3.1.1 重组DNA技术的基本工具（理论基础） 课件（21张ppt）【新教材】 2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三
文档属性
| 名称 | 3.1.1 重组DNA技术的基本工具（理论基础） 课件（21张ppt）【新教材】 2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2021-03-28 17:15:51 | ||
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文档简介
第3章
基 因 工 程
基因工程发展历程
1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物个体间转移。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至19666年，64个密码子均被破译成功。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶）
1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
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。
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。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
1973年，科学家证明了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，并实现了物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。
1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。
基因工程
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. DNA是遗传物质的证明；
2. DNA双螺旋结构的证明；
3. 中心法则的确立；
4.密码子的破译。
基因工程的理论基础
基因重组
原理
分子水平
操作水平
基因突变
或
2021
第1节 重组DNA技术的基本工具
从社会中来
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵害。当番木瓜受到这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。
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，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？
非转基因番木瓜
转基因番木瓜
“切割”
改造
“拼接”
导入
表达
DNA重组技术的基本工具是什么？
将DNA分子导入细胞
准确切割DNA分子
连接DNA片段
重组DNA技术的基本工具
重组DNA技术的基本工具：
（三）分子运输车---运载体
（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶
（二）分子缝合针---DNA连接酶
（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶（限制酶）
1、来源：
主要从原核生物中分离纯化来的
3、特点 :
4、作用部位:
特定切点上的磷酸二酯键
5、结果：
形成黏性末端和平末端
2、种类：
数千种
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。
1’
2’
3’
4’
5’
G
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
基因的“剪刀”
01
黏性末端
EcoRⅠ
大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切割。
例
（1） 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。
结果
基因的“剪刀”
01
SmaⅠ
平末端
另一种限制酶(SmaⅠ)能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割。
例
（2） 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。
结果
限制性核酸内切酶----种类与命名
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内核酸切酶(限制酶)。
练习：流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia marcesens）
SmaⅠ
大肠杆菌
（Escherichia coli R）
EcoRⅠ
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
EcoRⅠ
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
不同来源的DNA片段混合
如何将不同种来源的DNA片段连接起来？
生物A基因片段
生物B基因片段
……G AATTC……
……CTTAA G……
……G AATTC……
……CTTAA G……
酶切
什么样的末端才能连接起来？，
（二）分子缝合针---DNA连接酶
1. 作用：
2. 种类：
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 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 。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}类型
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
____________
____________
功能
只缝合____________
缝合____________和____________
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_________________
大肠杆菌
T4噬菌体
黏性末端
黏性末端
平末端（效率低）
磷酸二酯键
种类
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
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较：
（三）分子运输车---运载体
分子运输车
质粒
将外源基因送入受体细胞。
1.作用：
动植物病毒
λ噬菌体的衍生物
2.种类：
拟核DNA
质粒
大肠杆菌细胞
目的基因插入位点
复制原点
氨苄青霉素抗性基因
大肠杆菌及质粒结构模式图
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。
3、运载体需具备的条件
（1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
（2）有一个至多个限制酶切点
（3）有某些标记基因
（4）对受体细胞无害、易分离
能进入受体细胞并在受体细胞内复制并表达；
便于与不同目的基因结合
便于鉴定和筛选
大肠杆菌及质粒结构模式图
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、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
课堂小结
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
基 因 工 程
基因工程发展历程
1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物个体间转移。
1961年尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至19666年，64个密码子均被破译成功。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶）
1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。
1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
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。
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。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
1973年，科学家证明了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，并实现了物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。
1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。
基因工程
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. DNA是遗传物质的证明；
2. DNA双螺旋结构的证明；
3. 中心法则的确立；
4.密码子的破译。
基因工程的理论基础
基因重组
原理
分子水平
操作水平
基因突变
或
2021
第1节 重组DNA技术的基本工具
从社会中来
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵害。当番木瓜受到这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。
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，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？
非转基因番木瓜
转基因番木瓜
“切割”
改造
“拼接”
导入
表达
DNA重组技术的基本工具是什么？
将DNA分子导入细胞
准确切割DNA分子
连接DNA片段
重组DNA技术的基本工具
重组DNA技术的基本工具：
（三）分子运输车---运载体
（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶
（二）分子缝合针---DNA连接酶
（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶（限制酶）
1、来源：
主要从原核生物中分离纯化来的
3、特点 :
4、作用部位:
特定切点上的磷酸二酯键
5、结果：
形成黏性末端和平末端
2、种类：
数千种
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。
1’
2’
3’
4’
5’
G
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
基因的“剪刀”
01
黏性末端
EcoRⅠ
大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切割。
例
（1） 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。
结果
基因的“剪刀”
01
SmaⅠ
平末端
另一种限制酶(SmaⅠ)能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割。
例
（2） 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。
结果
限制性核酸内切酶----种类与命名
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内核酸切酶(限制酶)。
练习：流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia marcesens）
SmaⅠ
大肠杆菌
（Escherichia coli R）
EcoRⅠ
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
EcoRⅠ
……GAATTC……
……CTTAAG……
……GAATTC……
……CTTAAG……
不同来源的DNA片段混合
如何将不同种来源的DNA片段连接起来？
生物A基因片段
生物B基因片段
……G AATTC……
……CTTAA G……
……G AATTC……
……CTTAA G……
酶切
什么样的末端才能连接起来？，
（二）分子缝合针---DNA连接酶
1. 作用：
2. 种类：
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 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 。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}类型
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
____________
____________
功能
只缝合____________
缝合____________和____________
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_________________
大肠杆菌
T4噬菌体
黏性末端
黏性末端
平末端（效率低）
磷酸二酯键
种类
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
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较：
（三）分子运输车---运载体
分子运输车
质粒
将外源基因送入受体细胞。
1.作用：
动植物病毒
λ噬菌体的衍生物
2.种类：
拟核DNA
质粒
大肠杆菌细胞
目的基因插入位点
复制原点
氨苄青霉素抗性基因
大肠杆菌及质粒结构模式图
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。
3、运载体需具备的条件
（1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
（2）有一个至多个限制酶切点
（3）有某些标记基因
（4）对受体细胞无害、易分离
能进入受体细胞并在受体细胞内复制并表达；
便于与不同目的基因结合
便于鉴定和筛选
大肠杆菌及质粒结构模式图
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、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
课堂小结
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