3.1 重组DNA技术的基本工具 第2课时课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

人教版 选择性必修3 第1节 重组DNA技术的基本工具 第二课时 限制酶 DNA连接酶 载体 基因工程的基本工具 磷酸二酯键 主要来源于原核生物 具有专一性 来源： 特点： 作用部位： 结果： 形成黏性末端或平末端 连接部位： 种类： 作用： 把两条双链DNA片段拼接起来 磷酸二酯键 E.Coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶 怎样才能将外源基因送入细胞？ 通常是利用质粒作为载体，将基因送入细胞。 为什么不能直接将外源基因送入细胞呢？ 游离的DNA片段进入受体细胞，一般会直接被分解，就算可以进行转录并翻译成蛋白质、游离的DNA片段也无法随着细胞分裂而进行复制，导致子代细胞中不再含有目的基因。 若将目的基因插入载体，由于载体可以在细胞内复制，随着细胞分裂，载体会带着目的基因存在于每个子代细胞中。这样，基因工程才有意义。 1.载体要与外源基因连接需要具备什么条件? 2.要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件? 3.我们用肉眼看不到载体是否进人受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件? 外源基因难以进入细胞，进人后也不容易稳定存在并表达。通常需要利用载体将基因送入细胞。常用的载体是质粒，它是一种裸露的、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。 “分子运输车”——基因进入受体细胞的载体 1、作用：将目的基因送入受体细胞（能在受体细胞内大量复制） 2、种类：通常是用质粒、噬菌体、动植物病毒也可以 最常用的载体——质粒 质粒：一种裸露的、结构简单、独立于真核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。 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。 种类 用途 不同点 质粒、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 3.运载体需具备的条件 目的基因 插入位点 有一个至多个限制酶切割位点，便于插入（携带）目的基因； 在受体细胞中稳定存在并能自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制； 具有标记基因，便于筛选含有重组DNA分子的细胞； 对受体细胞无害、易分离。 复制原点 标记基因 抗性基因或 荧光蛋白基因 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，导入了载体并成功表达了的受体细胞才能够生存。如图所示： 标记基因的筛选原理 思考讨论： 重组DNA分子 请在两张纸上分别写上下列两段DNA序列: 请你根据图中的相关信息找到两条片段上EcoRI的识别序列和切割位点。然后，用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后，将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处，并用透明胶条将切口粘连起来。 讨论 1.剪刀和造明胶条分别代表哪种“分子工具”? 2.你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能，可能是什么原因 造成的? 3.你插入的 DNA片段能称得上一个基因吗? 剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。 根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。 不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。 探究实践 DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。例如，DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2molL的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定 DNA的试剂。 目的要求 1.了解DNA的物理和化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理。 2.学会DNA粗提取的方法以及用二苯胺试剂对DNA进行鉴定。 0 DNA溶解度 NaCl浓度 0.14mol/L 2mol/L DNA的粗提取与鉴定 材料用具 材料:新鲜洋葱(也可以选择香蕉、菠菜、菜花和猪肝等作为实验材料，提取DNA的方法可能稍有不同)、研液、体积分数为95%的酒精、2mol的NaCI溶液、二苯胺试剂和蒸馏水等。 用具:烧杯、量简、玻璃棒、研钵、纱布、漏斗、试管、试管架、试管夹、酒精灯、石棉网、三脚架、火柴、刀片和天平等。 不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。 方法步骤 称取约30g洋葱，切碎，然后放人研钵中，倒人10mL研磨液，充分研磨。 在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。 在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2~3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分:或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干。 4.取两支20m,的试管，各加人2moL的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCI溶液中。然后，向两支试管中各加人4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。 加入2mol/L氯化钠溶液 不加入丝状物 加入4mL二苯胺试剂 加入2mol/L氯化钠溶液 加入丝状物 加入4mL二苯胺试剂 实验组 对照组 水浴加热 随着生物技术的飞速发展，生产和销售“分子工具的公司大量涌现。感兴趣的话，你可以登录这些公司的网站，查询和了解相关产品的特点、价格和使用说明等。有些这样的公司已成功上市，你还可以通过分析公司的股票价格走势，大致了解公司的经营状况以及投资者目前对该行业的认可程度。 到社会中区 1. 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.在重组DNA技术中，将外源基因送入受体细胞的载体可以是（ ） A.大肠杆菌的质粒 B. 切割DNA分子的酶 C. DNA片段的黏性末端 D. 用来识别特定基因的DNA探针 A 一、概念检测 二、拓展应用 1.想一想，为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？ 迄今为止，在基因工程操作中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们可以识别DNA上特定的碱基序列并使特定部位的磷酸二酯键断开。微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源入侵的DNA降解。细菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因为含有某种限制酶的细胞的DNA分子或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过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。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA入侵。 2. 有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶切speⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ , XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。 (1)哪种限制酶切割B片段产生的DNA片段能与限制酶speⅠ切割A片段产生的DNA片段相连接？为什么？ XbaⅠ 因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端。 2. 有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶切speⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ , XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。 (2)不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端，这在基因工程操作中有什么意义？ 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。同尾酶使构建载体时，切割位点的选择范围扩大。例如，我们选择了用某种限制酶切割载体，如果目的基因的核苷酸序列中恰好含有该限制酶的识别序列，那么用该限制酶切割含有目的基因的DNA片段时，目的基因就很可能被切断；这时可以考虑用合适的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的识别序列)来获取目的基因。 限制酶 DNA连接酶 载体 ①有一个至多个限制酶切割位点； ②有复制原点； ③有特殊的标记基因； ④对受体细胞无毒害； 质粒、噬菌体 、动植物病毒 作为载体的条件 种类： 磷酸二酯键 来源 ： 主要是原核生物 作用： 作用部位： 识别DNA特定核苷酸序列，且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开 结果： 形成黏性末端或平末端 DNA重组技术的基本工具 连接部位：磷酸二酯键 种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶 作用： 把两个DNA片段连接起来，恢复磷酸二酯键 $