3.1重组DNA技术的基本工具课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章

基因工程

第1节

重组DNA技术的基本工具情境导入抗菌肽广泛存在于生物体内，是天然免疫系统中抵御微生物感染的关键物质。不仅具备抗细菌、病毒、真菌、原生动物及癌细胞的活性，还能调节免疫、参与细胞信号传导与增殖调控。资料1：资料2：抗菌肽的杀菌机制（此处依次为视频1、2、3）改造后的抗菌肽抗菌肽DRSDRS抗菌肽基因转录翻译mRNA青蛙取出？改造基因？表达？如何能够提高抗菌肽的活性？DRS抗菌肽基因经改造的DRS抗菌肽基因转基因抗虫棉为什么能抗虫？Bt基因转录翻译mRNA青蛙取出？改造基因？表达？改造后的抗菌肽如何实现这一操作过程？基因工程按照人们的意愿，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。也被称为”重组DNA技术“。DRS抗菌肽基因经改造的DRS抗菌肽基因青蛙苏-基因1苏-基因2苏-基因3苏-基因4Bt基因苏云金杆菌DNA片段中的部分基因棉-基因1棉-基因2棉-基因3棉-基因4棉花细胞DNA片段中的部分基因“分子手术刀”“分子缝合针”实际操作和这一样都在体外进行吗？体外改造基因导入“分子运输车”改造后的抗菌肽如何实现这一操作过程？受体细胞取出DRS抗菌肽基因经改造的DRS抗菌肽基因重组DNA分子目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因被称为目的基因。抗菌肽的改造与生产“分子手术刀”准确切割DNA分子“分子缝合针”将DNA片段连接起来“分子运输车”将体外重组好的DNA分子导入受体细胞分子工具重组DNA技术的基本工具检测与鉴定获取抗菌肽基因抗菌肽基因与载体DNA“缝合”改造抗菌肽基因导入受体细胞转基因抗虫棉为什么能抗虫？Bt基因转录翻译mRNA21以结构与功能观、物质与能量观说明基因工程及相关技术的理论基础与原理，并在给定情境中，运用相应原理对结果作出解释。（生命观念、科学思维）通过教具演示，体验并阐明基因工程三种基本工具的作用。（科学探究）一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”基因1基因2基因3基因4抗菌肽基因青蛙基因组DNA片段中的部分基因限制性内切核酸酶（限制酶）一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”基因1基因2基因3基因4抗菌肽基因青蛙基因组DNA片段中的部分基因限制性内切核酸酶（限制酶）主要是从

（细菌等）中分离纯化出来的原核生物一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”基因1基因2基因3基因4抗菌肽基因青蛙基因组DNA片段中的部分基因限制性内切核酸酶（限制酶）主要是从原核生物（细菌等）中分离纯化出来的（此处为视频4）一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”你知道限制酶是如何精确切割的吗？能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。第一步第二步限制酶的作用机制：还记得磷酸二酯键吗？TTAACGCGTTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’TTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’3’3’5’HOTTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’3’3’5’磷酸二酯键TTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’3’3’5’磷酸二酯键具体结构限制酶切割磷酸二酯键限制酶切割磷酸二酯键TTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’3’3’5’磷酸二酯键具体结构限制酶切割磷酸二酯键限制酶切割磷酸二酯键脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架是一样的简化磷酸二酯键TATACGCG5’3’3’5’TTAACGCG1’2’3’4’5’O1’2’3’4’5’O5’3’3’5’磷酸二酯键脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架是一样的简化磷酸二酯键简化—TCGA——AGCT—5’3’3’5’磷酸二酯键5’3’5’3’任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。EcoRⅠ限制酶对双链DNA分子的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键你知道限制酶是如何精确切割的吗？能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。第一步第二步中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”5’3’5’3’一你知道限制酶是如何精确切割的吗？能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。第一步第二步3’5’5’3’黏性末端黏性末端当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；注意：限制酶切割磷酸二酯键后氢键会自动断裂！任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。EcoRⅠ限制酶对双链DNA分子的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”5’3’5’3’一你知道限制酶是如何精确切割的吗？能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。第一步第二步3’5’5’3’任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。EcoRⅠ限制酶对双链DNA分子的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”MunⅠ限制酶对双链DNA分子的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为CAATTG，并切断C和A之间的磷酸二酯键任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。5’3’5’中轴线CGGC3’一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。MunⅠ限制酶的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为CAATTG，并切断C和A之间的磷酸二酯键3’5’3’5’3’CGCG黏性末端黏性末端一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”5’3’5’3’5’3’SmaⅠ限制酶的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键中轴线任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”5’3’5’3’平末端当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。3’5’5’3’SmaⅠ限制酶的识别序列和切割位点为：从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键任务一：认识多种限制酶的识别序列和切割位点。一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”任务二：（1）寻找并标记以下DNA片段中的限制酶识别序列和酶切位点（2）设计获取目的基因的酶切方案目

的

基

因5’···GGAATTGAATTCAAGCTTCT········TCGA········GCTG

AATTCC

C

CGGGT···3’3’···CCT

TAACTTAAGTTCGAAGA········AGCT········CGACTTAAGGGGCCCA···5’5’---GAATTC---3’3’---CTTAAG---5’EcoRⅠ5’---AAGCTT---3’3’---TTCGAA---5’HindⅢ5’---TCGA---3’3’---AGCT---5’TaqⅠ5’---CCCGGG---3’3’---GGGCCC---5’SmaⅠ可选择使用的限制酶及其识别序列、切割位点：一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”2min目

的

基

因5’···GGAATTGAATTCAAGCTTCT········TCGA········GCTG

AATTC

C

C

CGGGT···3’3’···CCT

TAACTTAAGTTCGAAGA········AGCT········CGACTTAAGGGGCCCA···5’EcoRⅠHindⅢTaqⅠSmaⅠEcoRⅠ一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”5’---GAATTC---3’3’---CTTAAG---5’EcoRⅠ5’---AAGCTT---3’3’---TTCGAA---5’HindⅢ5’---TCGA---3’3’---AGCT---5’TaqⅠ5’---CCCGGG---3’3’---GGGCCC---5’SmaⅠ可选择使用的限制酶及其识别序列、切割位点：任务二：（1）寻找并标记以下DNA片段中的限制酶识别序列和酶切位点（2）设计获取目的基因的酶切方案目

的

基

因5’···GGAATTGAATTCAAGCTTCT········TCGA········GCTG

AATTC

C

C

CGGGT···3’3’···CCT

TAACTTAAGTTCGAAGA········AGCT········CGACTTAAGGGGCCCA···5’EcoRⅠHindⅢTaqⅠSmaⅠEcoRⅠ一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀”5’---GAATTC---3’3’---CTTAAG---5’EcoRⅠ5’---AAGCTT---3’3’---TTCGAA---5’HindⅢ5’---TCGA---3’3’---AGCT---5’TaqⅠ5’---CCCGGG---3’3’---GGGCCC---5’SmaⅠ可选择使用的限制酶及其识别序列、切割位点：任务二：（3）模拟酶切，获取目的基因。1min噬菌体和动植物病毒

种类用途不同点噬菌体植物病毒动物病毒将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞将外源基因导入植物细胞将外源基因导入动物细胞来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别二、基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”、质粒等。1.种类2.最常用的载体——质粒一种裸露的、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。二、基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”二、基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”①能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。②有一个至多个限制酶切割位点③具有标记基因★作为载体所具备的条件④无毒害作用任务三：（1）请确定质粒酶切方案二、基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”2min（2）尝试将目的基因与质粒连接起来1.作用：2.种类：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。类型来源功能缝合

和

；

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)磷酸二酯键三、DNA连接酶—“分子缝合针”平末端（效率低）（连接平末端效率远低于T4DNA连接酶）E.coliDNA连接酶T4

DNA连接酶任务四：若在切割质粒时只有SmaⅠ一种限制酶，请思考应如何连接目的基因与质粒。目

的

基

因

5’AGCTTCT········TCGA········GCTG

AATTCC

C

C3’

3’AGA········AGCT········CGACTTAAGGGG5’选用HindⅢ和SmaⅠ酶切之后的目的基因三、DNA连接酶—“分子缝合针”2minSmaⅠ二DNA连接酶——“分子缝合针”项目DNA连接酶DNA聚合酶相同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复制在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键三、DNA连接酶—“分子缝合针”限制酶作用部位：种类E.coliDNA连接酶运载工具条件③

有一个至多个限制酶切割位点质粒、