《DNA重组技术的基本工具》课件(新人教选修)

基因工程(gene engineering)
• 又称基因拼接技术,或DNA重组 技术。 通俗的说，就是按照人们的意愿，进行 严格的设计，并通过体外DNA重组和转 基因等技术，赋予生物经新的遗传特性， 从而创造出更符合人们需要的新的生物 类型和生物产品。
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设想
让禾本科植物也能 固氮？ 根瘤菌的固氮作用
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DNA连接酶的作用
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
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DNA连接酶的缝合作用
可把黏性末端之间的 缝隙“缝合”起来，
两DNA片段要具有互补 的黏性末端才能拼起来
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口， 但不能连接单链DNA！
①细菌的质粒 ②病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
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最常用运载体——质粒

提示：操作剪刀请注意安全！
课堂小结
一、基因工程的概念：
二、DNA重组技术的基本工具：
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀” 能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，切开两个核 磷酸二酯键 ，产生________ 黏性末端 和_______ 平末端 。 苷酸之间的__________
2. DNA连接酶——“分子缝合针” 连接起来，恢复被限制酶切开的 (1)作用：将两条双链DNA_______ 磷酸二酯键 。 两个核苷酸之间的____________ (2)种类：①E.coli DNA连接酶 ②T4 DNA连接酶
2、种类：
4000种。
3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸 序列，并且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。
4、结果： 形成两种末端 黏性末端 平末端
限制酶识别序列的特点
• 中轴线两侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列
中轴线
• 如：GAA TTC • CTT AAG
专题1 基因工程
因工程的概念
• 又称基因拼接技术,或重组DNA 技术。
• 通俗的说，就是按照人们的意愿，把一 种生物的某种基因提取出来，加以修饰 改造，然后放到另一种生物的细胞里，
定向的改造生物的遗传性状。
知识重温：DNA分子的结构
1.DNA的基本组成单位: 脱氧核苷酸
磷酸 脱氧 核糖
含氮碱基
1、分类：
⑴ E· coli DNA连接酶
⑵ T4 DNA连接酶 2、作用：将双链DNA片段“缝合”
起来，恢复被限制酶切开的两个
核苷酸之间的磷酸二酯键。
E· coli DNA连接酶或T4DNA连接酶 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。

P
G
即脱氧核糖、磷酸基之间的连接 P
A
限制酶切割后有两种不同的结果， 一种产生黏性末端，一种产生平末端。 那么恢复它们的连接时，所用DNA连 接酶是否一样呢？
E.coliDNA连接酶：连接黏性末端
T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
寻根问底：
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
DNA连接酶
基因工程的概念：
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重组技术或基因拼接技术。
第一节 DNA重组技术的基本工具
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加强做责任心，责任到人，责任到位 才是长 久的发 展。20.11.520.11.5Thursday, November 05, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。00:50:2900:50:2900:5011/5/2020 12:50:29 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.11.500:50:2900:50Nov-205-N ov-20
作为载体的必要条件
• 能自我复制 • 有切割位点 • 有标记基因 • 对受体细胞无害
随堂练习：
1、关于限制酶的说法中，正确的是（ ） A、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基
序列 B、coRI切割的是G—A之间的氢键 C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只
切割外源DNA D．限制酶只存在于原核生物中
答案：C
2. （多选）有关基因工程的叙述中，错误的 是

4．基因进入受体细胞的载体 (1)载体具备的条件：
a.○23 __有__一__个__至__多__个__限__制__酶__切__割__位__点________________；
b．在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；
c.○24 _有__特__殊__的__遗__传__标__记__基__因_______________________。 (2)基因工程中使用的载体有：○25 __质__粒____、λ 噬菌体的衍 生物和○26 __动__植__物__病__毒__等。其中最常用的是质粒。它是一种裸 露的、○27结__构__简__单__、○28 _独__立__于__细__菌__拟__核__D_N__A_之__外_，并具有○29
2 预习导学 3 要点精析 4 思维升华
5 知识构建 6 应用探究 7 课时作业
目标定位
• 1．认同基因工程的诞生和发展离不开理论研 究和技术创新。
• 2．简述DNA重组技术所需三种基本工具的 作用。(重、难点)
• 3．简述基因工程中载体需要具备的条件。 (重点)
预习导学
• 一、基因工程的概念
的两个核苷6酸之间的⑧___________断开， 因此具有⑨________性。黏性大末多端数限平制末酶端的识 别序列由⑩________个中核轴线苷两酸侧组成。经限制 酶切割产生的DNA片段末端通常有两中轴种线形处式： ⑪________和⑫________。前者是限制酶 在它识别序列的⑬_______________将DNA 的两条链切开产生的，后者是限制酶在它识
• 二、DNA重组技术的限基制本性核工酸具内切酶
• 1．工具简介
DNA连接酶
• (1)“分子手术刀”—基—④因进_入__受_体__细_胞_的载体

考点二 基因工程中的载体
1．作为载体的条件 不是所有的质粒都可以作为载体，符合下述三个条 件才可以成为载体：①能在宿主细胞中稳定保存并大量 复制；②有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，以 便与外源基因连接；③具有特殊的标记基因，便于筛 选。
2．标记基因的筛选原理 (1)载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基 因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。 (2)将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞， 抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生 抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导 入了基因表达载体的受体细胞。如下图：
(3)特点：___专_一__性___，即识别特定核苷酸序列并在 特定的位点切割。
(4) 结 果 ： 沿 识 别 序 列 中 心 轴 线 两 侧 将 DNA 的 两 条 链分别切开产生___黏__性_末__端___，沿识别序列中心轴线处 切开产生__平__末__端___。
2．分子缝合针——__D_N__A_连__接_酶___
课末随堂演练
1．可以创造出地球上原先不存在的生物的技术是
()
A．无性繁殖
B．克隆
C．基因工程
D．组织培养
答案 C
解析 基因工程最突出的优点是打破了常规育种难 以突破的物种之间的界限，可以对自然界的基因进行重 组和转移。
2．下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是 ()
A．将单个核苷酸加到某个DNA片段末端，形成磷 酸二酯键
限制酶1：——↓GATC—— 限制酶2：——CCGC↓GG—— 限制酶3：——G↓GATCC——
A．不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点， 体现了酶的专一性
B．限制酶2和3识别的序列都包含6个核苷酸 C．限制酶1和3切出的黏性末端相同 D．能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列 的酶只有限制酶2

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1.1 DNA重组技术的基本工具
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Z D 重难聚焦 HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
一二三四
三、与遗传有关的各种酶的比较
名称 DNA 连接酶
限制性核 酸内切酶
作用
参与的生理 过程或应用
连接两个 DNA 片段
能够识别双链 DNA 分子 的某种特定核苷酸序列, 基因工程 并且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
特别提醒(1)当限制酶剪切目的基因一次时,获得的黏性末端或平 末端有2个,而不是1个,若剪切目的基因两次,共产生4个黏性末端或 平末端。
(2)限制酶切割载体的切割位点并不是任意的,必须保证至少有1 个完整的标记基因,以便于检测。
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1.1 DNA重组技术的基本工具
一二三四
2.限制酶和DNA连接酶的关系
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1.1 DNA重组技术的基本工具 一二三四
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Z D 重难聚焦 HONGNANJUJIAO
Hale Waihona Puke 典例透析IANLITOUXI
2.基因工程的原理和理论基础 (1)原理:基因重组。 (2)理论基础 ①拼接:不同生物DNA分子的基本组成单位相同,都是4种脱氧核 苷酸;空间结构相同,都是规则的双螺旋结构。 ②表达:生物界共用一套遗传密码,相同的遗传信息在不同生物 体内表达出相同的蛋白质。
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1.1 DNA重组技术的基本工具
一二三四
二、限制性核酸内切酶 1.切割后末端的种类
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Z D 重难聚焦 HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
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1.1 DNA重组技术的基本工具 一二三四

能。Leabharlann 互补配对• [思维激活3] 在重组DNA分子的模拟操作中，剪刀所 剪位置应属何种部位？
• 提示 剪刀所剪位置应为3,5-磷酸二酯键。
• 1．载体的作用
• (1)用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞 中去。
• (2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
• 2．作为载体的必备条件
• (1)有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片 段插入。
基因转移载体—— 质粒 的发现
多种 限制酶 和 连接酶 ，以及 逆转录 酶
技术 (工具酶)的发现
支持
DNA合成和 测序
技术的发明
DNA体外重组
的实现、 重组DNA表达实验
的成功
第一例转基因动物问世、 PCR 技术的发明
• [思维激活1] 与其他生物变异相比，基因工程所导致 的变异有何特点？
• 提示 变异一般是不定向的，但基因工程使生物 产生新的性状变异却是定向的，是按照人们的实际需 要进行的有目的的改造。
• (2)供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载 体本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因的 插入而使其失活。
• 【巩固3】 质粒是基因工程中最常用的载体，
• 它存在于许多细菌体内，某细菌质粒上
• 的标记基因如图所示，通过标记基因可
• 以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。
• 外源基因插入的位置不同，细菌在培养基
• 思维导图：
• 深度剖析 本题考查基因工程的概念。基因工程是在 生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼 接”，对生物的基因进行改造(目的性强)和重新组合 (基因重组)，然后导入受体细胞内进行繁殖，使重组 基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产 物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。基因工 程是分子水平上的生物工程。

有切割位点
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
高二·2010年上学期
来的DNA切断，由于这种切割作用是在 DNA分子内部进行的，故名限制性核酸 内切酶。
2、种类： 4000种。 3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
序列，并且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
4、结果：
平末端
高二·2010年上学期
识别双链DNA 分 子的某种特定的 核苷酸序列，并 且使每一条链中 特定部位的两个 核苷酸之间的磷 酸二酯键断开
高二·2010年上学期
高二·2010年上学期
重播
黏性末端
平末端 高二·2010年上学期
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA聚合酶和DNA连接酶有何 相同点和不同点？
高二·2010年上学期
限制酶切割后有两种不同的结果， 一种产生黏性末端，一种产生平末端。 那么恢复它们的连接时，所用DNA连 接酶是否可以不加选择？
高二·2010年上学期
抗虫棉
高二·2010年上学期
DNA重组技术的基本工具
准确切割DNA的工具（“分子手术刀”） DNA片段的连接工具（“分子缝合针”） 基因转移工具（“分子运输车”）
高二·2010年上学期
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶 1、来源： 主要从原核生物中分离纯化出来，能将外
E.coliDNA连接酶：连接黏性末端 T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
高二·2010年上学期
高二·2010年上学期
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 如果载体对受体细胞有害将怎样？ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？ 作为载体没有切割位点将怎样？ 目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？

[跟随名师·解疑难]
1．黏性末端与平末端 (1)黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将 DNA 的两条链分别切开形成的。如 EcoRⅠ限制酶识别的序 列为 GAATTC，切点在 G 和 A 之间，使 DNA 分子产生两 个黏性末端，见下图：
(2)平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处将 DNA 的两条链分别切开形成的。如 SmaⅠ限制酶识别的序列为 CCCGGG，切点在 G 和 C 之间，从而使 DNA 分子产生两 个平末端，见下图：
限制酶名称
识别序列和 切割位点
限制酶名 识别序列和
称
切割位点
BamHⅠ EcoRⅠ HindⅡ
↓
GGATCC
↓
CAATTC
↓
GTYRAC
KpnⅠ Sau3AⅠ SmaⅠ
↓
GGTACC
↓
GATC
↓
CCCGGG
注：Y＝C 或 T，R＝A 或 G。 A．限制酶切割后不一定形成黏性末端 B．限制酶的切割位点一定在识别序列的内部 C．不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端 D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列 [思路点拨]
3．DNA 连接酶与 DNA 聚合酶的比较
项目
DNA连接酶
DNA聚合酶
相同点
作用实质相同，都是催化两个核苷酸之间形 成磷酸二酯键
是否需 要模板
不需要
需要
接DNA链
双链
单链
不 同 点
作用过程
在两个DNA片段间 形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存 在的核酸片段上，形成 磷酸二酯键
作用结果
将 已 存 在 的 DNA 片 段连接
1．限制性核酸内切酶的作用特点体现了酶的哪种特 性？