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

该高中生物学课件围绕重组DNA技术的基本工具展开，通过“发光矮牵牛”情境视频导入，引出基因工程概念，再以任务驱动（如阅读找工具）和活动操作（限制酶剪切模拟）为支架，衔接从情境到分子工具（限制酶、DNA连接酶、载体）原理的学习脉络。 其亮点在于以生活实例（发光矮牵牛）激发兴趣落实态度责任，通过任务活动（片段剪切、酶作用对比）培养探究实践与科学思维，结合图表（限制酶识别序列表、质粒结构图）直观呈现。助力学生系统掌握工具作用，提升科学探究能力，教师可借助任务与总结表格高效教学。

第3章 基因工程 COURSEWARE RESEARCH INSTITUTE 课件研究所 情境视频 scenario video 情境导入——发光矮牵牛 2024年初，发光矮牵牛已开售，转基因矮牵牛用到了基因工程，什么是基因工程？都需要什么工具？我们一起来学习。 发光基因 普通矮牵牛 发光矮牵牛 3 基因工程概念 任务一：阅读课本，找出基因工程的概念，及研发矮牵牛需要的工具有哪些？ 概念：指按照人们的愿望，进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，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，因此又叫作重组DNA技术。 生物体外 基因 DNA分子水平 基因重组 【归纳定义】 操作环境： 操作对象： 操作水平： 操作原理： 操作结构： 按照人类的需要定向改造生物的遗传特性 4 1. 为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？ ①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 ②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 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结构与功能单位。 ②遗传信息的传递都遵循中心法则。 ③生物界共用一套遗传密码。 一、基因工程的分子工具 在培育发光矮牵牛时，既要在体外对含有所需基因的DNA分子“切割”、改造和“拼接”；又要将重组DNA分子导入矮牵牛体内，并使其表达。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”。 分子工具 6 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 任务二、如何获得发光基因? 活动一：阅读教材P71，回答下列问题： 限制酶的来源？ ① 限制酶的种类？ ② 限制酶的作用？ ③ 限制酶的作用部位？ ④ 限制酶的操作结果？ ⑤ 7 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 限制性内切核酸酶（限制酶） 1. 来源： 主要从 中分离纯化出来的 3. 作用： 能够识别双链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。 4. 作用部位: 特定部位的磷酸二酯键 2. 种类： 数千种 （限制酶不是一种酶，而是一类酶） 磷酸二酯键 原核生物 8 你知道吗？ 限制酶名字的由来 EcoRⅠ 属名Escherichia首字母 从中分离的第一个限制酶 R型菌株 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: Hind I Hind II Hind III 种名coli 前两个字母 9 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 5. 结果： 当限制酶在它的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 。 EcoRI 限制酶 大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别____________序列，并切割_____和_____之间的______________。 GAATTC G A 磷酸二酯键 中轴线 5' 5' 3' 3' 黏性末端 限制酶 黏性末端 10 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 5. 结果： 当限制酶在它的识别序列的中心轴线处切开时，产生的是 。 EcoRI 限制酶 SmaI 限制酶只能识别_________________序列，切割________和________之 间的___________。 CCCGGG C G 磷酸二酯键 中轴线 5' 5' 3' 3' 平末端 限制酶 平末端 11 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 活动二： 假设剪刀代表HindⅢ限制酶和SmaI 限制酶（从5’→3’方向识别AAGCTT和CCCGGG序列，在A/A之间与C/G切割），尝试用“分子手术刀”对如下两个片段进行剪切。 片段一 片段二 片段三 12 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 6.限制酶的特点 ①每一种限制酶都有各自特异性的识别序列 大多数限制酶的识别序列为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。 限制酶的识别序列越短，酶切位点在基因组中的分布频率就越高。 若基因组DNA的碱基序列是完全随机排列的，4个碱基的识别序列，平均44即每256个碱基就会出现一次。 13 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 6.限制酶的特点 ②限制酶的识别序列具有180°旋转对称的回文结构 识别序列的一条链从左往右的碱基顺序和另一条链从右往左的碱基顺序相同。即两条链从5`→3`的碱基顺序相同。 ※注：平末端也存在回文序列 14 1.限制酶 （“能”或“不能”）切割RNA分子的磷酸二酯键。 2.如下图，观察剪开的DNA分子，限制酶切割一次可断开 个磷酸 二酯键;产生 个游离的磷酸基团？产生 个黏性末端？消耗 分子水？ 不能 2 2 2 2 【核心探讨】 15 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 3．请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？ 同尾酶：识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的限制酶被称为同尾酶。同尾酶构建载体时，切割位点的选择范围扩大。 16 一、基因工程的分子工具——“分子手术刀” 4．请判断：以下黏性末端是由 种限制酶作用产生的。 3 5.为什么限制酶不剪切细菌本身DNA的原因? ①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列； ②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰。 17 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 用限制酶将发光基因切割下来后，怎么与来源不同的基因连接在一起？ 18 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 任务三、DNA连接酶如何连接？ 活动一. 阅读P72，小组讨论找出DNA连接酶的作用、种类、来源、区别？ 将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 注意：不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）。 1. 作用： 19 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 种类 ___________________ ___________________ 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 作用 区别 缝合_________和__________ 缝合_________和__________ E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 黏性末端 黏性末端 平末端 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。 2、种类、来源、区别： 平末端 注：E.coli DNA连接酶连接平末端效率较T4DNA连接酶低。一般用T4 DNA连接酶连接平末端更合适。 20 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” DNA连接酶和DNA聚合酶作用一样吗？ DNA聚合酶作用示意图： DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸链上，形成磷酸二酯键。 21 比较DNA连接酶和DNA聚合酶 种类 DNA聚合酶 DNA连接酶 不 同 点 作用 实质 催化______________与已有脱氧核苷酸链片段连接，形成__________。 催化两个____________之间形成__________。 作用 结果 催化形成与模板链互补的DNA链，形成新的双链DNA分子 催化具有__________黏性末端或平末端的__________连接起来，形成_____________。 模板 __________。 __________。 相同点 ①化学本质都是__________； ②都是催化形成 __________。 单个脱氧核苷酸 两个DNA片段 磷酸二酯键 磷酸二酯键 互补 DNA片段 重组DNA分子 蛋白质 磷酸二酯键 需要 不需要 与DNA相关的几种酶的比较 项目 DNA连接酶 限制酶 DNA聚合酶 解旋酶 DNA酶 作用 部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 氢键 磷酸二酯键 作用 对象 DNA片段 DNA 单个脱氧核苷酸 DNA DNA 作用 结果 将两个DNA片段连接成完整的DNA分子 切割双链 DNA分子 将单个脱氧核苷酸连接到DNA单链末端 将双链DNA分子局部解旋为单链 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 活动二. 片段1、2、3的缺口处可以连接吗？为什么？可以的话用DNA连接酶（胶带）连接上。 思考：不同限制酶切割，也可以用DNA连接酶连接起来吗？ 24 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 请判断：DNA片段经限制酶处理后产生的相同黏性末端，再经过DNA连接酶处理后，形成的新的识别序列，能否再被所用的限制酶识别。 (1)若两个相同黏性末端都是由同种限制酶(EcoR Ⅰ)切割后所得， (填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。 能 25 二、基因工程的分子工具—— “分子缝合针” 请判断：DNA片段经限制酶处理后产生的相同黏性末端，再经过DNA连接酶处理后，形成的新的识别序列，能否再被所用的限制酶识别。 (2)若两个相同黏性末端是由不同限制酶切割所得， (填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。 不能 26 三、基因工程的分子工具——“分子运输车 ” 要让发光基因在矮牵牛体内进行表达，需将这个基因送到矮牵牛的细胞内去，能将外源基因送入受体细胞的工具是什么？ 任务四、阅读P72，完成以下内容。 载体的作用？ ① 载体的种类？ ② 载体需具备的条件？ ③ 27 三、基因工程的分子工具——“分子运输车 ” 1、作用： 将外源基因送入受体细胞。 2、种类: 动植物病毒 噬菌体 质粒（最常用） 裸露、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA外，具有自我复制能力的环状双链DNA。 真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 28 三、基因工程的分子工具——“分子运输车 ” 3、载体需具备的条件: 拟核DNA 质粒 大肠杆菌细胞 目的基因插入位点 复制原点 氨苄青霉素抗性基因 大肠杆菌及质粒结构模式图 条件 原因 能使目的基因稳定存在且数量可扩增 可携带多个或多种外源基因 便于重组DNA分子的筛选 对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤 无毒害作用 具有特殊的标记基因 有一个至多个限制酶切割位点 稳定存在并能自我复制或整合到受体DNA上 29 标记基因的筛选原理 载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。 30 课堂小结 载体：质粒、噬菌体、动植物病毒等 作为载体的条件 “分子手术刀”：限制性内切核酸酶 “分子运输车”：基因进入受体细胞的载体 “分子缝合针”：DNA连接酶 重组DNA技术的基本工具 磷酸二酯键 作用 部位 Lavf58.20.100 $