1.1DNA重组技术的基本工具(共34张PPT)
文档属性
| 名称 | 1.1DNA重组技术的基本工具(共34张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.0MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2021-04-21 23:03:48 | ||
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文档简介
选修三 现代生物科技专题
教学目标：
简述DNA重组技术所需要三种工具的作用；
认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新
教学重点：
DNA重组技术所需要三种工具的作用
教学难点：
基因工程载体需要具备的条件
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术或基因拼接技术。
别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
原理
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
剪切→拼接→导入→表达
基因重组
基因工程
苏云金芽孢杆菌体内有一种毒蛋白基因，它编码的蛋白质可以使害虫死亡，但对哺乳动物无毒害作用。
棉花常常因害虫而减产。
能让棉花拥有该基因变成抗虫棉就好了——要实现它大致应该怎么操作、可能需要什么工具？同学们讨论一下。
问题探讨：
如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？
如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？
如何将重组的DNA运送到棉花细胞？
需要切割DNA的工具（分子手术刀）
需要连接DNA片断的工具 （分子缝合针）
需要基因转移的工具（分子运输车）
——限制性核酸内切酶
——DNA连接酶
——基因载体
思 考
DNA结构
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。
主要是原核生物
4000种。
1、来源：
2、种类：
3、作用：
4、结果：
形成两种末端
一、“分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
黏性末端
平末端
专一性
1、大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端。
2、SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端 。
常见的两种限制酶
EcoRI
A
A
G
T
T
C
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
G
A
A
T
T
C
识别GAATTC序列，并在G和A之间切开
限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
SmaⅠ
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
识别GAATTC序列，并在G和C之间切开
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。
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
现有一长度为1000碱基对(bp）的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用Kpn1单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRI、Kpnl同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是
练一练
限制酶所识别的序列有什么特点？
呈现碱基互补对称，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 ，称为回文序列。
要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
切两个切口，产生四个黏性末端。
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
会产生相同的黏性末端。
思 考
用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？
4个
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
T
A
T
A
EcoRI
EcoRI
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
2、DNA连接酶
三、基因工程的基本工具
类型
来源
功能
相同点
差别
E·coli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复磷
酸二酯
键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和
平末端(效率较低)
阅读课本第5页“DNA连接酶——分子缝合针”的相关内容，填写下表
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
DNA连接酶的作用
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，
DNA连接酶的缝合作用
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但连接平末端的效率较低
DNA连接酶的缝合作用
用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几
个磷酸二酯键？
2个
下图为三种限制酶BamH Ⅰ、Hind Ⅲ和BglⅡ的识别序列及切点。它们切割出来的黏性末端可以互补配对的是：
GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA
AGATCT
TCTAGA
BamH Ⅰ
Hind Ⅲ
Bgl Ⅱ
G
CCTAG
GATCT
A
GATCC
G
A
TCTAG
√
√
巩 固 提 高
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}
DNA连接酶
DNA聚合酶
连接DNA链
连接部位
双链
在两DNA片断之间形成磷酸二脂键
单链
将单个核苷酸加到已存在的核酸片断3’末端形成磷酸二脂键
基因进入受体细胞的载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？
作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？
外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
如果载体对受体细胞有害将怎样？
会在细胞增殖中丢失
外源的基因不可能插入
如果载体上有遗传标记基因，就可通过标记基因的表达来检测。
将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的外源基因也可能无法表达。
三、基因工程的基本工具
3、基因载体（运载体）
作为载体的必要条件
1.能自我复制
能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；
2.有一个至多个限制酶切位点
能与目的基因结合
3.有遗传标记基因
便于观察
4.对受体细胞无害、易分离
安全、比较容易得到
大肠杆菌结构模式图
DNA
质粒载体结构模式图
目的基因
插入位点
氨苄青霉素
抗性基因
复制原点
一个至多个限制酶切割位点
有标记基因
可以复制
对受体细胞无害
真正被用作载体的质粒，都是进行过人工改造的。
三、基因工程的基本工具
3、基因载体（运载体）
质粒（最常用）、λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒
种类：
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
练习
4、下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组的细胞，应选用的质粒是(??? )
C
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
DNA连
接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶
T4 DNA连接酶
运载
工 具
具备的
条件
结构简单,大小适中
能在宿主细胞中自
我复制并稳定存在
具一个或多个限制酶切位点
具标记基因
质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
课堂小结：
到哪里去找限制酶呢？
生物易受外来DNA的入侵，比如病毒的入侵。在长期的进化过程中生物形成了一套完善的防御机制，比如动物有专门的免疫系统。
而原核生物用来防止外来病原物的侵害的防御性工具就是限制酶，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割、使之失效，以保证自身的安全。
那限制酶不会剪切细菌本身的DNA吗？ P7第2题
通过长期的进化，当细菌中含有某种限制酶时，细菌本身的DNA分子中通常不具备这种限制酶的识别切割序列。
这样，细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
补充知识点：1.原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
与RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。
终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。
RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.(以模板转录然后脱落)
①不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。
：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质
编码区
非编码区
原核细胞的 基因结构
②有调控遗传信息表达的核
苷酸序列，在该序列中，
最重要的是位于编码区上
游的RNA聚合酶结合位点。
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
真核细胞的 基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列
：有调控作用的核苷酸序列，
包括位于编码区上游的RNA
聚合酶结合位点等。
非编码序列：
包括非编码区和内含子
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
_____的
编码区是间隔的、_____的
相同点
都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
思考
编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？
连续
不连续
编码区
非编码
下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
学以致用
(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是________，二者还具有其他共同点，如①________________，②________________(写出两条即可)。
能够自我复制?
DNA?
具有遗传效应?
(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为________________；可使用_______ _把质粒和目的基因连接在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是___________?
DNA连接酶
学以致用
下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
标记基因?
筛选含重组DNA的受体细胞
——A
——TGCGC
教学目标：
简述DNA重组技术所需要三种工具的作用；
认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新
教学重点：
DNA重组技术所需要三种工具的作用
教学难点：
基因工程载体需要具备的条件
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术或基因拼接技术。
别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
原理
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
剪切→拼接→导入→表达
基因重组
基因工程
苏云金芽孢杆菌体内有一种毒蛋白基因，它编码的蛋白质可以使害虫死亡，但对哺乳动物无毒害作用。
棉花常常因害虫而减产。
能让棉花拥有该基因变成抗虫棉就好了——要实现它大致应该怎么操作、可能需要什么工具？同学们讨论一下。
问题探讨：
如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？
如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？
如何将重组的DNA运送到棉花细胞？
需要切割DNA的工具（分子手术刀）
需要连接DNA片断的工具 （分子缝合针）
需要基因转移的工具（分子运输车）
——限制性核酸内切酶
——DNA连接酶
——基因载体
思 考
DNA结构
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。
主要是原核生物
4000种。
1、来源：
2、种类：
3、作用：
4、结果：
形成两种末端
一、“分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
黏性末端
平末端
专一性
1、大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端。
2、SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端 。
常见的两种限制酶
EcoRI
A
A
G
T
T
C
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
G
A
A
T
T
C
识别GAATTC序列，并在G和A之间切开
限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
SmaⅠ
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
识别GAATTC序列，并在G和C之间切开
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。
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
现有一长度为1000碱基对(bp）的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用Kpn1单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRI、Kpnl同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是
练一练
限制酶所识别的序列有什么特点？
呈现碱基互补对称，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 ，称为回文序列。
要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
切两个切口，产生四个黏性末端。
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
会产生相同的黏性末端。
思 考
用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？
4个
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
T
A
T
A
EcoRI
EcoRI
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
2、DNA连接酶
三、基因工程的基本工具
类型
来源
功能
相同点
差别
E·coli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复磷
酸二酯
键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和
平末端(效率较低)
阅读课本第5页“DNA连接酶——分子缝合针”的相关内容，填写下表
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
DNA连接酶的作用
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，
DNA连接酶的缝合作用
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但连接平末端的效率较低
DNA连接酶的缝合作用
用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几
个磷酸二酯键？
2个
下图为三种限制酶BamH Ⅰ、Hind Ⅲ和BglⅡ的识别序列及切点。它们切割出来的黏性末端可以互补配对的是：
GGATCC
CCTAGG
AAGCTT
TTCGAA
AGATCT
TCTAGA
BamH Ⅰ
Hind Ⅲ
Bgl Ⅱ
G
CCTAG
GATCT
A
GATCC
G
A
TCTAG
√
√
巩 固 提 高
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}
DNA连接酶
DNA聚合酶
连接DNA链
连接部位
双链
在两DNA片断之间形成磷酸二脂键
单链
将单个核苷酸加到已存在的核酸片断3’末端形成磷酸二脂键
基因进入受体细胞的载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？
作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？
外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
如果载体对受体细胞有害将怎样？
会在细胞增殖中丢失
外源的基因不可能插入
如果载体上有遗传标记基因，就可通过标记基因的表达来检测。
将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的外源基因也可能无法表达。
三、基因工程的基本工具
3、基因载体（运载体）
作为载体的必要条件
1.能自我复制
能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；
2.有一个至多个限制酶切位点
能与目的基因结合
3.有遗传标记基因
便于观察
4.对受体细胞无害、易分离
安全、比较容易得到
大肠杆菌结构模式图
DNA
质粒载体结构模式图
目的基因
插入位点
氨苄青霉素
抗性基因
复制原点
一个至多个限制酶切割位点
有标记基因
可以复制
对受体细胞无害
真正被用作载体的质粒，都是进行过人工改造的。
三、基因工程的基本工具
3、基因载体（运载体）
质粒（最常用）、λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒
种类：
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
练习
4、下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组的细胞，应选用的质粒是(??? )
C
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
DNA连
接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶
T4 DNA连接酶
运载
工 具
具备的
条件
结构简单,大小适中
能在宿主细胞中自
我复制并稳定存在
具一个或多个限制酶切位点
具标记基因
质粒、 λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
课堂小结：
到哪里去找限制酶呢？
生物易受外来DNA的入侵，比如病毒的入侵。在长期的进化过程中生物形成了一套完善的防御机制，比如动物有专门的免疫系统。
而原核生物用来防止外来病原物的侵害的防御性工具就是限制酶，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割、使之失效，以保证自身的安全。
那限制酶不会剪切细菌本身的DNA吗？ P7第2题
通过长期的进化，当细菌中含有某种限制酶时，细菌本身的DNA分子中通常不具备这种限制酶的识别切割序列。
这样，细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
补充知识点：1.原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
与RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。
终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。
RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.(以模板转录然后脱落)
①不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。
：能转录相应的信使RNA，能编码蛋白质
编码区
非编码区
原核细胞的 基因结构
②有调控遗传信息表达的核
苷酸序列，在该序列中，
最重要的是位于编码区上
游的RNA聚合酶结合位点。
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
真核细胞的 基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列
：有调控作用的核苷酸序列，
包括位于编码区上游的RNA
聚合酶结合位点等。
非编码序列：
包括非编码区和内含子
原核细胞
真核细胞
不同点
编码区是
_____的
编码区是间隔的、_____的
相同点
都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
思考
编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？
连续
不连续
编码区
非编码
下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
学以致用
(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是________，二者还具有其他共同点，如①________________，②________________(写出两条即可)。
能够自我复制?
DNA?
具有遗传效应?
(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为________________；可使用_______ _把质粒和目的基因连接在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是___________?
DNA连接酶
学以致用
下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
标记基因?
筛选含重组DNA的受体细胞
——A
——TGCGC