3.1重组DNA技术的基本工具（第一课时）课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章 人教版 选择性必修3 基因工程 1 什么是基因工程？基因工程有什么用？ 看到这张图片你能想到什么可以改善我们生活的愿望吗？ 路灯：能发光 树：不能发光 看到这张图片你能想到什么可以改善我们生活的愿望吗？ 如果能得到这种到了晚上自己能发光的树该多好啊！ 树：不能发光 萤火虫：能发光 愿望 发光树 发光树 愿望 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，因此又叫作重组DNA技术。 必修二第3章第4节 转生长激素基因的鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上） 我国自主研发的抗虫棉（左）与普通棉花（右）比较 必修二第3章第4节 第3章 第1节 人教版 选择性必修3 9 转基因抗虫棉 普通棉花 转基因抗虫棉为什么能抗虫？ 抗虫棉 转基因抗虫棉 普通棉花 转基因抗虫棉为什么能抗虫？ 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 转基因抗虫棉为什么能抗虫？ 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 Bt基因 转录 翻译 mRNA 苏云金杆菌 取出？ 转移？ 怎么实现这一操作过程？ 基因工程 目的（外源）基因在受体细胞中为什么能表达？ ②不同生物的基因在表达时都遵循 “中心法则”，在受体细胞内定向表达； ①不同生物的DNA分子的结构基本相同； ③所有生物共用一套遗传密码。 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 T C G A A G C T 13 转基因抗虫棉为什么能抗虫？ 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 Bt基因 转录 翻译 mRNA 苏云金杆菌 取出？ 转移？ 怎么实现这一操作过程？ 首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 苏云金杆菌 取出？ 转移？ 怎么实现这一操作过程？ 首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”； 然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG--- 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 …… GCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCA …… CCACATG …… …… CGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC ……GTACGT …… GGTGTAC …… 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 怎么实现这一操作过程？ 首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”； 然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG--- 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 …… GCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCA …… CCACATG …… …… CGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC ……GTACGT …… GGTGTAC …… 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 怎么实现这一操作过程？ 首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”； 然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ 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 你觉得要把Bt基因导入棉花细胞应该怎么操作？ “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？ 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 苏云金杆菌 取出？ 转移？ 抗虫棉 Bt抗虫蛋白 苏云金杆菌 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？ 首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”； 然后，将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。 体外 导入 “分子运输车” “分子缝合针” “分子运输车” “分子手术刀” 总结： “分子手术刀” “分子缝合针” “分子运输车” 剪 接 运 准确切割DNA分子 将DNA片段连接起来 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 实现这一精确的操作过程至少需要三种“分子工具”，即 准确切割DNA分子的“分子手术刀”、将DNA片段再连接起来的“分子缝合针”和将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的“分子运输车”。 01 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” (迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产)。 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 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 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 27 (迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产)。 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 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 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 28 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 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 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 你知道限制酶是如何精确切割的吗？ 29 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 限制性内切核酸酶 （限制酶） 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 还记得磷酸二酯键在哪吗 30 T T A A C G C G 31 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 32 T T A A C G C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 5’ 3’ 3’ 5’ 33 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 34 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 35 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’ 36 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 — AGTC— — TCAG — 5’ 3’ 3’ 5’ 磷酸二酯键 37 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 限制性内切核酸酶 （限制酶） 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 例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为 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 你能模拟这个过程吗？ 38 5’ 3’ 5’ 3’ 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为 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 5’ 3’ 5’ 3’ 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为 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 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！ 5’ 3’ 5’ 3’ 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为 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 5’ 3’ 5’ 3’ 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为 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 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’ ①实例1——EcoRⅠ限制酶切割 *EcoRⅠ识别序列为GAATTC *EcoRⅠ切割部位为GA之间的磷酸二酯键 黏性末端 黏性末端 ②实例2——SmaⅠ限制酶切割 *SmaⅠ识别序列为CCCGGG *SmaⅠ切割部位为CG之间的磷酸二酯键 平末端 DNA两条单链的切口处，伸出几个核苷酸，刚好能互补配对，这样的切口叫黏性末端。 切口处是平整的，这样的切口叫平末端。 切割结果： 1 分子手术刀——限制性内切核酸酶 43 识别序列 EcoRⅠ SmaⅠ TaqⅠ 5’…T-C-G-A…3’ 3’…A-G-C-T…5’ 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成； 也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。 1.都可以找到一条中（心）轴线； 2.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。 正向读与另一条链反向读的碱基顺序完全一致 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 特点: 切割结果 黏性末端 黏性末端 实例1—EcoR Ⅰ限制酶 形成黏性末端 识别特定序列为GAATTC 切割特定部位为G、A之间的磷酸二酯键 当限制酶在识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端。 黏性末端？ 一TTAA —G —CTTAA AATTC— G— 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 实例2——Sma Ⅰ限制酶 平末端 形成平末端 识别特定序列为CCCGGG 切割特定部位为C、G之间的磷酸二酯键 当限制酶在它识别序列的中轴线处将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是平末端。 —GGG —CCC CCC— GGG— 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 问题1.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端。 黏性末端？ 一CTAG 一TTAA 一TCGA 一CTAG 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？ 相同 可能会相同 同尾酶：识别的靶序列不同，但是酶切后形成的黏性末端相同 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 思考: “分子手术刀”：限制性内切核酸酶 01 【资料3】某生物DNA片段： 5’-TCCTAGAATTCTCGG……TATGAATTCCATAC-3’ 3’-AGGATCTTAAGAGCC……ATACTTAAGGTATG-5’ 目的基因 100个碱基对↑ 若要想获得某个特定性状的基因(目的基因)必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 思考 “分子手术刀”：限制性内切核酸酶 01 【资料3】某生物DNA片段： 5’-TCCTAGAATTCTCGG……TATGAATTCCATAC-3’ 3’-AGGATCTTAAGAGCC……ATACTTAAGGTATG-5’ 目的基因 100个碱基对↑ 已知：EcoRⅠ只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。 尝试找到该生物DNA片段上EcoRⅠ的识别序列和切割位点。 思考 要切两个切口，产生四个黏性末端。 “分子手术刀”：限制性内切核酸酶 01 切割结果 产生黏性末端或平末端 注：由于限制酶只能识别 ， 每切割一次， 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(平末端)， 消耗 分子水。 双链DNA分子的特定核苷酸序列 2 2 2 2 一酶切一次，两链各一刀 两键两基团，两末两消耗 习题巩固 （1）要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？ 可产生几个黏性末端？产生几个游离的磷酸基团？ 要切两个切口，产生四个黏性末端，产生四个游离的磷酸基团。 （2）如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？ 会产生 黏性末端。 （3）限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？ 不能。限制酶只能识别并切开双链DNA分子。 相同的 51 习题巩固 下图甲是一个DNA片段，箭头处代表不同限制酶的切点， 据图回答： （1）用EcoR Ⅰ 酶切，能得到 种DNA片段； （2）用Pst Ⅰ 完全酶切，能得到 种DNA片段； （3）同时用Sma Ⅰ 和Pst Ⅰ 完全酶切，能得到 种DNA片段； 2 3 5 52 2.推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？ 限制酶是原核生物的一种防御工具，用来切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全。 1为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？ 该生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。（如甲基化） 一、限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 限制酶名字的由来 限制酶的命名是根据细菌种类而定：用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。 EcoR Ⅰ：大肠杆菌（Escherichia coli）R型菌 株中分离出的第一个限制酶； Sma Ⅰ：粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens） 中分离出的第一个限制酶。 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1 以EcoRI为例: E：Escherichia (属) co：coli (种) R：RY13 (品系) I：首先发现 在此类细菌中发现的顺序 54 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 苏-基因2 Bt基因 苏云金杆菌DNA片段中的部分基因 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 目的基因切割下来后怎么把它重新连起来呢？ 02 DNA连接酶 — “分子缝合针” $