3.1重组DNA技术的基本工具课件（共31张ppt）-生物人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.1重组DNA技术的基本工具课件（共31张ppt）-生物人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-31 20:39:35 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
1.1 DNA重组技术的基本工具
专题1 基因工程
你知道绿色荧光小鼠是如何获得的吗 ？
1.1 DNA重组技术的基本工具
专题1 基因工程
1.通过阅读、讨论、练习，使所有学生知道基因工程的理论基础。
2.通过自主阅读、小组合作活动，学生都能说出限制酶、DNA连接酶和载体在基因工程中的作用。
3.通过模拟活动，学生能正确选择合适的限制酶来切割基因。
学习目标
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制品。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 重组DNA技术
1.操作环境：
2.原理：
3.操作对象：
4.操作水平：
5.结果：
体外环境
基因
DNA分子水平
基因重组
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
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
6.意义：
1944年艾弗里等人证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
1950年埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。
1958年梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶（简称限制酶）。
20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。
1972年，伯格成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1973年，证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，基因工程正式问世。
1977年，桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法。此后，DNA合成仪的问世为体外合成DNA提供了方便。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。
1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。
1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
1985年，穆里斯等人发明了PCR。
1990年，人类基因组计划启动。2003年完成
21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，加速了人们对基因组序列的了解。
2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
科技探索之路
基因工程的诞生和发展
思考：海蜇的绿色荧光蛋白基因能通过拼接并在小鼠体内表达出相同蛋白质--绿色荧光蛋白的理论基础是？
（1）海蜇和小鼠的遗传物质都是 。
（2）不同生物的DNA分子能够拼接在一起，原因是
（3）同一种基因在不同生物体内表达出来的蛋白质相同，因为___________
（4）遗传信息的传递都遵循 。
(5) 为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
DNA
中心法则
基因的组成、空间结构、
碱基互补配对方式相同
所有生物共用一套遗传密码
① 基因是控制生物性状的独立遗传单位
② 遗传信息的传递都遵循中心法则
③ 生物界共同一套遗传密码
1、以下说法叙述符合基因工程概念的是( )
A．在细胞内将DNA进行重组，赋予生物新的遗传特性
B．将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素 高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后将其DNA整合到细菌 DNA上
B
练习
绿色荧光小鼠是基因工程的产物，它是在DNA分子水平上完成的，而DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，需要专门的“分子工具”。
情境导入
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？
三大工具
分子手术刀
分子缝合针
分子运输车
限制性内切核酸酶：
DNA连接酶：
载体：
准确切割DNA分子,得到所需的目的基因
能将目的基因连接到载体上
能将目的基因导入受体细胞中
任务1：阅读教材P4-P5，思考以下问题？
1：限制酶从哪里来？
2：限制酶有什么作用？
3：限制酶的作用结果是什么？
环节一 阅读教材，认识分子手术刀---限制酶
一.分子手术刀----限制酶
（1）来源：
主要是从原核生物体内分离出来
切割外源DNA,保证自身的安全
思考1：限制酶存在于原核生物中的作用是什么
思考2：限制酶为什么不会剪切原核生物本身的DNA
原核生物的DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
5'
5'
3'
3'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
一.分子手术刀----限制酶
（2）作用：
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，因此具有专一性。
（3）作用实质（部位）：
一.分子手术刀----限制酶
断开磷酸二酯键
CT TCATGAATTCCGTACCCGGGCCTAA
GAAGTACTTAAGGCATGGGCCCGGATT
EcoRⅠ限制酶酶切位点
黏性末端
GGCATGGG
AATTCCGTACCC
CTTCATG
GAAGTACTTAA
平末端
SmaⅠ限制酶酶切位点
GGGCCTAA
CCCGGATT
…TACCC
…ATGGG
一.分子手术刀----限制酶
（4）作用结果： 黏性末端和平末端
5’…G-A-A-T-T-C…3’
3’…C-T-T-A-A-G…5’
5’…C-C-C-G-G-G…3’
3’…G-G-G-C-C-C…5’
5’…G-G-A-T-C-C…3’
3’…C-C-T-A-G-G…5’
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
BamHⅠ
(在G与G之间切割)
（5）限制酶的识别序列的特点
大多数限制酶的识别序列由___个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由___个、___个或_________的核苷酸组成。
6
4
8
其他数量
①能被限制酶特异性识别的序列，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基反向互补对称的 ，即回文序列。
②回文序列：在切割部位，一条链从5’往3’读的碱基顺序与另一条链5’往3’读的顺序完全一致。
回文序列
练习
2.下表为常用的限制性核酸内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断，以下说法正确的是( )
A.一种限制酶可能识别2种中核苷酸序列
B.限制酶切割后一定形成黍站性末端
C.不同的限制酶切割 DNA 分子形成的黏性末端一定不同
D.限制酶的切割位点在识另利序列内部
A
任务2：仔细观察演示活动，思考以下问题：
1：订书机代表什么？
2：订书针代表什么？
3：DNA连接酶的作用位点是什么？
环节二 观察活动，认识分子缝合针---DNA连接酶
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(1)作用:
(2)种类
种类 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源
功能特性
相同点 大肠杆菌
T4噬菌体
只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段
既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
恢复的都是磷酸二酯键
二.分子缝合针--DNA连接酶
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；也不能连接RNA！
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
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
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
旁栏思考（P6）：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
3.下列说法中不正确的有( )
①限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的
②DNA连接酶都是从原核生物中分离得到的
③所有限制酶识别的核苷酸序列均由6个核苷酸组成
④不同限制酶的识别序列不同
⑤T4DNA连接酶可以连接平末端，且连接效率较高
A.①②④⑤ B.①②③⑤ C.②③④⑤ D.①③④⑤
B
练习
任务3：阅读课本P6，思考以下问题：
1：载体的作用是什么？有几种类型？
2：载体要与外源基因连接需要什么条件？
3：要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？
4：检测外源基因是否进入受体细胞，载体需要具备什么条件？
5：如果载体对受体细胞有害将怎样？
环节二 思考讨论，认识分子运输车---载体
（1）作用: ① ．
② ．
（2）种类
将目的基因转移到受体细胞中去
利用载体在受体细胞内对目的基因进行大量复制
三.分子运输车--载体
①质粒---最常用
②λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
（3）作为载体所具备的条件及原因
条件 原因
能在细胞中进行 到受体DNA上 能使目的基因 且数量可扩增
有一个至多个 位点 供外源DNA片段(基因)插入其中
常有特殊的__________ 便于重组DNA分子的_____
无毒害作用 对受体细胞 作用，避免受体细胞受到损伤
自我复制或整合
限制酶切割
标记基因
筛选
稳定存在
无毒害
质 粒
①来源：来源于许多 等生物，最常用的是大肠杆菌质粒，②它是一种裸露的、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 （化学本质），故质粒有 个游离的磷酸基团。
细菌和酵母菌
双链环状DNA分子
0
4、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（ ）
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D.便于与外源基因连接
B
练习
5、质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是（ ）
A.①是c；②是b；③是a B.①是a和b；②是a；③是b
C.①是a和b；②是b；③是a D.①是c；②是a；③是b
细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况 细菌在含四环素的培养基上的生长状况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、 噬菌体、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类:
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位： 磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来
1.1 DNA重组技术的基本工具
专题1 基因工程
你知道绿色荧光小鼠是如何获得的吗 ？
1.1 DNA重组技术的基本工具
专题1 基因工程
1.通过阅读、讨论、练习，使所有学生知道基因工程的理论基础。
2.通过自主阅读、小组合作活动，学生都能说出限制酶、DNA连接酶和载体在基因工程中的作用。
3.通过模拟活动，学生能正确选择合适的限制酶来切割基因。
学习目标
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制品。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 重组DNA技术
1.操作环境：
2.原理：
3.操作对象：
4.操作水平：
5.结果：
体外环境
基因
DNA分子水平
基因重组
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
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
6.意义：
1944年艾弗里等人证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
1950年埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。
1958年梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶（简称限制酶）。
20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。
1972年，伯格成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1973年，证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，基因工程正式问世。
1977年，桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法。此后，DNA合成仪的问世为体外合成DNA提供了方便。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。
1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。
1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
1985年，穆里斯等人发明了PCR。
1990年，人类基因组计划启动。2003年完成
21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，加速了人们对基因组序列的了解。
2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
科技探索之路
基因工程的诞生和发展
思考：海蜇的绿色荧光蛋白基因能通过拼接并在小鼠体内表达出相同蛋白质--绿色荧光蛋白的理论基础是？
（1）海蜇和小鼠的遗传物质都是 。
（2）不同生物的DNA分子能够拼接在一起，原因是
（3）同一种基因在不同生物体内表达出来的蛋白质相同，因为___________
（4）遗传信息的传递都遵循 。
(5) 为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
DNA
中心法则
基因的组成、空间结构、
碱基互补配对方式相同
所有生物共用一套遗传密码
① 基因是控制生物性状的独立遗传单位
② 遗传信息的传递都遵循中心法则
③ 生物界共同一套遗传密码
1、以下说法叙述符合基因工程概念的是( )
A．在细胞内将DNA进行重组，赋予生物新的遗传特性
B．将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素 高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后将其DNA整合到细菌 DNA上
B
练习
绿色荧光小鼠是基因工程的产物，它是在DNA分子水平上完成的，而DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，需要专门的“分子工具”。
情境导入
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？
三大工具
分子手术刀
分子缝合针
分子运输车
限制性内切核酸酶：
DNA连接酶：
载体：
准确切割DNA分子,得到所需的目的基因
能将目的基因连接到载体上
能将目的基因导入受体细胞中
任务1：阅读教材P4-P5，思考以下问题？
1：限制酶从哪里来？
2：限制酶有什么作用？
3：限制酶的作用结果是什么？
环节一 阅读教材，认识分子手术刀---限制酶
一.分子手术刀----限制酶
（1）来源：
主要是从原核生物体内分离出来
切割外源DNA,保证自身的安全
思考1：限制酶存在于原核生物中的作用是什么
思考2：限制酶为什么不会剪切原核生物本身的DNA
原核生物的DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
5'
5'
3'
3'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
一.分子手术刀----限制酶
（2）作用：
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，因此具有专一性。
（3）作用实质（部位）：
一.分子手术刀----限制酶
断开磷酸二酯键
CT TCATGAATTCCGTACCCGGGCCTAA
GAAGTACTTAAGGCATGGGCCCGGATT
EcoRⅠ限制酶酶切位点
黏性末端
GGCATGGG
AATTCCGTACCC
CTTCATG
GAAGTACTTAA
平末端
SmaⅠ限制酶酶切位点
GGGCCTAA
CCCGGATT
…TACCC
…ATGGG
一.分子手术刀----限制酶
（4）作用结果： 黏性末端和平末端
5’…G-A-A-T-T-C…3’
3’…C-T-T-A-A-G…5’
5’…C-C-C-G-G-G…3’
3’…G-G-G-C-C-C…5’
5’…G-G-A-T-C-C…3’
3’…C-C-T-A-G-G…5’
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
BamHⅠ
(在G与G之间切割)
（5）限制酶的识别序列的特点
大多数限制酶的识别序列由___个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由___个、___个或_________的核苷酸组成。
6
4
8
其他数量
①能被限制酶特异性识别的序列，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基反向互补对称的 ，即回文序列。
②回文序列：在切割部位，一条链从5’往3’读的碱基顺序与另一条链5’往3’读的顺序完全一致。
回文序列
练习
2.下表为常用的限制性核酸内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断，以下说法正确的是( )
A.一种限制酶可能识别2种中核苷酸序列
B.限制酶切割后一定形成黍站性末端
C.不同的限制酶切割 DNA 分子形成的黏性末端一定不同
D.限制酶的切割位点在识另利序列内部
A
任务2：仔细观察演示活动，思考以下问题：
1：订书机代表什么？
2：订书针代表什么？
3：DNA连接酶的作用位点是什么？
环节二 观察活动，认识分子缝合针---DNA连接酶
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(1)作用:
(2)种类
种类 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源
功能特性
相同点 大肠杆菌
T4噬菌体
只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段
既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
恢复的都是磷酸二酯键
二.分子缝合针--DNA连接酶
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；也不能连接RNA！
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
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
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
旁栏思考（P6）：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
3.下列说法中不正确的有( )
①限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的
②DNA连接酶都是从原核生物中分离得到的
③所有限制酶识别的核苷酸序列均由6个核苷酸组成
④不同限制酶的识别序列不同
⑤T4DNA连接酶可以连接平末端，且连接效率较高
A.①②④⑤ B.①②③⑤ C.②③④⑤ D.①③④⑤
B
练习
任务3：阅读课本P6，思考以下问题：
1：载体的作用是什么？有几种类型？
2：载体要与外源基因连接需要什么条件？
3：要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？
4：检测外源基因是否进入受体细胞，载体需要具备什么条件？
5：如果载体对受体细胞有害将怎样？
环节二 思考讨论，认识分子运输车---载体
（1）作用: ① ．
② ．
（2）种类
将目的基因转移到受体细胞中去
利用载体在受体细胞内对目的基因进行大量复制
三.分子运输车--载体
①质粒---最常用
②λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
（3）作为载体所具备的条件及原因
条件 原因
能在细胞中进行 到受体DNA上 能使目的基因 且数量可扩增
有一个至多个 位点 供外源DNA片段(基因)插入其中
常有特殊的__________ 便于重组DNA分子的_____
无毒害作用 对受体细胞 作用，避免受体细胞受到损伤
自我复制或整合
限制酶切割
标记基因
筛选
稳定存在
无毒害
质 粒
①来源：来源于许多 等生物，最常用的是大肠杆菌质粒，②它是一种裸露的、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 （化学本质），故质粒有 个游离的磷酸基团。
细菌和酵母菌
双链环状DNA分子
0
4、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（ ）
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D.便于与外源基因连接
B
练习
5、质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是（ ）
A.①是c；②是b；③是a B.①是a和b；②是a；③是b
C.①是a和b；②是b；③是a D.①是c；②是a；③是b
细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况 细菌在含四环素的培养基上的生长状况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、 噬菌体、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类:
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位： 磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来