作對(duì)象:,操作水平:,基本原理:,工程結(jié)果:,讓目的基因在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定高效地表達(dá),操作目的:,基本過(guò)程:,從此大西洋鮭的身上得到了世界上從沒(méi)有過(guò)的基因?,(不產(chǎn)生新基因,產(chǎn)生新物種嗎?),6,理論基礎(chǔ),DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立 遺傳信息傳遞方式(中心法則)的認(rèn)定,—使來(lái)自異種生物的DNA拼接成為可能,——使基因在異種生物 細(xì)胞內(nèi)表達(dá)成為可能,基因工程的誕生,技術(shù)保障,,工具酶,7,思考:,如何將大馬哈魚(yú)細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)素基因從它的DNA分子中切割下來(lái)?,如何將切下來(lái)的生長(zhǎng)素基因與載體DNA連接起來(lái)?,如何將重組的DNA運(yùn)送到大西洋鮭細(xì)胞?,需要切割DNA的工具(分子手術(shù)刀),需要連接DNA片斷的工具 (分子縫合針),需要基因轉(zhuǎn)移的工具(分子運(yùn)輸車(chē)),——限制性核酸內(nèi)切酶,——DNA連接酶,——基因載體,8,細(xì)菌,4000種,常用200多種。,一、限制性核酸內(nèi)切酶 — “分子手術(shù)刀”(簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶),對(duì)DNA特定的核苷酸序列進(jìn)行識(shí)別和切割,基因工程的基本工具,能夠識(shí)別和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊核苷酸序列的酶 。,思考能否切割煙草花葉病毒上人們想要的目的基因?,9,,重播,EcoRI,識(shí)別GAATTC序列,并在G和A之間切開(kāi),,,限制酶在切斷DNA時(shí),可在切口處帶有幾個(gè)伸出的核苷酸,他們之間堿基正好互補(bǔ)配對(duì),因此稱(chēng)這些片斷為粘性末端。,5′,5′,3′,3′,,10,平末端:平切,粘性末端:錯(cuò)切,作用結(jié)果:,11,12,思考:,要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制性核酸內(nèi)切酶切幾個(gè)切口?可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端?,切兩個(gè)切口,產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。,如果把兩種來(lái)源不同的DNA用同一種限制酶來(lái)切割,會(huì)怎樣呢?,會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端。,如果讓兩者的黏性末端通過(guò)氫鍵連接起來(lái),是否 就可以形成重組的DNA分子了?,13,,,14,三、基因工程的基本工具,2、DNA連接酶,兩條鏈的骨架部分,形成磷酸二酯鍵,連接部位:,具有相同黏性末端的兩個(gè)DNA片段連接起來(lái),形成重組DNA分子。,結(jié)果:,限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵, 只是一個(gè)是切開(kāi),一個(gè)是連接,注意:,,,思考,氫鍵的斷裂與形成與限制酶、DNA連接酶無(wú)關(guān)。,15,思考:,用DNA連接酶連接兩個(gè)相同的黏性未端要形成幾 個(gè)磷酸二酯鍵?,2個(gè),用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸二酯鍵?,4個(gè),外源基因(如抗蟲(chóng)基因)怎樣才能運(yùn)送到受體細(xì)胞(如棉花細(xì)胞)?,需要“分子運(yùn)輸車(chē)”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體,16,三、基因工程的基本工具,3、基因載體(載體),作為運(yùn)載工具,將外源基因送入受體細(xì)胞。,作用:,條件:,⑴能在宿主細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存,⑵有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn),可使外源基因插入 其中,⑶具有某些遺傳標(biāo)記基因,以便進(jìn)行篩選,⑷對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害,質(zhì)粒(最常用)、噬菌體和某些動(dòng)植物病毒,種類(lèi):,,17,質(zhì) 粒,細(xì)菌及酵母菌等。最常用的是大腸桿菌的質(zhì)粒。,來(lái)源:,本質(zhì):,特點(diǎn):,染色體外的小型雙鏈環(huán)狀DNA分子。,能自我復(fù)制; 常具有抗生素抗性基因(標(biāo)記基因); 其存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響。,可以檢測(cè)質(zhì)粒是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞,要想將某個(gè)特定基因與質(zhì)粒相連,需要用幾種限制性核酸內(nèi)切酶處理?,1種,18,四、基因工程的誕生,時(shí)間:,1972年,斯坦福大學(xué) 合成第一個(gè)人工DNA重組產(chǎn)物 1973年,斯坦福大學(xué) 實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌之間的性狀轉(zhuǎn)移 ——標(biāo)志基因工程的誕生,20世紀(jì)70年代,不同生物的DNA能拼接在一起,基因工程的成功能說(shuō)明哪些問(wèn)題?,小結(jié),說(shuō)明所有生物的DNA都具有相同的化學(xué)組成(四種脫氧核苷酸)和空間結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu)),一種生物的基因能夠在另一種生物體內(nèi)表達(dá),說(shuō)明基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,具有一定的獨(dú)立性,同時(shí)也說(shuō)明各種生物共用一套遺傳密碼,19,小結(jié):,基因工程誕生于 。,基因工程誕生的理論基礎(chǔ): 。,基因工程創(chuàng)建的技術(shù)保障: 。,其中限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 為 提供了必要的手段, 而載體 ,達(dá)到了基因 工程的目的。,練習(xí),20,練習(xí):,1、科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年努力,創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程,實(shí)施該工程的最終目的是 A. 定向提取生物體的DNA分子 B. 定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行“剪切” C. 在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D. 定向地改造生物的遺傳性狀,【答案:D】,2、以下說(shuō)法正確的是 A、所有的限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C、載體必須具備的條件之一是:具有多個(gè)限制酶切點(diǎn), 以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來(lái),【答案:C】,21,練習(xí):,4、基因工程又叫重組DNA技術(shù)。假設(shè)以大腸桿菌質(zhì)粒作為 基因載體,并以同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割載體與目的基因,將切割后的載體與目的基因片段混合,并加入DNA連接酶。連接產(chǎn)物至少有 種環(huán)狀DNA分子(假設(shè)兩兩結(jié)合),它們分別是:,3,運(yùn)載體與運(yùn)載體相連、目的基因與目的基因相連、運(yùn)載體與目的基因相連,3、人們常選用的細(xì)菌質(zhì)粒分子往往帶有一個(gè)抗菌素抗性基因,該抗性基因的主要作用是 A.提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性 B.有利于對(duì)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè) C.增加質(zhì)粒分子的分子量 D.便于與外源基因連接,【答案:B】,22,5、下圖是將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)隑細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”示意圖,所用載體為質(zhì)粒A。已知細(xì)菌B細(xì)胞內(nèi)不含質(zhì)粒A,也不含質(zhì)粒A上的基因,質(zhì)粒A導(dǎo)入細(xì)菌B后,其上的基因能得到表達(dá)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:,(1)若把通過(guò)鑒定證明導(dǎo)入了普通質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒的細(xì)菌放在含有氨芐青霉素的培養(yǎng) 基上培養(yǎng),會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象是: 其原理是: (2)導(dǎo)入B細(xì)胞中的目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是:,有的能生長(zhǎng),有的不能生長(zhǎng),普通質(zhì)粒含氨芐青霉素基因;重組質(zhì)粒氨芐青霉素基因被 破壞。,能合成人的生長(zhǎng)激素,23,6、限制性?xún)?nèi)切酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—,限制性?xún)?nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個(gè)切點(diǎn),在目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)酶Ⅱ的切點(diǎn)。 ①請(qǐng)畫(huà)出質(zhì)粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。 ②請(qǐng)畫(huà)出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。 ③在DNA連接酶的作用下,上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接起來(lái)?為什么?,能。因?yàn)橛蓛煞N限制性切割后所形成的黏性末端是相同的。,,,24,有關(guān)DNA酶,將兩個(gè)DNA片段通過(guò)磷酸二酯鍵連接。,DNA水解酶: DNA解旋酶: 限制性核酸內(nèi)切酶: DNA聚合酶: DNA連接酶:,將DNA水解成四種脫氧核苷酸,徹底水解時(shí)生成磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。,使DNA解旋成單鏈,作用部位是堿基與堿基之間的氫鍵。(在適當(dāng)?shù)母邷?、重金屬鹽的作用下,也可使DNA解旋),以一條DNA鏈為模板,將單個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接成互補(bǔ)DNA鏈。,將DNA切成片斷,作用部位是磷酸二酯鍵。,25,思考:,假如外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制會(huì)怎樣? 作為載體如果沒(méi)有限制酶切割位點(diǎn)將怎樣? 外源基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞,你如何去察覺(jué)? 如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將怎樣?,會(huì)在細(xì)胞增殖中丟失,外源的基因不可能插入,如果載體上有遺傳標(biāo)記基因,就可通過(guò)標(biāo)記基因的表達(dá)來(lái)檢測(cè)。,將影響受體細(xì)胞新陳代謝,進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的外源基因也可能無(wú)法表達(dá)。,,26,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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