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26张ppt）
文档属性
| 名称 | 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26张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-05 17:18:39 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
重组DNA技术的基本工具
工具酶
第1节
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
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
科技探索之路
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
6.意义：
例1.人的胰岛素基因能通过拼接并在受体细胞大肠杆菌中表达出相同蛋白质--胰岛素的理论基础是？
（1）大肠杆菌和人的遗传物质都是 。
（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、空间结构和碱基互补配对方式相同
所有生物共用一整套遗传密码
科技探索之路
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
到社会中去
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？
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
资料卡
限制酶名字的由来
限制酶是如何命名的呢？是用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制
酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoR I
例如：流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
Hind I
Hind II
Hind III
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
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.重组DNA技术的基本工具----限制酶
（1）来源：从微生物（主要是原核生物）体内分离出来
（2）功能：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。
（1）来源：从微生物（主要是原核生物）体内分离出来，限制酶是一类酶而不是一种酶。
（2）功能：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。
（大部分限制酶切割结果为黏性末端）
EcoRⅠ识别的序列
切点
切点
磷酸二酯键
（3）切割部位：“切割”的是磷酸二酯键，限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
黏性末端
黏性末端
EcoRI限制酶的切割
只能识别GAATTC序列,并在G和A之间切开。
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
平末端 平末端
SmaI限制酶的切割
只能识别CCCGGG序列,并在C和G之间切开
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
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.重组DNA技术的基本工具----限制酶
（4）切割结果：切口有两种：黏性末端和平末端。
（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
EcoRⅠ
5’…G-A-A-T-T-C…3’
3’…C-T-T-A-A-G…5’
SmaⅠ
5’…C-C-C-G-G-G…3’
3’…G-G-G-C-C-C…5’
BamHⅠ
5’…G-G-A-T-C-C…3’
3’…C-C-T-A-G-G…5’
TaqⅠ
5’……T-C-G-A……3’
3’……A-G-C-T……5’
①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 ，这就是回文序列。
②能被限制酶特异性识别的切割部位基本都具有回文序列：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。
A.形成的黏性末端（从5’往3’读）为_____
B.一个限制酶切割一次断两个磷酸二酯键形成___个黏性末端
C.同一种限制酶切割形成的黏性末端____
D.两个黏性末端有___个游离的磷酸基团
AATT
两
相同
2
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
①不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同。
【解析：酶具有专一性，识别的序列相同】
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
②判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：将其中一个末端旋转180度，若与另一个完全相同，则说明两个末端是用同一种限制酶切割
旋转180度
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
Sau3AⅠ
同一个DNA分子用不同限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同,(也有可能切割出相同的黏性末端，可以相互配对连接成链）
G
C
G
C
C
G
C
G
总结：产生相同的黏性末端不一定都是用同一种限制酶切割
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
不同限制酶切割形成的黏性末端，如果互补则可以相互重新配对连接
Sau3AⅠ
总结：两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
用这两种酶和DNA连接酶对该DNA分子进行反复切割、连接操作，若干循环后， 序列会明显 （增多、减少、不变）。
－TCTAGG－
－AGATCC－
增多
总结：两种同尾酶切割的DNA片段连接后，原来的酶切位点将不存在，不能再被原来的限制酶识别
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
原核生物容易受到外源DNA的入侵
限制酶的作用:切割外源DNA,使之失效
保证自身的安全
DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者DNA分子被修饰（甲基化），使限制酶不能将其切开
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
限制酶存在于原核生物中的作用是什么
限制酶为什么不会剪切原核生物本身的DNA
用限制酶切割时需注意的事项
(1)获取目的基因和切割载体时, 通常使用同种限制酶,目的是 。但是使用该法缺点是容易发生______________________________________________________________________，为了避免上述情况发生，可采取的措施是:
________________________________________________________________________(2)获取一个目的基因需限制酶切割 次,共产生 个游离的磷酸基团。
为了产生相同的黏性末端，便于连接
两
4
分别使用两种限制酶去切割目的基因和运载体
目的基因、质粒的自身环化以及目的基因与质粒反向连接
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
(3)选择限制酶切割位点的基本原则：
①切割目的基因时：________________________________________。
②切割质粒时：____________________________________________________。
能切下目的基因且不破坏目的基因
至少保留一个完整的标记基因，便于筛选
【例3】①用图1中的质粒和图2中的外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是
_______________________________________________。
②构建重组质粒时，最好选择限制酶BamHⅠ、HindⅢ处理质粒、外源DNA，这样做的目的是_________________________________________________。
SmaⅠ会破坏质粒中的抗性基因以及破坏目的基因
确保目的基因与质粒的定向连接
巩固练习
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”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！
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
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，形成重组DNA分子。
(1)作用:
(2)分类
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
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
与DNA相关的五种酶的比较
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
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
旁栏思考（P72）：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
重组DNA技术的基本工具
工具酶
第1节
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
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
科技探索之路
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
6.意义：
例1.人的胰岛素基因能通过拼接并在受体细胞大肠杆菌中表达出相同蛋白质--胰岛素的理论基础是？
（1）大肠杆菌和人的遗传物质都是 。
（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、空间结构和碱基互补配对方式相同
所有生物共用一整套遗传密码
科技探索之路
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
到社会中去
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？
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
资料卡
限制酶名字的由来
限制酶是如何命名的呢？是用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制
酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoR I
例如：流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
Hind I
Hind II
Hind III
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
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.重组DNA技术的基本工具----限制酶
（1）来源：从微生物（主要是原核生物）体内分离出来
（2）功能：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。
（1）来源：从微生物（主要是原核生物）体内分离出来，限制酶是一类酶而不是一种酶。
（2）功能：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。
（大部分限制酶切割结果为黏性末端）
EcoRⅠ识别的序列
切点
切点
磷酸二酯键
（3）切割部位：“切割”的是磷酸二酯键，限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
黏性末端
黏性末端
EcoRI限制酶的切割
只能识别GAATTC序列,并在G和A之间切开。
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
平末端 平末端
SmaI限制酶的切割
只能识别CCCGGG序列,并在C和G之间切开
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
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.重组DNA技术的基本工具----限制酶
（4）切割结果：切口有两种：黏性末端和平末端。
（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
EcoRⅠ
5’…G-A-A-T-T-C…3’
3’…C-T-T-A-A-G…5’
SmaⅠ
5’…C-C-C-G-G-G…3’
3’…G-G-G-C-C-C…5’
BamHⅠ
5’…G-G-A-T-C-C…3’
3’…C-C-T-A-G-G…5’
TaqⅠ
5’……T-C-G-A……3’
3’……A-G-C-T……5’
①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 ，这就是回文序列。
②能被限制酶特异性识别的切割部位基本都具有回文序列：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。
A.形成的黏性末端（从5’往3’读）为_____
B.一个限制酶切割一次断两个磷酸二酯键形成___个黏性末端
C.同一种限制酶切割形成的黏性末端____
D.两个黏性末端有___个游离的磷酸基团
AATT
两
相同
2
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
①不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同。
【解析：酶具有专一性，识别的序列相同】
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
②判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：将其中一个末端旋转180度，若与另一个完全相同，则说明两个末端是用同一种限制酶切割
旋转180度
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
Sau3AⅠ
同一个DNA分子用不同限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同,(也有可能切割出相同的黏性末端，可以相互配对连接成链）
G
C
G
C
C
G
C
G
总结：产生相同的黏性末端不一定都是用同一种限制酶切割
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
不同限制酶切割形成的黏性末端，如果互补则可以相互重新配对连接
Sau3AⅠ
总结：两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
用这两种酶和DNA连接酶对该DNA分子进行反复切割、连接操作，若干循环后， 序列会明显 （增多、减少、不变）。
－TCTAGG－
－AGATCC－
增多
总结：两种同尾酶切割的DNA片段连接后，原来的酶切位点将不存在，不能再被原来的限制酶识别
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
原核生物容易受到外源DNA的入侵
限制酶的作用:切割外源DNA,使之失效
保证自身的安全
DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者DNA分子被修饰（甲基化），使限制酶不能将其切开
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
限制酶存在于原核生物中的作用是什么
限制酶为什么不会剪切原核生物本身的DNA
用限制酶切割时需注意的事项
(1)获取目的基因和切割载体时, 通常使用同种限制酶,目的是 。但是使用该法缺点是容易发生______________________________________________________________________，为了避免上述情况发生，可采取的措施是:
________________________________________________________________________(2)获取一个目的基因需限制酶切割 次,共产生 个游离的磷酸基团。
为了产生相同的黏性末端，便于连接
两
4
分别使用两种限制酶去切割目的基因和运载体
目的基因、质粒的自身环化以及目的基因与质粒反向连接
一.重组DNA技术的基本工具----限制酶
(3)选择限制酶切割位点的基本原则：
①切割目的基因时：________________________________________。
②切割质粒时：____________________________________________________。
能切下目的基因且不破坏目的基因
至少保留一个完整的标记基因，便于筛选
【例3】①用图1中的质粒和图2中的外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是
_______________________________________________。
②构建重组质粒时，最好选择限制酶BamHⅠ、HindⅢ处理质粒、外源DNA，这样做的目的是_________________________________________________。
SmaⅠ会破坏质粒中的抗性基因以及破坏目的基因
确保目的基因与质粒的定向连接
巩固练习
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”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！
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
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，形成重组DNA分子。
(1)作用:
(2)分类
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
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
与DNA相关的五种酶的比较
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
一.重组DNA技术的基本工具--DNA连接酶
旁栏思考（P72）：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？