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

该高中生物学课件聚焦重组DNA技术的基本工具，以“转基因抗虫棉为何抗虫”导入，结合基因表达术语与操作流程问题，通过DNA平面结构图示、视频及任务驱动（如识别限制酶切割位点）搭建支架，衔接从现象到分子工具的知识点脉络。 其亮点在于融合生命观念（结构与功能观：限制酶识别特定序列）、科学思维（对比DNA连接酶与聚合酶）和探究实践（设计酶切方案），通过具体DNA序列分析任务及视频辅助，学生深化理解，教师可高效实施教学。

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DRS DRS 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4 Bt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 mRNA 2 1 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？ T T A A C G C G 12 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 13 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 3’ 3’ 5’ HO 14 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 3’ 3’ 5’ 磷酸二酯键 15 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 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 16 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 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 T A T A C G C G 5’ 3’ 3’ 5’ 17 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 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 18 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 C G G C 3’ 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’ C G C G 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’ EcoRⅠ 5’---AAGCTT---3’ 3’---TTCGAA---5’ HindⅢ 5’---TCGA---3’ 3’---AGCT---5’ TaqⅠ 5’---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’ EcoRⅠ HindⅢ TaqⅠ SmaⅠ EcoRⅠ 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 5’---GAATTC---3’ 3’---CTTAAG---5’ EcoRⅠ 5’---AAGCTT---3’ 3’---TTCGAA---5’ HindⅢ 5’---TCGA---3’ 3’---AGCT---5’ TaqⅠ 5’---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’ EcoRⅠ HindⅢ TaqⅠ SmaⅠ EcoRⅠ 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 5’---GAATTC---3’ 3’---CTTAAG---5’ EcoRⅠ 5’---AAGCTT---3’ 3’---TTCGAA---5’ HindⅢ 5’---TCGA---3’ 3’---AGCT---5’ TaqⅠ 5’---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T4 DNA连接酶） E.coli DNA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 C 3’ 3’ AGA········AGCT········CGACTTAAGGGG 5’ 选用HindⅢ和SmaⅠ酶切之后的目的基因 三、DNA连接酶—“分子缝合针” 2min SmaⅠ 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.coli DNA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、噬菌体、动植物病毒 DNA连 接酶 作用部位： 切开DNA分子的磷酸二酯键 来源： 主要存在于原核生物中 特点： 具有专一性（能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列） T4 DNA连接酶 ① 对受体细胞无害 ② 能自我复制或整合到宿主DNA上。 ④ 常有特殊的标记基因 种类： 磷酸二酯键 作用结果： 产生黏性末端或平末端 课堂小结 36 智慧闯关 1. （单选）DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是 （ ） A. 能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键 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 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. 只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，不能连接双链DNA片段的平末端 C 2．（不定项）下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述错误的是（　 　） A．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的磷酸二酯键，在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 B．序列 和 被限制酶切出的黏性末端碱基数相同 C．DNA连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合 D．限制酶能专一性破坏双链DNA分子中碱基之间的氢键来切割DNA分子 ACD 智慧闯关 我们在本节课中是通过限制酶在青蛙基因组DNA中切割从而获取目的基因，那在现实操作中，这种方法有什么弊端？ 课后延伸 $