3.1 重组DNA技术的基本工具（教学课件）-【上好课】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

基因工程是指按照人们的愿望，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。 第3章 基因工程 选择性必修三 生物技术与工程 1 目录 CONTENT 01 新课导入 02 任务探究 03 第1节 重组DNA技术的基本工具 课堂练习 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。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？ 科学家用到了限制酶、DNA连接酶、载体等“分子工具”。限制酶能识別双链DNA分子的特定核苷酸序列，并将DNA双链切断，形成具有黏性末端或平末端的片段。DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成，即催化一个DNA片段3'端的羟基与另ー个DNA片段5'端的磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键。载体上可以插入外源基因，它能携带该基因进入受体细胞，并在受体细胞中进行自我复制，或者整合到受体DNA上，随着受体DNA同步复制。载体一般还带有标记基因，以便进行重组DNA分子的筛选。 新课导入 我们每天吃很多动植物食材，也摄入了它们的DNA，但是我们并没有因此就被这些DNA操控。这是因为外源DNA片段难以进入细胞内，即使进入也很难稳定存在并表达。 因此，基因工程需要运输工具（分子运输车）将外源目的基因安全运输到细胞中。将外源目的基因切割并做成运输车的一部分，可以保证运输成功，这就需要用分子手术刀对DNA进行切割，并使用分子缝合针把它们缝合起来。 分子运输车 分子手术刀 分子缝合针 从社会中来 【任务一】1.阅读课本71页，明确切割DNA分子的工具是什么？切割的原理是什么？该工具的组成是怎么样的？切割后的DNA末端是怎样的？ 切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称限制酶，主要来自原核生物 限制酶能够识别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（核苷酸之间的磷酸酯键，深红色） T G C G T A C G C A 5′ 5′ 磷酸二酯键 一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 任务探究 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段通常有两种形式：黏性末端和平末端 （5 ′）黏性末端 5′ 5′ 平末端 5′ 3′ 5′ 3′ 中心轴线 EcoRⅠ 5′ 3′ 5′ 3′ SamⅠ 【任务一】1.阅读课本71页，明确切割DNA分子的工具是什么？切割的原理是什么？该工具的组成是怎么样的？切割后的DNA末端是怎样的？ 一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” EcoRⅠ 属名Escherichia首字母 种名coli前两个字母 R型菌株 从中分离的第一个限制酶 【任务一】2.阅读72页资料卡“限制酶的命名”，明确限制酶是如何命名的？ 一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？ 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身的安全。 一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 旁栏思考题 DNA连接酶能够将DNA片段连接起来 基因工程常用的DNA连接酶有两种： E.coli DNA连接酶：连接互补的黏性末端，不能连接平末端 T4 DNA连接酶：连接互补的黏性末端和平末端 5′ 5′ 5′ 5′ 3′ 3′ 5′ 5′ 3′ 3′ 5′ 5′ 5′ 5′ 5′ 5′ T4 DNA 连接酶 T4 DNA连接酶 E.coli DNA连接酶 二、DNA连接酶——“分子缝合针” 【任务二】阅读课本72页第1段，明确DNA连接酶的功能及分类。 DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？ 不是一回事。虽然DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化磷酸二酯键形成的酶，但两者存在显著的区别。 (1)DNA聚合酶只能催化单个核苷酸加到已有的核酸片段3'末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是催化单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。 (2)DNA聚合酶以一条DNA链为模板，催化形成与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，它不需要模板。 此外，两者虽然都是蛋白质，但它们的组成和性质各不相同。 旁栏思考题