DNA重组技术的基本工具理科

DNA重组技术的基本工具【学习目标】1.说出基因工程的概念。

2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

3.说出DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

【学习重点】DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

【学习难点】基因工程载体需要具备的条件。

【知识链接】1、DNA分子的结构特点2、噬菌体侵染细菌的实验3、原核生物的结构特点【自主学习】1、――“分子手术刀”，又称为。

（1）主要来源：主要存在于中。

（2）作用：能够识别双链DNA分子的某种序列，切开的是每条链特定部位的两个核苷酸之间的。

（3）结果：形成DNA末端。

限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式，即和。

前者是限制酶切割中轴线的产生的，后者是沿切割而形成的。

2、――“分子缝合针”（1）作用：将切下的DNA片段“缝合”，恢复被限制酶切开的，拼接成新的DNA分子。

（2）种类：E.coli DNA连接酶只能连接互补的；T4 DNA连接酶两种末端都能连接，但对的连接效率比较低。

3、基因进入受体细胞的载体――“”（1）载体的条件：①能够在细胞中；②有多个，便于外源基因的插入；③具有，便于重组DNA的鉴定和选择；④能在宿主细胞内友好借居，不影响宿主细胞的生命活动。

（2）载体的种类：①最常用的是，它是一种裸露的、结构简单、独立于之外、能够的链状。

含有一个至多个，供外源基因插入其中，并带有特定的，可供重组DNA的鉴定和选择。

②除此之外，还有、也可以充当基因工程载体。

【合作探究】探究一：从结构上分析，为什么不同生物的DNA能够重组？探究二：DNA重组技术的基本工具一限制性核酸内切酶——“分子手术刀”问题1：原核生物中存在的限制酶有什么作用呢？想一想，为什么限制酶不切割自身的DNA？问题2：限制性核酸内切酶的作用问题3：限制酶切割的是什么化学键？什么是黏性末端？什么是平末端？问题4：下列限制酶切割DNA后都会形成黏性末端吗？请大家画出这几种DNA片段被对应的限制酶切割后的结果。

DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。

这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。

DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。

首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。

通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。

PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。

限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。

通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。

其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。

限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。

这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。

常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。

当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。

接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。

DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。

常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。

通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。

此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。

质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。

载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。

通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。

在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。

通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。

《DNA 重组技术的基本工具》讲义DNA 重组技术，也被称为基因工程，是现代生物技术的核心之一。

它让我们能够在分子水平上对生物的遗传物质进行操作和改造，为人类带来了许多前所未有的机遇和可能性。

而要实现 DNA 重组，就离不开一系列的基本工具，下面我们就来详细了解一下这些工具。

一、限制性内切酶限制性内切酶，简称限制酶，是 DNA 重组技术中最重要的工具之一。

它就像是一把极其精准的“分子剪刀”，能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点将 DNA 分子切断。

限制酶具有高度的特异性，每种限制酶只能识别和切割特定的DNA 序列。

这些特定的序列通常被称为识别序列或识别位点，它们具有回文结构，即从两条链的 5'端向 3'端读取，序列是相同的。

例如，EcoRⅠ限制酶识别的序列是 5'GAATTC-3'，切割位点在 G和 A 之间。

当限制酶作用于 DNA 分子时，会产生两种类型的末端：黏性末端和平末端。

黏性末端是指被限制酶切割后，产生的两条链的末端具有互补的单链突出部分。

这种末端很容易通过碱基互补配对重新连接起来，这在DNA 重组中非常重要。

平末端则是指切割后产生的两条链的末端是平齐的，相对来说，连接起来的难度稍大一些。

限制酶的发现和应用，为 DNA 重组技术的发展奠定了基础。

通过使用不同的限制酶，可以将不同来源的 DNA 片段切割成具有相同末端的片段，从而为后续的连接创造条件。

二、DNA 连接酶有了限制酶把 DNA 分子切割开，还需要有“胶水”把它们粘起来，这就是 DNA 连接酶的作用。

DNA 连接酶能够将两个具有互补黏性末端或平末端的 DNA 片段连接在一起，形成一个完整的 DNA 分子。

在连接过程中，DNA 连接酶催化相邻核苷酸之间形成磷酸二酯键，从而实现 DNA 片段的连接。

常见的 DNA 连接酶有两种：T4 DNA 连接酶和大肠杆菌 DNA 连接酶。

T4 DNA 连接酶既能连接黏性末端，也能连接平末端，但连接平末端的效率相对较低；大肠杆菌 DNA 连接酶则只能连接黏性末端。

1．1DNA重组技术的基本工具1．基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。

2．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。

3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。

4．限制性核酸内切酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。

5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。

6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

基因工程的概念及其诞生与发展[自读教材·夯基础]1．基因工程的概念2．基因工程的诞生和发展(1)基础理论的重大突破：①DNA是遗传物质的证明；②DNA双螺旋结构和中心法则的确立；③遗传密码的破译。

(2)技术发明使基因工程的实施成为可能：①基因转移载体和工具酶相继发现；②DNA合成和测序技术的发明；③DNA体外重组得到实现及重组DNA表达实验获得成功。

(3)基因工程的发展与完善：1983年，世界第一例转基因烟草培养成功，基因工程进入迅速发展阶段。

1988年PCR 技术的发明，使基因工程进一步发展和完善。

1．通过分析基因工程的概念，讨论基因工程的原理是什么。

提示：基因重组。

2．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。

请分析人胰岛素基因能在大肠杆菌体内表达的理论基础是什么。

提示：生物共用一套遗传密码。

[跟随名师·解疑难]1．对基因工程概念的理解操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因DNA分子水平剪切→连接→导入→表达定向地改造生物的遗传性状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。

基因工程操作的基本工具1．限制性核酸内切酶(1)来源：主要从原核生物中分离出来。

生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。

下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。

限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。

DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。

DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。

DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。

在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。

电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。

通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。

载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。

载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。

转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。

通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。

DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。

它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。

这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。

2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具课程内容标准核心素养对接1.简述重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。

2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

3.进行DNA的粗提取与鉴定。

1.科学思维——模拟重组DNA分子的操作过程，说出合成新DNA分子的基本原理。

2.科学探究——结合实验室条件，对DNA进行粗提取和鉴定。

知识点1基因工程及其诞生与发展1.基因工程的概念2.基因工程的诞生和发展(1)基因工程的诞生(2)基因工程的发展知识点2重组DNA技术的基本工具1.限制性内切核酸酶(简称限制酶)——“分子手术刀”是一类酶而不是一种酶对所连接的DNA片段两端的碱基序列没有专一性要求2.DNA连接酶——“分子缝合针”(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。

(2)种类3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(1)常用载体——质粒①化学本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。

②质粒作为载体所具备的条件及原因(2)其他载体：噬菌体、动植物病毒等。

(3)功能①相当于一种运输工具，将外源基因送入受体细胞。

②携带外源基因在受体细胞内大量复制。

(1)基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的(×)(2)S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌，发生了基因重组(√)(3)DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA(×)(4)E.coli DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端(×)(5)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶(×)(6)新冠病毒(RNA病毒)可以作为基因工程的载体(×)教材P71图示拓展1.已知限制酶Eco RⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为和，分析回答下列问题：(1)在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端。

DNA重组技术的基本工具概述DNA重组技术是一种能够将不同生物体中的基因或DNA片段进行重组的技术。

它的出现使得科学家们能够更容易地研究和改变生物体的遗传信息，从而促进了生物学、医学等领域的发展。

DNA重组技术有许多的基本工具，其中包括限制性内切酶、DNA连接酶、质粒、转基因技术等。

本文将对这些基本工具进行详细介绍。

首先，限制性内切酶是DNA重组技术中最重要的工具之一。

限制性内切酶是从细菌中分离出来的一类特殊酶，它能够识别和切割DNA中的特定序列，产生黏性末端或平滑末端的DNA片段。

这种特殊的切割方式使得科学家们可以将不同来源的DNA片段进行精确地连接。

限制性内切酶的种类非常多，每一种限制性内切酶都有特定的切割序列，这使得科学家们可以选择适当的酶来进行重组操作。

其次，DNA连接酶也是DNA重组技术中的重要工具。

DNA连接酶能够将DNA片段进行连接，形成新的DNA分子。

在DNA分子连接过程中，科学家们通常使用DNA连接酶来催化连接反应。

DNA连接酶有许多种类，其中最常用的是DNA接头酶和DNA连接酶。

DNA接头酶能够将不同DNA片段的末端连接起来，而DNA连接酶则能够在两个DNA片段之间形成一个新的连接。

质粒也是DNA重组技术中不可或缺的工具之一。

质粒是存在于细菌和其他生物体中的一种小型DNA分子，它通常能够自主地复制和传递。

在DNA重组技术中，科学家们首先将需要重组的DNA片段插入到质粒中，然后将质粒转化到细菌中，使其能够在细菌内部大量复制。

通过这种方式，科学家们可以得到大量的重组质粒，用于其后的基因功能研究和基因工程等领域。

最后，转基因技术也是DNA重组技术中的重要内容。

转基因技术是指将外源基因导入到目标生物的基因组中，从而使其获得新的性状或功能。

转基因技术在农业、医学等领域有着广泛的应用。

通过DNA重组技术，科学家们可以将外源基因插入到质粒中，然后将质粒导入到目标生物体中，使其获得新的基因组成。

高中生物选修3 DNA重组技术的基本工具知识点1．基因工程理论基础：（1）物质基础——脱氧核苷酸（2）结构基础——规则的双螺旋结构（3）传递和表达的基础——中心法则；共用一套遗传密码；碱基互补配对原则2. DNA重组技术的基本工具：（1）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”（2）DNA连接酶——“分子缝合针”（3）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”3. 限制性核酸内切酶：又称限制酶，主要从原核生物中分离纯化出来的。

它们能够识别双链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. DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——粘性末端和平末端。

5. DNA解旋酶——断H键；DNA水解酶——切割磷酸二酯键。

6. 限制酶——形成片段DNA；DNA聚合酶——形成磷酸二酯键。

7. DNA连接酶：能够将两条DNA链连接起来的，称之为DNA连接酶。

8. DNA连接酶的来源：从大肠杆菌中分离出来的和从T4噬菌体中分离出来的。

从大肠杆菌中分离出来的称为E·coliDNA连接酶；从T4噬菌体中分离出来的称为T4DNA连接酶。

9. E·coliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的粘性末端连接起来；T4DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的粘性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端。

10. 基因进入受体细胞的载体：用质粒作为载体，将基因送入细胞中。

11. 质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。

12. 成为质粒的条件：（1）质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。

（2）能在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行自我复制。

（3）质粒DNA分子上有特殊的标记基因，例如：四环素抗性基因，供重组DNA 的鉴定和选择。

（4）对受体细胞无害。

《DNA 重组技术的基本工具》讲义DNA 重组技术，也被称为基因工程，是现代生物技术的核心领域之一。

它使我们能够在分子水平上对生物体的遗传物质进行操作和改造，为人类带来了许多重大的科学和应用突破。

而要实现 DNA 重组，就离不开一系列的基本工具，接下来我们就来详细了解一下这些工具。

一、限制性核酸内切酶（限制酶）限制酶是 DNA 重组技术中最重要的工具之一，它能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割 DNA 分子。

限制酶的发现是一个偶然的过程。

在 20 世纪 60 年代，科学家们在研究细菌的防御机制时发现，细菌能够产生一些酶来切割入侵的噬菌体 DNA，从而保护自身。

这些酶就是限制酶。

限制酶具有高度的特异性，它们能够识别双链 DNA 分子中特定的核苷酸序列，通常为4 8 个碱基对，被称为识别序列或靶序列。

例如，EcoRⅠ限制酶识别的序列是GAATTC，并且在G 和A 之间进行切割。

限制酶切割 DNA 分子后，会产生两种类型的末端：黏性末端和平末端。

黏性末端是指两条链的末端是互补的单链，像“尾巴”一样；平末端则是指两条链的末端是平齐的。

不同的限制酶识别的序列和切割的位点不同，这为 DNA 重组提供了多种选择。

二、DNA 连接酶有了限制酶对 DNA 分子的切割，还需要有工具将切割后的片段连接起来，这就用到了 DNA 连接酶。

DNA 连接酶能够将两个具有相同末端的 DNA 片段连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。

它的作用是在两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键，从而将它们连接成一个连续的链。

在基因工程中，常用的 DNA 连接酶有两种：T4 DNA 连接酶和大肠杆菌 DNA 连接酶。

T4 DNA 连接酶既能连接黏性末端，也能连接平末端，但连接平末端的效率较低；大肠杆菌 DNA 连接酶则只能连接黏性末端。

三、载体在 DNA 重组技术中，我们需要将目的基因导入受体细胞中，这就需要一个载体来携带目的基因。

《DNA 重组技术的基本工具》知识清单DNA 重组技术是现代生物技术的核心之一，它让我们能够按照自己的意愿对生物的遗传物质进行改造和重组，从而实现对生物性状的精准调控和创新。

要实现 DNA 重组，就离不开一系列基本工具，下面让我们来详细了解一下这些重要的工具。

一、限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制酶是能够识别特定核苷酸序列，并在特定的位点切割 DNA 分子的酶。

1、来源限制酶主要来源于原核生物，原核生物可以利用限制酶来抵御外来DNA 的入侵。

2、作用特点具有特异性，能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，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。

3、切割方式（1）错位切：产生的是黏性末端。

（2）平切：产生的是平末端。

4、作用结果产生 DNA 片段末端。

不同的限制酶识别的核苷酸序列和切割位点不同，这为 DNA 重组提供了多种可能性。

二、DNA 连接酶DNA 连接酶的作用是将两个具有相同末端的 DNA 片段连接起来。

1、种类（1）E·coli DNA 连接酶：只能连接黏性末端。

（2）T4 DNA 连接酶：既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率相对较低。

2、作用部位连接磷酸二酯键。

DNA 连接酶就像是“胶水”，将被切割开的 DNA 片段重新连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。

三、载体载体是将目的基因送入受体细胞的“运输工具”。

1、作用（1）携带目的基因进入受体细胞。

（2）在受体细胞中稳定保存并复制，从而使目的基因能够大量表达。

2、具备的条件（1）能在受体细胞中稳定保存并大量复制。

（2）具有一个或多个限制酶切割位点，以便插入目的基因。

（3）具有标记基因，便于筛选含有目的基因的受体细胞。

3、种类（1）质粒：是一种小型的环状 DNA 分子，是基因工程中最常用的载体。

（2）λ噬菌体的衍生物。

（3）动植物病毒。

以质粒为例，它通常含有抗生素抗性基因作为标记基因，当受体细胞在含有相应抗生素的培养基中能够生长，就说明其可能已成功导入了含有目的基因的质粒。