生物人教版（2019）选择性必修3 3.1重组DNA技术的基本工具（共35张ppt）

(共35张PPT)
为了棉花姓“中国”
1992年，一场史无前例的棉铃虫灾害以迅雷不及掩耳之势吞噬着中国的棉田，我国棉花产业遭遇灭顶之灾；
国外公司拒绝出售抗虫棉核心技术，到1999年外国抗虫棉已占领我国95%的棉花市场份额，国内棉花品种市场迅速流失。
棉铃虫幼虫
棉铃虫成虫
为了棉花姓“中国”
3年间，全国棉花种植面积从1亿亩锐减到6000万亩，国家与棉农的经济损失超过400亿元。
棉铃虫大爆发那年，棉场里很难看到一棵完整的植株。棉铃虫危害到什么程度？老百姓说，棉铃虫除了地上的电线杆不吃，天上飞的飞机不吃，什么都吃。”
棉铃虫幼虫
棉铃虫成虫
为了棉花姓“中国”
1998年中棉所成功培育出我国第一个国审抗虫杂交棉新品种——中棉所29，使低龄棉铃虫的死亡率超过90%；
2002年成功培育出我国第一个双价转基因抗虫棉新品种——中棉所41，该品种能够缓解棉铃虫抗药性，
我国成为世界第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家！
棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。
培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
提取
抗虫基因
普通棉花(无抗虫特性)
棉花细胞(含抗虫基因)
与运载体DNA拼接，导入
棉花植株(有抗虫特性)
表达 抗虫基因
（BT毒蛋白基因）
基因工程
是指按照人们的愿望，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。
对基因工程概念的理解
基因工程的别名：
操作环境：
操作对象：
操作水平：
基本过程：
原 理：
结 果：
重组DNA技术、转基因技术
生物体外
基因
DNA 分子水平
剪切→拼接→导入→表达
基因重组
创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品
1.基因是什么？
2.基因的功能是什么？
基因通过控制蛋白质的合成，直接或间接控制生物的性状。
转录
DNA
mRNA
蛋白质
翻译
——体现相关的生物性状
知识回顾——基因
基因是有遗传效应的DNA片段。
基因是控制生物性状的基本单位
①DNA中文全称:　　　　　　　
②组成元素:　　　　　　　　
③基本单位:　　　　　　　　　
脱氧核糖核酸
C H O N P
脱氧核糖核苷酸
= 磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
A T G C
脱氧核苷酸
(4种)
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
知识回顾——基因
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
G
磷酸
脱氧
核糖
T
磷酸
T
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
氢键
磷酸二酯键
脱氧核苷酸如何链接成脱氧核苷酸链的呢？
知识回顾——基因
DNA的结构特点：
5’
3’
3’
5’
② 和 交替连接，排列在外侧，构成 ； 排列在内侧。
③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，且遵循 。
①DNA是由两条单链组成的，这两条链
按 方式盘旋成双螺旋结构。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基
基本骨架
氢键
碱基互补配对原则
知识回顾——基因
…… ATGCCGTGGAATTCC ……
…… TACGGCACCTTAAGG ……
①
②
①磷酸二酯键
②氢键
简图：
知识回顾——基因
第3章第1节
重组DNA技术的基本工具
（第一课时）
DNA双螺旋的直径只有2 nm，对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些 “分子工具”各具有什么特征呢？
“分子运输车”
“分子手术刀”
“分子缝合针”
01
限制性内切核酸酶--“分子手术刀”
限制性内切核酸酶--“分子手术刀”
1
主要来自原核生物
来源
A
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
A
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
5’
3’
5’
3’
种类
数千种
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
（限制酶）
EcoR I 限制酶
Sma I 限制酶
大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别_________序列，并切割___和___之间的____________。
切割后产生__________。
GAATTC
G
A
磷酸二酯键
黏性末端
EcoR I 限制酶
　
黏性末端　　　　
黏性末端
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
能被限制性酶特异性识别的切割位点一般都具有回文序列：即在切割位点，DNA一条链正向读的碱基序列与另一条反向读的碱基序列完全一致。
SmaI 限制酶只能识别 序列，切割 和 之
间的 切开，切割后产生 。
CCCGGG
C
G
磷酸二酯键
平末端
Sma I 限制酶
平末端　　　平末端
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口是平整的，这样的切口叫平末端。
限制性内切核酸酶--“分子手术刀”
1
主要来自原核生物
来源
作用
A
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
A
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
5’
3’
5’
3’
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。
种类
数千种
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
（限制酶）
限制性内切核酸酶--“分子手术刀”
1
识别序列长度
形成黏性末端或平末端
结果
A
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
A
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
5’
3’
5’
3’
大多数是6个核苷酸序列
练习使用EcoRI剪切目的基因
……CTACGATGAATTCCGTAGAATTCCCTAA……
……GATGCTACTTAAGGCATCTTAAGGGATT……
（1）该DNA片段上EcoRI的识别序列在哪儿？
（2）在笔记本上写出EcoRI切割后的所产生的末端和目的基因片段。
练习使用EcoRI剪切目的基因
……CTACGATGAATTCCGTAGAATTCCCTAA……
……GATGCTACTTAAGGCATCTTAAGGGATT……
……CTACGATG
……GATGCTACTTAA
AATTCCCTAA……
GGGATT……
AATTCCGTAG
GGCATCTTAA
黏性
末端
目的基因
要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个
切口？可产生几个黏性(平)末端？
如果把两种来源不同的DNA用同种限制酶来切割，会怎样？
要切2个切口，产生4个黏性(平)末端。
基因的针线：DNA连接酶
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用EcoRI切割
DNA片段1
DNA片段2
02
DNA连接酶--“分子缝合针”
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
A
G
T
C
A
T
T
C
G
A
T
A
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来；
E.coli DNA连接酶
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来。
T
C
G
A
T
C
注意：DNA连接酶连接DNA片段，不能将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上
——从大肠杆菌分离得到
T4 DNA连接酶
黏性末端和平末端均能连接，但连接平末端的效率相对较低
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
——从T4噬菌体分离得到
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质
化学本质
不 同 点 模板
作用对象
作用结果
用途
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
【小结】DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
DNA聚合酶
DNA连接酶
DNA解旋酶
限制酶
下列是有关DNA的各种酶，请选择对应的作用位点：
氢键
磷酸二酯键
1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
破坏外源DNA，保护自我
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
缺乏特定的核苷酸序列
思考：
03
基因进入受体细胞的载体
—“分子运输车”
载体的作用
载体的
必要条件
载体的种类
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
②具一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
③具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。
④必须是安全的 ，对受体细胞无害。
①作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中
②在受体细胞内对目的基因进行大量复制
①细菌的质粒
②病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
【阅读课本第72页相关内容，填写下表：】
3
基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
质粒
将外源基因送入受体细胞。
动植物病毒
噬菌体
1.作用：
2.种类：
裸露、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA外，具有自我复制能力的环状双链DNA。
它们的来源不同，在大小、结构、复制方式
以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。
大肠杆菌
4
运载体需具备的条件：
①能在受体细胞中稳定保存并复制
②有一个至多个限制酶切割位点，便于插入（携带）目的基因
③具有标记基因，便于筛选含有重组DNA分子的细胞
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。
有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。
能复制并带着插入的目的基因一起复制
本节小结
基因工程
的工具
限制酶
主要存在于原核生物中
具有专一性(识别序列)
切开DNA分子的磷酸二酯键
产生黏末端或平末端
DNA连接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶
T4 DNA连接酶
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
载体
具备的
条件
能在宿主细胞中自我复制并稳定存在
具一种至多种限制酶切点
具标记基因
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