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高二生物专题1
高二生物专题1 基因工程人教实验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容:
专题1 基因工程
DNA重组技术的基本工具
(一)教学内容
理解DNA重组技术所需三种基本工具的作用,认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新
(二)教学重点:
DNA重组技术所需的三种基本工具的作用
(三)教学难点:
基因工程载体需要具备的条件
(四)教学过程:
来源:主要从原核生物中分离
功能:能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,
限制性内切酶并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷
(分子手术刀) 酸二酯键断开。
切割后的DNA末端:黏性末端
平末端
功能:将切下来的DN***段拼接成新的DNA分子
DNA连接酶 T4 DNA连接酶:能“缝合”双链DN***段互补的黏性末端, 也能“缝合”双链DNA的平末端
E·coli DNA连接酶:只能将双链片段互补的黏性末端连接
能在宿主细胞中保存下来并大量复制
有一个至多个限制酶切割点,
有特殊的遗传标记基因,便于筛选。
(分子运输车) 质粒(常用)
λ噬菌体的衍生物
动植物病毒
1. 基因工程的原理
基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外和,赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在水平上进行设计和施工的,因此又叫做。
2. 限制性核酸内切酶
限制酶——“分子手术刀”掌握限制酶的作用,切割后产生的结果,关注限制酶从哪里寻找?噬菌体侵染细菌的实验——单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭,有何保护机制?
在生物体内有一类酶,它们能将外来的DNA切断,即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力,但对自己的DNA却无损害作用,这样可以保
护细胞原有的遗传信息。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(简称限制酶)。限制酶是基因工程中所用的重要切割工具。科学家已从原核生物中分离出了许多种限制酶。
A. 限制酶识别序列的长度
限制酶识别序列的长度一般为 4—8 个碱基,最常见的为 6 个碱基(表2—3)。当识别序列为 4 个和 6 个碱基时,它们可识别的序列在完全随机的情况下,平均每 256 个和 4096 个碱基中会出现一个识别位点(4^4=256,4^6=4096)。以下是几个有代表性的种类,箭头指切割位置。
4 个碱基识别位点:Sau3AⅠ↓GATC
5 个碱基识别位点:EcoRⅡ↓CCWGG
6 个碱基识别位点:EcoRⅠ G↓AATTC
7 个碱基识别位点:BbvCⅠ CC↓TCAGC
8 个碱基识别位点:NotⅠ GC↓GC
B. 限制酶切割的位置
限制酶对 DNA 的切割位置大多数在内部,但也有在外部的。在外部的,又有两端、两侧和单侧之别。
切点在两端的有 Sau3AⅠ(↓GATC)、NlaⅢ(CATG↓)和 EcoRⅡ(↓CCWGG) 等;在两侧的有 BcgⅠ[(10/12)CGA(N)6TGC(12/10)]和 TspRⅠ(CASTGNN↓), BcgⅠ酶的切割特性与其它酶不同,它们在识别位点的两端各切开一个断点,而不是只产生一个断点。切点在识别位点外侧的还有 BbvⅠ[GCAGC(8/12)] 和 BspMⅠ[ACCTGC
(4/8)] 等。
C. 限制酶产生的末端
(1)限制酶产生匹配粘端(matched ends)
识别位点为回文对称结构的序列经限制酶切割后,产生的末端为匹配粘端,亦即粘性末端(cohesive end),这样形成的两个末端是相同的,也是互补的。若在对称轴 5' 侧切割底物, DNA 双链交错断开产生 5' 突出粘性末端,如 EcoRⅠ;若在 3'—侧切割,则产生 3' 突出粘性末端,如 KpnⅠ。
(2)限制酶产生平末端(Blunt end)
在回文对称轴上同时切割 DNA 的两条链,则产生平末端,如 HaeⅢ()和 EcoRV(GAT↓ATC)。产生平末端的 DNA 可任意连接,但连接效率较粘性末端低。
(3)限制酶产生非对称突出端
许多限制酶切割 DNA 产生非对称突出端。当识别序列为非对称序列时,切割的 DNA 产物的末端是不同的,如 BbvCⅠ,它的识别切割位点如下。
CC↓TCAGC GGAGT↑CG
有些限制酶识别简并序列,其识别的序列中有几种是非对称的。如 AccⅠ,它的识别切割位点如下,其中 GTAGAC 和 GTCTAC 为非对称。