3.1重组DNA技术的基本工具第1课时课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

我国是棉花的生 产和消费大国。在棉 花种植过程中常常会 受到一些害虫的侵袭， 其中以棉铃虫最常见。 4.能末能将菊杀 虫基因”导入到 棉花细胞，使棉 花自身产生抗虫 蛋白来抵抗棉铃 尝 呢? 让您的农作物远离虫害 转基因 基因工程 大量施用农药 抗虫基因 基因工程 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制品。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 重组DNA 技术。 ①操作环境： 体外环境 ②操作水平：DNA 分子水平 ③原理： 基因重组 ④结果：赋予生物新的遗传特性，创造出人类需要的新的生物类型和生物 产 品 。 ⑤ 意 义 ( 优 点 ) :定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍。 ( 3 ) 双 链DNA 分子的空间结构都是 规则的双螺旋结构。 【问题探究2】为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? (1 ) 基因是控制生物性状的独立遗传单位。 相同的遗传信息在不同生物 体内表达出相同的蛋白质。 (2)遗传信息的传递和表达都遵循中心法则。 (3)生物界共用一套遗传密码。 复( DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质 制 逆转录 (1)DNA 的基本组成单位都是 四种脱氧核苷酸。 (2)DNA 分子都遵循 碱基互补 _配对原则。 (A) 3' 【问题探究1】为什么不同生物的DNA 分子能拼接起来? -hate H backbone -Hmm o N =c N N—HmIN mH- sp ar p s 基因工程的理论基础 N C c-H H cytosine 5' 5' A 3' -N T —H guanine hydrogen bond 1 nm —Hmmo CH₃ H H NIII H—N 复制 adenine H thymine H 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”。 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? 转基因番木瓜(左)与 非转基因番木瓜(右) 转基因番木瓜 从社会中来来 抗番木瓜环斑病 毒基因提取 “分子手术刀” 剪 抗番木瓜环斑病毒基 因导入受体细胞 “分子运输车” 抗番木瓜环斑病毒基 因与载体DNA 连接 分子工具 “分子缝合针” 将体外重组好的DNA 分子导入受体细胞 培育抗番木瓜环斑病毒的木瓜 接 运 将DNA 片段连接起来 准确切割DNA 分子 II 本节聚焦 1 、重组DNA 技术所需的三种基本工具是什么?它们的作用 分别是什么? 2、基因工程载体需要具备什么条件? 第1节重组DNA 技术的 基本工具 第一课时 1.限制酶的来源?种类?特点?识别序列长度?切割结果? 2.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? 3.为什么限制酶不切割细菌本身的DNA 分子? 阅读教材P70-71, 思考并回答下列问题： 一 、 限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” 1.来源 :主要从原核生物中分离纯化 2.种类 :数千种 3.作用特点 专一性的体现 能够识别双链DNA 分子的 特定核苷酸序列，(识别序列) 并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键 断开。(切割位点) 一般为4~8个或其他数量的核苷酸，最常见 的 为6个核苷酸。 一、限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” 磷酸二酯键 一、限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” 【问题】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。 P74 拓展应用第1题 【思考】为什么限制酶不切割细菌本身的DNA 分子 含某种限制酶的细菌的DNA 分子不具备这种限制酶 的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所 识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。 是反向、对称、重复排列的，称为回文序 列。 在切割部位， 一条链正向读的碱基顺序与 另一条链反向读的顺序完全一致。 I 5...C-C-C G-G-G.…3' 3'...G-G-G -C-C-C.…5' I5'...G-G-AT-C-C...3' 3'...C-C-TA-G-G…5’ 5.……T-C|G-A……3' 3'....A-G -C-T.....5' 总 结：能被限制酶所识别的序列一般都有回文序列 特点1:都可以找到一条中心轴线； 特点2:中轴线两侧的双链DNA 上的碱基 4.识别序列 思考：四种限制酶识别的特定序列有何特点? EcoR Sma BamH Taq I 一、限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” I 5’...G-A-A-T-T-C..3’ 3'...C-T-T A-A-G...5’ 即时练习1 【练习1】下面哪项不具有限制酶识别序列的特征( D) A.GAATTC B.GGGGCCCC C.CTGCAG D.CT AAATC CTTAAG CCCCGGGG GACGTC GATTTAG 当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA 分 子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端。 5.识别结果 形成黏性末端或平末端 (1)产生黏性末端 EcoRI 识别序列为 GAATTC 切割部位为GA之间 一、限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” 3' A A G 5' 5' 3' 黏性末端 错位切 一、限制性内切核酸酶(限制酶)--- “分子手术刀” 5.识别结果 形成黏性末端或平末端 (2)产生平末端 5 3' Sma I C : G G G 识别序列为 CCCGGG 切割部位为 CG之间 3' G G G 5' 平末端 当限制酶在它识别序列的中轴线处 将DNA 分子 平切 的两条链分别切开时，产生的是平末端。 从中分离的第一个限制酶 Hind II 种加词coli头两个字母 EcoRI : 大肠杆菌(Escherichia coli)R型菌株中分离出的第一个限制酶 SmaI: 粘质沙雷氏菌 (Serratia marcescens) 中分离出的 第一个限制酶。 P72 资料卡 限制酶名字的由来 属名 Escherichia 首字母 R 型菌株 ECOR 例如：流感嗜血杆菌 (Haemophilus influenzae)d株中 先后分离到3种限制酶，则分别 命名为： HindI HindII 思 考 1 P75 拓展应用第2题 写出下列限制酶切割形成的DNA 片段末端，并思考，同种限制酶切割 的黏性末端一定相同吗?不同种限制酶切出的黏性末端一定不同吗? SpeI 5'-ACTAGT-3' 3'-TGATCA-5' EcoRV 5'-GATATC-3' 3'-CTATAG-5' 同尾酶：识别DNA HindⅢ 5'-AAGCTT-3' 分子中不同核苷酸 3'-TTCGAA-5' 序列，但能切割产 XhoI 5'-CTCGAG-3' XbaI 5'-TCTAGA-3' 3'-GAGCTC-5' 的限制酶 。 3'-AGATCT-5' ①不同DNA 分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同。 【解析：酶具有专一性，识别的序列相同】 ②不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端。(比如SpeI、Xba Ⅱ) 生相同的黏性末端 同尾酶 即时练习 【练习2】下侧黏性末端是由 3 种限制酶作用产生的。 TTAAC G C G (1)限制酶能切开RNA 分子的磷酸二酯键? 不能，限制酶只能识别并切开双链DNA分子。 (2)限制酶切一次可断开 2 个磷酸二酯键 ,产生 2 个游离的磷酸基团，产生 2 个黏 性末端，消耗 2 分子水。 (3)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) 要切2个切口，产生4个黏性(平)末端 即时练习 【练习3】请结合限制酶的作用特点，回答以下问题： 黏性末端 AATTCCA..3’ 黏性 末端 GG...5' …… .6 G. …. 基因……CTTAA 中轴线 黏性 5...TAG 末端 3...ATCTTAA AT. 目的基因 末端? 用同种限制酶切割(EcoR L) 缺口怎么办 完全互补的黏性 末端能通过氢键 暂时连接在一起， 但并不稳定。 DNA 连接酶一 “ 分子缝合针 ” 二、DNA 连接酶—— “分子缝合针” 【思考】把两种来源不同的DNA分子进行拼接，应该怎样处理呢? 恢复被限制酶切开的磷酸二酯键 - - -AT T T A A G T 十 一 十 一 T T A G| C T A G C T A G C 一 个 工 G A 1 连接酶 — — “分子缝合针” 将两个双链DNA片段 “连接”起来的酶 将两 个DNA 片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键。 注 意 ： 1、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! 2、DNA 连接酶作用 没有特异性。 切口 A A T T A A T T T A A 切口 T T A A 切 口 G G C 3′ 5' 3' G 1 .概念： 2 .作用： 3′ 5' 3′ 5' G C G C 5′ 3' 5′ 3' 5′ 3' 5' 3' G C G G C G G C G 二 、DNA G C G 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 作用 都能将双链DNA片段“缝合“起来，恢复被限制酶切开的 磷酸二酯键。 注意 两种连接酶都可连接互补黏性末端与平末端， 但E.coli DNA连接酶连接平末端效率远低于T4 DNA连接酶 二、DNA 连接酶—— “分子缝合针” 二 、DNA 连接酶 — — “分子缝合针” 旁栏思考(P72) :DNA 连接酶与DNA 聚合酶是一回事吗?为什么 ? DNA 聚合酶 T G DNA聚合酶DNA聚合酶NA聚合酶NA聚合酶 只能将单个核苷酸连接到已有的核 苷酸链上，形成磷酸二酯键。 相同点： 都是催化磷酸二酯键形成的酶。 不同点： DNA聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需要模板； DNA 连接酶连接的是DNA 片 段 ，不需要模板。 酶3 酶4 酶5 与DNA相关的五种酶的比较 酶2 酶1:限制酶 酶2:DNA 连接酶 酶3:解旋酶 酶5:DNA 水解酶(DNA 酶 ) 即时练习 酶 1 酶4:DNA 聚合酶 5.几种相关酶的比较 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA(水解)酶 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间 的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链 B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA 片段的末端，形成磷酸二酯键 DNA 片段 C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA 片段，重新形成磷酸二酯键 D.DNA 连接酶只能连接双链DNA 片段互补的黏性末端 也能连接平末端 【现学现用】 1.DNA 连接酶是重组DNA 技术中常用的一种工具酶。下列相关叙述正 确的是( C ) A.能连接DNA 分子双链碱基对之间的氢键 磷酸二酯键 $$