2020-2021学年高二生物人教版选修三1.1DNA重组技术的基本工具课件（30张ppt）

(共30张PPT)
选修3核心知识关系
生态工程原理
生态工程实例
生态工程
生态工程建设
基因工程
的诞生
蛋白质工程
基因工程应用
基因工程的原理及技术
基因工程
现代生物科技专题
植物的组织培养
动物细胞培养
体细胞克隆
细胞融合与单克隆抗体
细胞工程
转基因生物
的安全性
生物技术中的伦理问题
生物武器对人类的威胁
胚胎工程应用
胚胎工程理论基础
动物胚胎发育
胚胎干细胞移植
胚胎工程
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
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
一、基因工程的概念
思考：DNA重组技术（基因拼接技术）有什么优点？
二、基因工程育种的优点
1.定向改变生物的遗传性状
2.克服不同亲本远缘杂交不亲和的障碍
1.1
DNA重组技术的基本工具
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。
情境导入：
抗虫棉
普通棉
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？
如何将抗虫基因运送到棉花细胞？
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（限制酶）
——DNA连接酶
——载体
思
考
主要从原核生物中分离纯化
1.主要来源：
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶
EcoRⅠ
SmaⅠ
粘质沙雷氏杆菌
（Serratia
marcesens）
大肠杆菌
（Escherichia
coli
R）
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和HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
2.作用特点：
识别双链DNA分子的某种______________，并且使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的_____________断开,因此，具有_________。
特定核苷酸序列
磷酸二酯键
专一性
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。
菩萨蛮·雾窗寒对遥天暮
清代
纳兰性德
雾窗寒对遥天暮，暮天遥对寒窗雾。
花落正啼鸦，鸦啼正落花。
袖罗垂影瘦，瘦影垂罗袖。
风翦一丝红，红丝一翦风。
磷酸二酯键
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
HO
T
1
2
3
4
5
A
1
2
3
4
5
H
H
H
H
O
H2O
+
限制酶
DNA解旋酶
区别
限制性内切酶与DNA解旋酶的区别
切割特定的核苷酸序列的磷酸二酯键
将DNA两条链的氢键打开形成两条单链
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
经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：_______和_______。
3.作用结果：
黏性未端
平末端
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。
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
Go
back
　
EcoRⅠ
黏性末端　　　　
黏性末端
重复演示
Go
back
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
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
C
C
G
G
C
G
G
G
G
C
C
C
SmaⅠ
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
……
……
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
思考1：根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。
限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。
所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。
它们各自可以识别和切断DNA上特定的核苷酸序列。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其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。
思考2：联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？
2、DNA连接酶——分子缝合针
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
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
两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键
连接部位：
具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。
结果：
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
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
思考：
DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
双
单
DNA连接酶
DNA聚合酶
不同点
连接的DNA
_____链
______链
模板
______
______
连接的对象
2个
________
_____________加到已存在的___________上
相同点
作用实质
形成____________键
化学本质
蛋白质
DNA片断
磷酸二脂键
不需要
需要
单个脱氧核苷酸
单链DNA片段
与DNA有关的各种酶比较
名称
应用
作用
作用位点
DNA连接酶
基因工程
连接两个DNA片段
限制性内切酶
基因工程
切割某种特定的脱氧核苷酸序列
DNA聚合酶
DNA复制
在模板链上添加单个脱氧核苷酸
解旋酶
DNA复制及转录
解开双链，形成单脱氧核苷酸链
磷
酸
二
酯
键
氢键
归纳
三、“分子运输车”—基因进入受体细胞的载体
⒈常用运载体：
　
⑴细菌的质粒
　
⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
天然的质粒可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
思考与探究
P7
在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行人工改造的。
2.载体需要的条件：
　　
　⑶假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？
　⑴作为分子运输车——载体，如果没有切割位点将会怎样？
　⑵霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？
　⑷重组DNA有没有进入受体细胞，如何去发现？
三、“分子运输车”—基因进入受体细胞的载体
⑴有1~多个限制酶切点
⑵对受体细胞无害
　⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达
⑷有某些标记基因，便于筛选
以
质
粒
为
载
体
的
DNA
克
隆
过
程