生物：1.1《dna重组技术的基本工具》课件(新人教版选修3)

专题1 基因工程
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栏目 导引
专题1 基因工程
1．1 DNA 重组技术的基本工具
专题1 基因工程
1．了解基因工程的概念、诞生及发展。 2.掌握限制酶及 DNA 连接酶的作用。(重、难点) 3．理解载体需具备的条件。(重点)
专题1 基因工程
知识点一 基础理论和技术的发展催生了基因工程
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专题1 基因工程
解析：选 D。基因工程的内容就是在生物体外，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和 重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在 受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地 改造生物的遗传性状。
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专题1 基因工程
解析：选 A。限制酶只能识别双链 DNA 分子的某种特定的脱 氧核苷酸序列，不能识别 RNA 分子的核糖核苷酸序列，A 项 错误；同其他的酶一样，限制酶同样受温度和 pH 的影响，而 且具有发挥最大催化效率的最适温度和最适 pH，B 项正确； 限制酶催化的是特定部位磷酸二酯键的断裂，属于水解反应， C 项正确；限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，也有 来自真核细胞的，其本质是蛋白质，在核糖体上合成，D 项正 确。
1．对基因工程概念的理解
基因工程的别名
__基__因 ___拼__接____技术或 __D_N__A_重__组_____技术
操作环境
__生__物__体__外_____
操作对象
_____基__因______
操作水平
___D_N_A__分__子____水平
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专题1 基因工程
基因工程的别名 基本过程 原理 结果
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二者在性质 上的区别
（3）运载体
为什么 要具备 这些条件
切断的是什么键
识别序列的特点

③结果：产生黏性未端和平末端
两者的区别
④举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶
这两种酶切的特点
限制酶的识别特点

以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列

如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
（2）DNA连接酶
与DNAHale Waihona Puke 合酶 相同吗阅读课本第2页
1.1 DNA重组技术的基本工具
为什么 分析概念： 要加工

工 具
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 改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行 无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达， 产生出人类所需要的新的生物类型和生物产 用什么 什么是 导入 品 表达
专题1
基因工程
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 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和重新组 合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因 在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类 型和生物产品
基础理论 和技术的发展 催生了基因工程
基因操作的工具
基因的剪刀（分子手术刀） ——限制性核酸内切酶（限制酶）
到哪里去寻找这种酶
基因的针线（分子缝合针） ——DNA连接酶 基因的运输工具（分子运输车） ——运载体
（1）限制酶

与我们学过的 DNA酶相同吗？
①分布：主要在原核生物中。
作用是什么

②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列， 切割特定切点。

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

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1.1 DNA重组技术的基本工具
目标导航
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

酶
酯键
应用 用于提取目的基因和切割 载体
用于基因表达载体的构建
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(2)DNA 连接酶与 DNA 聚合酶的比较
相同点
模板
作用 对象 作用 结果 用途
不需要模板
游离的 DNA 片段 形成完整的 DNA 分子 基因工程
需要 DNA 的一 条链为模板 单个的脱氧核苷 酸 形成 DNA 的一 条链 DNA 复制
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3.将切下来的 DNA 片段拼接成新的 DNA 分子要依靠哪种酶来连 接?连接后形成哪种化学键?
提示:DNA 连接酶,它通过恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键而将双链 DNA 片段“缝合”起来。
4.常用的 DNA 连接酶有哪两类?它们的来源和性质有什么差别? 提示:DNA 连接酶有两类:E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶。 E·coli DNA 连接酶是从大肠杆菌中分离得到的,只能连接黏性末端,而 T4 DNA 连接酶是从 T4 噬菌体中分离出来的,既可连接黏性末端,又可 连接平末端。
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预习导引
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一、基因工程
基因工程,又称基因拼接技术或 DNA 重组技术。通俗地说,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,定向地改造生物的遗传性状。
二、基因工程的基本工具
1.限制性核酸内切酶(限制酶)——“分子手术刀” (1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)功能: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)结果:经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式:黏性 末端和平末端。

生物A基因片段
……GAATTC…… ……CTTAAG……
生物B基因片段
……GAATTC…… ……CTTAAG……
EcoRⅠ 酶切
……G AATTC…… ……CTTAA G……
……G AATTC…… ……CTTAA G……
不同来源的DNA片段混合
……GAATTC…… ……CTTAAG……
……GAATTC…… ……CTTAAG……
限制酶的识别特点
• 以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 •
• 如：GAA TTC • CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
（专一性）
GAA TTC CTT AAG
EcoRⅠ
（在G与A之间切割）
CCC GGG GGG CCC
SmaⅠ
（在G与C之间切割）
AAG CTT TTC GAA
②T4DNA 连接酶
来源：T4噬菌体 作用特点：连接黏性末端和平末端
4、 DNA连接酶与DNA聚合酶比较
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都 不具有连接单链DNA的能力，至于原因， 现在还不清楚，也许将来会发现可以连 接单链DNA的酶。
SmaⅠ
平末端
平末端
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
• ④作用： 切割DNA • ⑤结果：产生黏性未端和平末端
工具1：限制性核酸内切酶
1、简称： 限制酶 2、分布：主要在原核生物中
• 3、特点:识别特定核苷酸序列,
切割特定切点 （专一性）
• • 4、作用：切割DNA • • 5、结果：产生黏性未端或平末端
关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞 “分子运输车”—— 运载体

就是按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的 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， 从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设 计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。
1.原理： 基因重组 2.操作水平： 分子水平
3.结果：
赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们 需要的新的生物类型和生物制品
限制性内切核酸酶—“分子手术刀”
二 限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
1、来源：主要从原核生物中分离纯化来的 2、种类：数千种 3、特点 : 能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并
使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
4、识别序列长度 : 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组 成，少数4个、8个或其他数量
四 基因导入受体细胞的载体——“分子运输车”
真正被用作载体的质粒，都是在天然 质粒的基础上进行过人工改造的。
大肠杆菌及质粒结构模式图
实例： 重组DNA分子的模拟操作
…ATAGCATGCTATCCATG
AATTCGGCATAC…
…TATCGTACGATAGGTACTTAA
GCCGTATG…
… TCCTAG AATTCTCGGTATG AATTCCATAC … … AGGATCTTAA GAGCCATACTTAA GGTATG …
普通棉花不抗虫，苏云芽孢杆菌可以合成抗虫毒素——Bt毒蛋 白，请思考如何生产抗虫棉？
杂交育种？诱变育种？等技术能否实现？为什么？
杂交育种：同种生物之间进行； 诱变育种：在原有基因基础上发生基因突变，结果产生新的等位基因 （不定向）
克服远缘杂交不亲和的障碍；定向改造生物性状
一 基因工程
思考：能否将苏云金杆菌的“抗虫基因”导入棉花细胞，使棉花自 身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？

3.特性： 识别双链DNA分子中特定核苷酸序列, 专一性 切割特定核苷酸序列中特定的位点。
4.识别序列的组成： 大多数由六个核苷酸组成
5.作用部位： 磷酸二酯键
6.作用结果: 产生黏性末端或平末端
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2020/6/12
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【问题探究】 1.限制性核酸内切酶能不能识别并切割RNA序列？ 2.限制酶与解旋酶作用位点的区别？ 3.限制酶的命名原则？
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问题展示
1.掌握DNA重组技术所需三种基本 工具。 2.理解并记忆三种工具的作用及其 特点。
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【问题解决一】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。
2.作用：
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
磷酸二酯键断开。
(1) …CTGCA (2) …AC (3) GC… （4） …G
…G …CTTAA
…TG
CG…
(5) G…
(6) …GC (7) GT…
(8)AATTC…
ACGTC… CA…
…CG G…
总你结是规否律能:用限D制NA酶连所接识酶别将的它序们列连有接什起么来特？点？
无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线， 中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
C.RNA酶
D.运载体
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5.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，
需使用（ ）
A. 同种限制酶
B. 两种限制酶
A
C. 同种连接酶 D. 两种连接酶

练习使用EcoRI酶 剪切目的基因
CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT
目的基因 ACGAATTCCGTAGAATTCCCATT TGCTTAAGGCATCTTAAGGGTAA
（二）、“基因针线”——DNA连接酶
GCATTACGAT连接酶TAGCTATAATATGCCGGCTAATGCTATAATATGCGCCGTAATAT
⑴质粒 ⑵λ噬菌体衍生物 ⑶某些动植物病毒
最常用的运载体—— 质粒
分布：存在于许多细菌以及 酵母菌等生物中。 最常用的质粒是大肠杆菌 的质粒。 本质：细胞染色体(或拟核) 外能自主复制的小型环状 DNA分子。
注意：在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，
都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
小结
1.1 DNA重组技术的 基本工具
基因工程举例：培育抗虫棉的简要过程
普通棉花 (无抗虫特征)
棉花细胞 (含抗虫基因)
棉花植株 (有抗虫特征)
苏云金芽孢杆菌 (有抗虫特征)
提取 抗虫基因
与运载体DNA 拼接，导入
一、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。
思考与探究 P7 （2）
为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
通过长期的进化，细菌中含有某种限 制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这 种限制酶的识别切割序列；或者通过甲基 化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上， 使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌 中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被 切断，并且可以防止外源DNA的入侵。