人教版生物高二选修3-1.1DNA重组技术的基本工具（共42张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版生物高二选修3-1.1DNA重组技术的基本工具（共42张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 10.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2020-05-01 11:57:01 | ||
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文档简介
(共42张PPT)
基因工程（1）
——DNA重组技术的基本工具
高二年级 生物学
产生人抗狂犬病病毒抗体的转基因烟草
乳汁中含人α-抗胰蛋白酶的转基因羊
转基因酵母菌合成乙肝疫苗
转基因抗虫棉与普通棉花
肺炎双球菌的体外转化实验
肺炎双球菌的转化因子是DNA；
S型菌的DNA可以转移至R型菌，导致R型菌获得S型菌的性状并进行遗传。
艾弗里
R型菌 S型菌
转化
（1）DNA是遗传物质——1944 肺炎双球菌的转化实验等。
（2）DNA双螺旋结构——1953 建立DNA双螺旋模型。
（3）中心法则的确立和64个密码子破译——1958 提出中心法则，阐明遗传信息流动方向；六十年代破译密码子。
基因工程的理论基础是什么？
基因工程的诞生
1972年，斯坦福大学的伯格小组获得了世界上第一个人工重组DNA分子。
1973年，斯坦福大学的科恩小组实现了大肠杆菌的基因重组，这是基因工程诞生的标志。
基因工程
指将一种生物的基因转移到另一种生物的细胞中，并使该基因携带的遗传信息在受体细胞中表达。基因工程的核心是构建重组DNA分子，因此早期的基因工程称为重组DNA技术。
通俗的说，就是按照人们的意愿，将一种生物的某种基因提取出来，转移至另一种生物细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程需要哪些技术支持？
（1）基因转移载体的发现——1967年发现质粒DNA可以自我复制并在细菌间转移。
（2）工具酶的发现——70年代相继发现多种限制酶、连接酶、逆转录酶，为DNA的切割、连接及功能基因的获得创造了条件。
（3）DNA合成和测序技术的发明——70年代发明了DNA序列分析的方法，DNA体外合成、DNA改造、及重组DNA体外表达也相继成功。
基因工程（1）
——DNA重组技术的基本工具
细菌细胞
限制性核酸内切酶
病毒注入DNA分子
限制性核酸内切酶切割入侵的DNA
切割
病毒DNA
病毒
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
资料
限制性核酸内切酶：识别双链DNA分子的某种特定序列，并在每条链中特定部位的两个核苷酸之间断开磷酸二酯键。
EcoRⅠ
产生黏性末端
5’……G A A T T C……3 ’
3’……C T T A A G……5 ’
5’……G G C C……3 ’
3’……C C G G……5 ’
EcoRⅠ
HaeⅢ
产生平末端
限制酶的特点：识别特定序列，切割特定位点，识别序列常具有回文结构；切割后产生黏性末端，也有部分限制酶产生平末端。
限制酶的来源：主要是原核生物，也有少部分来自真核生物。
下表列出了三种限制性核酸内切酶的识别序列和切割位点，请你尝试写出DNA分子被切割后产生的末端。
练一练
限制酶 BamHⅠ HindⅢ SmaⅠ
识别序列及
切割位点 GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA CCCGGG
GGGCCC
练一练
限制酶 BamHⅠ HindⅢ SmaⅠ
识别序列及切割位点 GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA CCCGGG
GGGCCC
-G GATCC-
-CCTAG G-
-A AGCTT-
-TTCGA A-
-CCC GGG-
-GGG CCC-
下图表示三种黏性末端，下列说法正确的是
C
A．乙中的酶切位点在A与G之间
B．甲、乙、丙由两种限制酶作用产生
C．若甲中的G处发生突变，限制酶可能无法识别该切割位点
D．限制性核酸内切酶作用于碱基对之间的氢键
练一练
第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；
第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；
第四个字母代表株；
用罗马数字表示发现的先后次序。
小资料：限制性核酸内切酶的命名
EcoRⅠ
属 种 株 序
Escherichia coli RY13株
在大肠杆菌R菌株发现的第一种酶
如何连接DNA片段？
资料
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
……GAATTC……
……CTTAAG……
AATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……G
G……
……CTTAA
AATTC……
……G
G……
……CTTAA
……G
……CTTAA
AATTC……
G……
EcoRⅠ切此位点
EcoRⅠ切此位点
双链断开
不同来源的DNA片段结合
DNA连接酶
根据来源不同，DNA连接酶可以分为：
E·coli DNA连接酶：只能连接黏性末端
T4 DNA连接酶：黏性末端和平末端均可连接
用同一种限制酶来切割两个来源不同的DNA，产生相同的黏性末端。再利用DNA连接酶就可以在两个片段间形成磷酸二酯键，将它们连接起来。
如何利用工具酶将两个来自不同物种的DNA片段拼接起来呢？
想一想
某线性DNA分子含有5000个碱基对（bp），先用限制酶 a 完全切割，产物再用限制酶b完全切割，得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b的识别序列和切割位点如下图所示。下列有关叙述错误的是：
A．酶a与酶b切断的化学键相同
B．该DNA分子中酶a能识别的碱基序列有3处
C．仅用酶b切割该DNA分子可能得到三种DNA片段
D．酶a和酶b切出的DNA片段不能相互连接
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
练一练
酶a切割位点
线性DNA分子
酶b切割位点
酶a切割后末端: 酶b切割后末端:
__A GATCT__ __G GATCC__
__TCTAG A__ __CCTAG G__
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
2100 1400 1000 500
1900 200 800 600 1000 500
某线性DNA分子含有5000个碱基对（bp），先用限制酶 a 完全切割，产物再用限制酶b完全切割，得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b 的识别序列和切割位点如下图所示。下列有关叙述错误的是：
D
A．酶a与酶b切断的化学键相同
B．该DNA分子中酶a能识别的碱基序列有3处
C．仅用酶b切割该DNA分子可能得到三种DNA片段
D．酶a和酶b切出的DNA片段不能相互连接
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
练一练
有些限制性内切酶虽然识别序列不完全相同，但切割DNA后，产生相同的黏性末端，称为同尾酶。这两个相同的黏性末端称为配伍末端。
BamHⅠ
BglⅡ
+
……GGATCC……
……CCTAGG……
……AGATCT……
……TCTAGA……
……G
……CCTAG
GATCC……
G……
……A
……TCTAG
GATCT……
A……
+
1.目前常用的载体
细菌质粒 它是细菌拟核DNA以外的小型环状DNA；有的细菌只有一个，有的细菌有多个。酵母菌、放线菌中也有质粒。
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
噬菌体和动植物病毒的DNA
能在细胞中稳定保存并大量复制；
含有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
含有便于筛选的标记基因（一般为各种抗性基因，如抗氨苄青霉素基因）；
能启动外源目的基因的转录和翻译。
2.载体的共同特点
由于重组载体导入受体细胞时，主要依据的是质粒或病毒感染宿主细胞的能力。所以必须根据受体细胞的类型确定使用何种载体。
3.载体选择的原则
质粒、噬菌体
动物病毒
计划让大肠杆菌表达人类激素？
计划让转基因羊的乳汁里含有人的凝血蛋白？
用一种特定的限制酶切割目的基因与载体，再用DNA连接酶进行连接，可以得到怎样的连接产物？
想一想
单酶切的结果：
想一想
目的基因
质 粒
目的基因
和质粒环化
两目的基因
环化
两质粒
环化
质 粒
自我环化
目的基因
自我环化
单酶切的结果：
想一想
目的基因
质粒
目的基因
需要的
重组质粒
目的基因
和质粒环化
两目的基因
环化
两质粒
环化
质 粒
自我环化
目的基因
自我环化
两质粒
环化
两目的基因
环化
目的基因
和质粒环化
双酶切的结果：
想一想
目的基因
质 粒
质粒长片段和
目的基因环化
两目的
基因环化
质粒短片段
和目的
基因环化
两质粒
短片段环化
两质粒
长片段环化
需要的
重组质粒
1972年，美国斯坦福大学伯格教授小组实现了世界首例DNA重组分子，并因此获得1980年诺贝尔化学奖。
猿猴病毒SV40的DNA
?噬菌体DNA分子
HindⅢ限制性核酸内切酶
相同的黏性末端
DNA连接酶
重组DNA分子
非洲爪蟾核糖体蛋白基因
质粒pSC101
EcoRⅠ限制性核酸内切酶
相同的末端
DNA连接酶
重组DNA分子
成功表达非洲爪蟾核糖体蛋白
导入大肠杆菌
1973年，博耶和科恩将非洲爪蟾核糖体蛋白基因导入大肠杆菌并成功表达。
DNA重组技术的基本工具
限制性核酸内切酶：识别双链DNA分子的特定序列，并在特定部位的两个核苷酸之间断开磷酸二酯键。
DNA连接酶：连接两条双链DNA片段，形成磷酸二酯键。
载体：携带外源基因进入细胞，有限制酶切割位点，携带标记基因，能在受体细胞中稳定存在、自我复制，并启动外源基因表达。
谢谢同学们！再见！
基因工程（1）
——DNA重组技术的基本工具
高二年级 生物学
产生人抗狂犬病病毒抗体的转基因烟草
乳汁中含人α-抗胰蛋白酶的转基因羊
转基因酵母菌合成乙肝疫苗
转基因抗虫棉与普通棉花
肺炎双球菌的体外转化实验
肺炎双球菌的转化因子是DNA；
S型菌的DNA可以转移至R型菌，导致R型菌获得S型菌的性状并进行遗传。
艾弗里
R型菌 S型菌
转化
（1）DNA是遗传物质——1944 肺炎双球菌的转化实验等。
（2）DNA双螺旋结构——1953 建立DNA双螺旋模型。
（3）中心法则的确立和64个密码子破译——1958 提出中心法则，阐明遗传信息流动方向；六十年代破译密码子。
基因工程的理论基础是什么？
基因工程的诞生
1972年，斯坦福大学的伯格小组获得了世界上第一个人工重组DNA分子。
1973年，斯坦福大学的科恩小组实现了大肠杆菌的基因重组，这是基因工程诞生的标志。
基因工程
指将一种生物的基因转移到另一种生物的细胞中，并使该基因携带的遗传信息在受体细胞中表达。基因工程的核心是构建重组DNA分子，因此早期的基因工程称为重组DNA技术。
通俗的说，就是按照人们的意愿，将一种生物的某种基因提取出来，转移至另一种生物细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程需要哪些技术支持？
（1）基因转移载体的发现——1967年发现质粒DNA可以自我复制并在细菌间转移。
（2）工具酶的发现——70年代相继发现多种限制酶、连接酶、逆转录酶，为DNA的切割、连接及功能基因的获得创造了条件。
（3）DNA合成和测序技术的发明——70年代发明了DNA序列分析的方法，DNA体外合成、DNA改造、及重组DNA体外表达也相继成功。
基因工程（1）
——DNA重组技术的基本工具
细菌细胞
限制性核酸内切酶
病毒注入DNA分子
限制性核酸内切酶切割入侵的DNA
切割
病毒DNA
病毒
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
资料
限制性核酸内切酶：识别双链DNA分子的某种特定序列，并在每条链中特定部位的两个核苷酸之间断开磷酸二酯键。
EcoRⅠ
产生黏性末端
5’……G A A T T C……3 ’
3’……C T T A A G……5 ’
5’……G G C C……3 ’
3’……C C G G……5 ’
EcoRⅠ
HaeⅢ
产生平末端
限制酶的特点：识别特定序列，切割特定位点，识别序列常具有回文结构；切割后产生黏性末端，也有部分限制酶产生平末端。
限制酶的来源：主要是原核生物，也有少部分来自真核生物。
下表列出了三种限制性核酸内切酶的识别序列和切割位点，请你尝试写出DNA分子被切割后产生的末端。
练一练
限制酶 BamHⅠ HindⅢ SmaⅠ
识别序列及
切割位点 GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA CCCGGG
GGGCCC
练一练
限制酶 BamHⅠ HindⅢ SmaⅠ
识别序列及切割位点 GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA CCCGGG
GGGCCC
-G GATCC-
-CCTAG G-
-A AGCTT-
-TTCGA A-
-CCC GGG-
-GGG CCC-
下图表示三种黏性末端，下列说法正确的是
C
A．乙中的酶切位点在A与G之间
B．甲、乙、丙由两种限制酶作用产生
C．若甲中的G处发生突变，限制酶可能无法识别该切割位点
D．限制性核酸内切酶作用于碱基对之间的氢键
练一练
第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；
第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；
第四个字母代表株；
用罗马数字表示发现的先后次序。
小资料：限制性核酸内切酶的命名
EcoRⅠ
属 种 株 序
Escherichia coli RY13株
在大肠杆菌R菌株发现的第一种酶
如何连接DNA片段？
资料
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
……GAATTC……
……CTTAAG……
AATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……G
G……
……CTTAA
AATTC……
……G
G……
……CTTAA
……G
……CTTAA
AATTC……
G……
EcoRⅠ切此位点
EcoRⅠ切此位点
双链断开
不同来源的DNA片段结合
DNA连接酶
根据来源不同，DNA连接酶可以分为：
E·coli DNA连接酶：只能连接黏性末端
T4 DNA连接酶：黏性末端和平末端均可连接
用同一种限制酶来切割两个来源不同的DNA，产生相同的黏性末端。再利用DNA连接酶就可以在两个片段间形成磷酸二酯键，将它们连接起来。
如何利用工具酶将两个来自不同物种的DNA片段拼接起来呢？
想一想
某线性DNA分子含有5000个碱基对（bp），先用限制酶 a 完全切割，产物再用限制酶b完全切割，得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b的识别序列和切割位点如下图所示。下列有关叙述错误的是：
A．酶a与酶b切断的化学键相同
B．该DNA分子中酶a能识别的碱基序列有3处
C．仅用酶b切割该DNA分子可能得到三种DNA片段
D．酶a和酶b切出的DNA片段不能相互连接
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
练一练
酶a切割位点
线性DNA分子
酶b切割位点
酶a切割后末端: 酶b切割后末端:
__A GATCT__ __G GATCC__
__TCTAG A__ __CCTAG G__
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
2100 1400 1000 500
1900 200 800 600 1000 500
某线性DNA分子含有5000个碱基对（bp），先用限制酶 a 完全切割，产物再用限制酶b完全切割，得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b 的识别序列和切割位点如下图所示。下列有关叙述错误的是：
D
A．酶a与酶b切断的化学键相同
B．该DNA分子中酶a能识别的碱基序列有3处
C．仅用酶b切割该DNA分子可能得到三种DNA片段
D．酶a和酶b切出的DNA片段不能相互连接
酶a切割产物（bp） 酶b再次切割产物（bp）
2100,1400,
1000,500 1900,200,800,600,
1000,500
练一练
有些限制性内切酶虽然识别序列不完全相同，但切割DNA后，产生相同的黏性末端，称为同尾酶。这两个相同的黏性末端称为配伍末端。
BamHⅠ
BglⅡ
+
……GGATCC……
……CCTAGG……
……AGATCT……
……TCTAGA……
……G
……CCTAG
GATCC……
G……
……A
……TCTAG
GATCT……
A……
+
1.目前常用的载体
细菌质粒 它是细菌拟核DNA以外的小型环状DNA；有的细菌只有一个，有的细菌有多个。酵母菌、放线菌中也有质粒。
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
噬菌体和动植物病毒的DNA
能在细胞中稳定保存并大量复制；
含有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
含有便于筛选的标记基因（一般为各种抗性基因，如抗氨苄青霉素基因）；
能启动外源目的基因的转录和翻译。
2.载体的共同特点
由于重组载体导入受体细胞时，主要依据的是质粒或病毒感染宿主细胞的能力。所以必须根据受体细胞的类型确定使用何种载体。
3.载体选择的原则
质粒、噬菌体
动物病毒
计划让大肠杆菌表达人类激素？
计划让转基因羊的乳汁里含有人的凝血蛋白？
用一种特定的限制酶切割目的基因与载体，再用DNA连接酶进行连接，可以得到怎样的连接产物？
想一想
单酶切的结果：
想一想
目的基因
质 粒
目的基因
和质粒环化
两目的基因
环化
两质粒
环化
质 粒
自我环化
目的基因
自我环化
单酶切的结果：
想一想
目的基因
质粒
目的基因
需要的
重组质粒
目的基因
和质粒环化
两目的基因
环化
两质粒
环化
质 粒
自我环化
目的基因
自我环化
两质粒
环化
两目的基因
环化
目的基因
和质粒环化
双酶切的结果：
想一想
目的基因
质 粒
质粒长片段和
目的基因环化
两目的
基因环化
质粒短片段
和目的
基因环化
两质粒
短片段环化
两质粒
长片段环化
需要的
重组质粒
1972年，美国斯坦福大学伯格教授小组实现了世界首例DNA重组分子，并因此获得1980年诺贝尔化学奖。
猿猴病毒SV40的DNA
?噬菌体DNA分子
HindⅢ限制性核酸内切酶
相同的黏性末端
DNA连接酶
重组DNA分子
非洲爪蟾核糖体蛋白基因
质粒pSC101
EcoRⅠ限制性核酸内切酶
相同的末端
DNA连接酶
重组DNA分子
成功表达非洲爪蟾核糖体蛋白
导入大肠杆菌
1973年，博耶和科恩将非洲爪蟾核糖体蛋白基因导入大肠杆菌并成功表达。
DNA重组技术的基本工具
限制性核酸内切酶：识别双链DNA分子的特定序列，并在特定部位的两个核苷酸之间断开磷酸二酯键。
DNA连接酶：连接两条双链DNA片段，形成磷酸二酯键。
载体：携带外源基因进入细胞，有限制酶切割位点，携带标记基因，能在受体细胞中稳定存在、自我复制，并启动外源基因表达。
谢谢同学们！再见！