【课件】重组DNA技术的基本工具课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1、从社会中来番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用科学家通过精心设计，用“分子工具分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。病毒。DNA双螺旋的直径只有双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的更需要专门的“分子工具分子工具”。转基因番木瓜（左）与非转基因番木瓜（右）指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重

2、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。【归纳定义】【归纳定义】工程工程别名：别名： 操作对象：操作对象： 操作水平：操作水平： 工程工程实质：实质：什么是基因工程？DNADNA重组技术重组技术基因基因DNADNA分子水平分子水平基因重组基因重组第1节三种“分子工具”“分子手术刀”“分子缝合针”“分子运输车”来源：种类：主要来自原核生物特点：数千种能识别双链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。（限制酶不是一种酶，而是一类酶）一、限制性内切核

3、酸酶 分子手术刀根据你所掌握的知识你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么？主要起到切割外源DNA使之失效，从而达到保护自身的目的。12345 G限制酶12345 A磷酸二酯键磷酸二酯键TGCCGTAA一、限制性内切核酸酶 分子手术刀5353仔细观察仔细观察以下四种以下四种限制酶识别的特定序列有何限制酶识别的特定序列有何特点？特点？EcoR G-A-A-T-T-CC-T-T-A-A-GHind A-A-G-C-T-TT-T-C-G-A-ABamH G-G-A-T-C-CC-C-T-A-G-GTaqT-C-G-AA-G-C-T限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个

4、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。一、限制性内切核酸酶 分子手术刀黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端一、限制性内切核酸酶 分子手术刀EcoRI 限制酶的切割：只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。伸出的核苷酸互补配对黏性末端中轴线SmaI 限制酶的作用： 只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。在C和G之间切开一、限制性内切核酸酶 分子手术刀平末端一、限制性内切核酸酶 分子手术刀结果： 产生黏性末端或平末端一、限制性内切核酸酶 分子手术刀（1）该DNA片段上EcoRI的识别序列在哪儿？（2）请用剪刀模拟EcoRI的识别

5、序列和切割位点将目的基因“切割”下来。实践活动一、实践活动一、用剪刀模拟用剪刀模拟EcoRIEcoRI剪切目的基因剪切目的基因(Bt(Bt基因基因) )操作操作5.TAG3.ATCTTAAAATTCCA.3 GGT.5AATTC . B t . GG .基因.CTTAA黏性末端目的基因黏性末端 要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？ 如果把两种来源不同的DNA用同种限制酶来切割，会怎样？要切2个切口，产生4个黏性(平)末端。会产生相同的黏性(平)末端一、限制性内切核酸酶 分子手术刀【反馈练习】【反馈练习】1.下面哪项不具有限制酶识别序列的特征（ ）A

6、GAATTC BGGGGCCCC CTTAAG CCCCGGGGCCTGCAG DCTAAATC GACGTC GATTTAGD一、限制性内切核酸酶 分子手术刀 2.下列下列是由同种限制酶切割形成的是由同种限制酶切割形成的DNA片段是片段是（ ）CTGCA GGCTTAA GACGTC AATTC GA. ； B. ；C. ； D.以上都不对以上都不对A 缺口怎么办？缺口怎么办？一、限制性内切核酸酶 分子手术刀什么样的末端才能连接起来？，1. 作用：2. 种类： Ecoli DNA连接酶 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 。二、DN

7、A连接酶 分子缝合针两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中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！3、DNA连接酶的缝合作用二、DNA连接酶 分子缝合针 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键二、DNA连接酶 分子缝合针二、DNA连接酶 分子缝合针3.Ecoli DNA连接酶与T4DNA连接酶比较：类型功能大肠杆菌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)相同点差别DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？二、DNA连接酶 分子缝合针 A A T T

8、 GCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶DNA聚合酶的作用二、DNA连接酶 分子缝合针4.几种相关酶的比较几种相关酶的比较名称作用部位作用结果限制酶 DNA连接酶DNA聚合酶DNA(水解)酶解旋酶二、DNA连接酶 分子缝合针磷酸二酯键碱基对之间的氢键将DNA切成两个片段磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端磷酸二酯键将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸将双链DNA分子局部解旋为单链3.根据所学知识，完成以下填空：限制酶 解旋酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶baA.切断a处的酶为_B.连接

9、a处的酶为_C.切断b处的酶为_a：磷酸二酯键；b：氢键【反馈练习】二、DNA连接酶 分子缝合针4.4.如图为DNADNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性内切核酸酶、DNADNA聚合酶、DNADNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是() A B C DC二、DNA连接酶 分子缝合针5.基因工程技术也称为DNA重组技术,下列有关基因工程的说法错误的是 ()A.基因工程的基本原理是基因重组B.基因工程常用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体C.基因工程可以定向改造生物的性状D.基因工程常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒B【反馈练习】二、DNA连接酶 分子缝合针质粒将外源基因送入受

10、体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制. 1.作用：动植物病毒噬菌体2.种类：三、基因进入细胞的载体分子运输车质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。大肠杆菌及质粒结构模式图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三、基因进入细胞的载体分子运输车5. pBI121 .GAATTC.3 3. 质 粒 .CTTAAG.5 实践活动二实践活动二 、请请

11、将代表将代表pBI121pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒三、基因进入细胞的载体分子运输车5. pBI121 .GAATTC.3 3. 质 粒 .CTTAAG.5 实践活动三、重组实践活动三、重组DNADNA分子的模拟操作分子的模拟操作三、基因进入细胞的载体分子运输车 请请用剪刀模拟用剪刀模拟EcoRIEcoRI识别下面质粒识别下面质粒序列和切割位点进行序列和切割位点进行“切割切割”，将将切下的片段与目的基因片段进行重组，并用透明胶条将切口粘连起来切下的片段与目的基因片段进行重组，并用透明胶条将切口粘连起来。目的基因1.剪刀剪刀和透明胶条分

12、别代表哪种和透明胶条分别代表哪种“分子工具分子工具” ？剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。2.你你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。3.你你插入的插入的DNA片段能称得上一个基因吗？片段能称得上一个基因吗？不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。三、基因进入细胞的载体分子运输车6.下列有关质粒的叙述中,正确的是 ()A.质粒是存在于细菌中的一种细胞器 B.质粒改造后可用作基因工程的载体C.质粒

13、上基因的表达不遵循中心法则 D.质粒必须具有抗生素抗性基因以便筛选B三、基因进入细胞的载体分子运输车7基因运输工具载体，必须具备的条件之一及理由均正确的是（ ） A能够复制，以便目的基因插入其中 B具有多个限制酶切割位点，便于目的基因的表达 C具有某些标记基因，便于重组DNA的筛选 D对受体细胞无害，便于重组DNA的筛选C8.根据基因工程的有关知识,回答下列问题:(1)限制性内切核酸酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有 和 。 (2)载体质粒用EcoR切割后产生的片段如下:为使载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外,还可用另一种限制性内切核酸酶切割,该酶必须具有的特

14、点是 。 平末端切割产生的DNA片段黏性末端与EcoR切割产生的相同黏性末端三、基因进入细胞的载体分子运输车(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即DNA连接酶和DNA连接酶。 (4)基因工程中除质粒外,和也可作为载体。 T4噬菌体动植物病毒E.coli限制酶DNA连接酶载体对受体细胞无害；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因；能自我复制或能整合到宿主DNA上。质粒、噬菌体衍生物 、动植物病毒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

15、酶、T4 DNA连接酶作用： 把两条双链DNA片段拼接起来 课堂小结DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等。（注意：（注意：不能选择不能选择哺乳动物成熟的红细胞哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核没有细胞核和线粒体，几乎不含和线粒体，几乎不含DNA。）材料用具1.选材：2.试剂：研磨液体积分数为95%的酒精2mol/L 的NaCl溶液二苯胺试剂蒸馏水溶解并提取DNA析出DNA溶解DNA鉴定DNA，要现配现用四、DNA的粗提取与鉴定称取 ，切碎，放入研钵，倒入 ，充分研磨。在漏斗中垫上纱布过滤研磨液，4冰箱中静置后取

16、；或将研磨液倒入塑料离心管中离心，取 。在上清液中加入体积相等的、 溶液, 静置23min，溶液中出现的 就是粗提取的DNA 。2.去除杂质3.DNA的析出1.破碎细胞洋葱研磨液上清液上清液预冷的酒精白色丝状物方法步骤 思考：如何评价结果？看提取物颜色看与二苯胺反应颜色的深浅DNA纯度DNA的量用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物；或将溶液倒入塑料离心管中离心，取沉淀物晾干。析出DNA四、DNA的粗提取与鉴定将丝状物或沉淀物溶于 溶液中，加入 试剂，混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min4.DNA的鉴定二苯胺2mol/L的NaCl方法步骤 空白对照组： 在等体积的NaCl溶液中加入二苯胺试剂，

17、将试管置于同等沸水浴中加热5min。四、DNA的粗提取与鉴定（1）选什么样的材料实验更易成功？用洋葱做材料，为什么要充分研磨？（2）猪血和鸡血，哪个适合用作提取DNA的材料？操作时如何防止血液凝固？（3）如果用鸡血动物细胞做材料，也需要研磨裂解释放细胞中的DNA吗？猪血（哺乳动物的成熟红细胞）无细胞核，不适合；鸡血中红细胞有核DNA，且核DNA的量较多，适合。含DNA的生物材料都可以，选取DNA含量相对较高的生物组织，成功率更大。充分研磨，可以破坏细胞壁，裂解细胞，释放DNA。加入清水，让细胞吸水胀破，释放DNA。思考与讨论：思考与讨论：如果是猪肝呢？鸡血中加入柠檬酸钠，可防止血液凝固。四、D

18、NA的粗提取与鉴定1.一环状DNA分子,设其长度为1。限制性内切核酸酶A在其上的切点位于0.0处;限制性内切核酸酶B在其上的切点位于0.3处;限制性内切核酸酶C的切点未知。但C单独切或与A或B同时切的结果如下表,请确定C在该环形DNA分子的切点应位于图中的( )A.0.2和0.4处 B.0.4和0.6处 C.0.5和0.7处 D.0.6和0.9处AC单切长度为0.8和0.2的两个片段C与A同时切2个长度为0.2和1个0.6的片段C与B同时切2个长度为0.1和1个0.8的片段课 堂 测 评【能力提升】2.有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeI进行切割，B片段分别用限制酶Hind、XbaI、EcoRV和XhoI进行切割。各限制酶