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1、1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具專題1 基因工程 本節(jié)目標簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。重點 DNA重 組 技 術(shù) 所 需 的 三 種 基 本 工 具 的 作 用 。難點 基 因 工 程 載 體 需 要 具 備 的 條 件 。 復(fù)習概念 基 因 工 程 ， 又 叫 做 基 因 拼 接 技 術(shù) 或 DNA重 組 技 術(shù) 。 通 俗 地說 ， 就 是 按 照 人 們 的 意 愿 ， 把 一 種 生 物 的 某 種 基 因 提 取 出來 ， 加 以 修 飾 改 造 ， 然 后 放 到 另 一 種 生 物 的 細 胞 里 ， 定 向地 改
2、造 生 物 的 遺 傳 性 狀 。基因工程工具： 基 因 的 “ 剪 刀 ” 基 因 的 “ 針 線 ” 基 因 的 運 載 體 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶DNA連 接 酶質(zhì) 粒 、 病 毒 復(fù)習步驟： 提 取 目 的 基 因 目 的 基 因 與 運 載 體 結(jié) 合 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細 胞 目 的 基 因 的 檢 測 與 鑒 定優(yōu)點： 基 因 工 程 最 突 出 的 優(yōu) 點 是 打 破 了 常 規(guī) 育 種 難 以 突 破 的 物 種之 間 的 界 限 ， 可 以 使 原 核 生 物 與 真 核 生 物 之 間 、 動 物 與 植物 之 間 ， 甚 至 人 與 其 他 生
3、 物 之 間 的 遺 傳 信 息 進 行 重 組 和 轉(zhuǎn)移 。 基因工程誕生的理論基礎(chǔ)1基因拼接的理論基礎(chǔ) (1)大 多 數(shù) 生 物 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 _。 (2)DNA的 基 本 組 成 單 位 都 是 四 種 _。 (3)雙 鏈 DNA分 子 的 空 間 結(jié) 構(gòu) 都 是 規(guī) 則 的 _結(jié) 構(gòu) 。2外源基因在受體內(nèi)表達的理論基礎(chǔ) (1)基 因 是 控 制 生 物 性 狀 的 獨 立 遺 傳 單 位 。 (2)遺 傳 信 息 的 傳 遞 都 遵 循 _。 (3)生 物 界 共 用 一 套 _。 DNA脫 氧 核 苷 酸雙 螺 旋中 心 法 則遺 傳 密 碼 限制性核酸內(nèi)切酶 限制性核酸內(nèi)
4、切酶磷酸二酯鍵 尋根問底根據(jù)你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？ 原 核 生 物 容 易 受 到 自 然 界 外 源 DNA的 入 侵 ， 但 是 ， 生 物 在長 期 的 進 化 過 程 中 形 成 了 一 套 完 善 的 防 御 機 制 ， 以 防 止 外來 病 原 物 的 侵 害 。 限 制 酶 就 是 細 菌 的 一 種 防 御 性 工 具 ， 當外 源 DNA侵 入 時 ， 會 利 用 限 制 酶 將 外 源 DNA切 割 掉 ， 以保 證 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
5、之 失 效 ， 從 而 達 到 保 護 自 身 的 目 的 。 思考與探究聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？ 微 生 物 在 長 期 的 進 化 過 程 中 形 成 了 一 套 完 善 的 防 御 機 制 ，對 于 外 源 入 侵 的 DNA可 以 降 解 掉 。 生 物 在 長 期 演 化 過 程 中 ， 含 有 某 種 限 制 酶 的 細 胞 ， 其 DNA分 子 中 或 者 不 具 備 這 種 限 制 酶 的 識 別 切 割 序 列 ， 或 者 通 過甲 基 化 酶 將 甲 基 轉(zhuǎn) 移 到 所 識 別 序 列 的 堿 基 上 ， 使 限 制 酶 不能 將
6、 其 切 開 。 這 樣 ， 盡 管 細 菌 中 含 有 某 種 限 制 酶 也 不 會 使 自 身 的 DNA被切 斷 ， 并 且 可 以 防 止 外 源 DNA的 入 侵 限制性內(nèi)切酶 制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線（圖1-1），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. 限制性內(nèi)切酶-EcoR 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 被 限 制 酶 切 開 的 DNA兩 條 單 鏈 的 切 口 ， 帶 有 幾 個 伸 出 的核 苷 酸 ， 他 們 之 間 正 好 互 補 配 對 ， 這 樣 的 切 口 叫 黏 性 末 端 。 SmaI限制酶的作
7、用當 限 制 酶 從 識 別 序 列 的 中 心 軸 線 處 切 開 時 ， 切 開 的 DNA兩 條單 鏈 的 切 口 ， 是 平 整 的 ， 這 樣 的 切 口 叫 平 末 端 。 分子縫合針DNA連接酶將 雙 鏈 DNA片 段 “ 縫 合 ” 起 來 ， 恢 復(fù) 被 限 制 酶 切 開 的 兩 個 核苷 酸 之 間 的 磷 酸 二 酯 鍵 ,這 樣 一 個 重 組 的 DNA分 子 就 形 成 了 。 DNA連接酶種類Ecoli DNA連接酶 粘 性 末 端T4 DNA連接酶 粘 性 末 端 平 末 端 （ 效 率 較 低 ) 尋根問底DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么? 不
8、是 一 回 事 。 基 因 工 程 中 所 用 的 連 接 酶 有 兩 種 ： 一 種 是 從大 腸 桿 菌 中 分 離 得 到 的 ， 稱 之 為 E coli連 接 酶 。 另 一 種 是從 T4噬 菌 體 中 分 離 得 到 ， 稱 為 T4連 接 酶 。 這 兩 種 連 接 酶 催化 反 應(yīng) 基 本 相 同 ， 都 是 連 接 雙 鏈 DNA的 缺 口 （ nick） ， 而不 能 連 接 單 鏈 DNA。 DNA連 接 酶 和 DNA聚 合 酶 都 是 形 成磷 酸 二 酯 鍵 （ 在 相 鄰 核 苷 酸 的 3位 碳 原 子 上 的 羥 基 與 5位 碳原 子 上 所 連 磷 酸
9、基 團 的 羥 基 之 間 形 成 ） ， 那 么 ， 二 者 的 差別 主 要 表 現(xiàn) 在 什 么 地 方 呢 ？ DNA連接酶與DNA聚合酶DNA聚 合 酶 DNA連 接 酶不 同 點 只 能 將 單 個 核 苷 酸 連接 到 已 有 的 核 酸 片 段上 ， 形 成 磷 酸 二 酯 鍵 在 兩 個 DNA片 段 之 間形 成 磷 酸 二 酯 鍵以 一 條 DNA鏈 為 模 板 ，將 單 個 核 苷 酸 通 過 磷酸 二 酯 鍵 連 接 成 一 條互 補 的 DNA鏈 將 DNA雙 鏈 上 的 兩 個缺 口 同 時 連 接 起 來 ，不 需 要 模 板相 同 點 形 成 磷 酸 二 酯 鍵
10、 “分子運輸車”運載體載體的作用 作 為 運 載 工 具 ， 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細 胞 中 在 受 體 細 胞 內(nèi) 對 目 的 基 因 進 行 大 量 復(fù) 制載體的種類 細 菌 的 質(zhì) 粒 （ 常 用 ） 噬 菌 體 衍 生 物 動 植 物 病 毒 旁欄思考題想一想，具備什么條件才能充當“分子運輸車”？ 能 夠 在 宿 主 細 胞 中 復(fù) 制 并 穩(wěn) 定 地 保 存 。 具 多 個 限 制 酶 切 點 ， 以 便 與 外 源 基 因 連 接 。 具 有 某 些 標 記 基 因 ， 便 于 進 行 鑒 定 和 選 擇 。 必 須 是 安 全 的 ， 對 受 體 細 胞 無 害
11、。 載 體 DNA 分 子 應(yīng) 大 小 適 中 ， 以 便 于 提 取 和 操 作 思考與探究天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？ 作 為 基 因 工 程 使 用 的 載 體 必 需 滿 足 以 下 條 件 。 能 夠 在 宿 主 細 胞 中 復(fù) 制 并 穩(wěn) 定 地 保 存 。 具 多 個 限 制 酶 切 點 ， 以 便 與 外 源 基 因 連 接 。 具 有 某 些 標 記 基 因 ， 便 于 進 行 鑒 定 和 選 擇 。 必 須 是 安 全 的 ， 對 受 體 細 胞 無 害 。 載 體 DNA 分 子 應(yīng) 大 小 適 中 ， 以 便 于 提 取 和 操 作 實 際 上
12、自 然 存 在 的 質(zhì) 粒 DNA分 子 并 不 完 全 具 備 上 述 條 件 ，都 要 進 行 人 工 改 造 后 才 能 用 于 基 因 工 程 操 作 。在基因工程操作中，運載體都是天然的質(zhì)?；虿《窘?jīng)過人工改造的 思考與探究1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段： (1) CTGCA (2) AC (3) GC （ 4） G G TG CG CTTAA (5) G (6) GC (7) GT (8)AATTC ACGTC CG CA G你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？ 思考與探究1和5能連接形成CTGCAG GACGTC 思考與探究2和7能連接形成ACGT TGCA 思考與探究3和6能連接形成GCGC CGCG 思考與探究4和8能連接形成GAATTC CTTAAG
1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具
