3.1.1重组DNA技术的基本工具课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

怎样培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？ 基因工程 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DNA重组技术。 提示： 棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。 今日（5.6）晚读任务： 今日寄语：征途漫漫，惟有奋斗！ 19:00-19:10：1.读课本67页基因工程的概念 2.读课本68-69页基因工程的诞生和发展 （10分钟后提问） 1.操作对象: 3.原理: 4.基本过程: 基因 克服远缘杂交不亲和障碍、定向改造生物性状。 基因重组（不同物种间） 剪切→拼接→导入→表达 5.优点: 基因工程 2.操作环境: 体外 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DNA重组技术。 思考:不同生物的基因为什么能拼接？为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 转移 A生物 B生物 萤火虫 普通动植物 发光基因 基因工程 问题1:不同生物的基因为什么能拼接？为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 拼接的基础 ①DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸） ②都遵循碱基互补配对原则 ③DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 表达的基础 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生物界几乎共用一套遗传密码 科技探索之路 基因工程的诞生和发展（课本68-69页） 本节课难点：限制性内切核酸酶的作用。 本节课课标要求：1.概述基因工程是遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。 2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具 本节课素养目标： 1.运用结构与功能观说明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。（生命观念） 2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。（社会责任） 第3章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具 本节课重点：重组DNA技术所需的三种基本工具之——两种工具酶的作用。 授课课题：重组DNA技术的基本工具之——两种工具酶 从社会中来： 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”。那么，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 非转基因番木瓜 “分子手术刀” “分子缝合针” “分子运输车” 重组DNA技术的基本工具 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 从社会中来： 1.来源： 2.功能： 3.作用的化学键： 主要从 中分离纯化出来，目前分离出数千种。 识别双链DNA特定的核苷酸序列，使特定部位的磷酸二酯键断开。 磷酸二酯键 原核生物 （专一性） EcoRⅠ 磷酸二酯键 限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键 注意：限制酶是一类酶，而不是一种酶。 （课P71） A T C G T A G C 5’ 3’ 5’ 3’ 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 5.作用结果： 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。 限制酶(EcoRⅠ)能识别 序列，并在 和 之间切开 键,形成 末端。 -GAATTC- -CTTAAG- G A 黏性 磷酸二酯 EcoR I 5' 5' 3' 3' 黏性末端 当限制酶从识别序列的中心轴线两侧将DNA两条单链分别切开，带有几个伸出（未配对）的核苷酸，这样的切口叫黏性末端。 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： (从5’一3’方向识别) Sma I 5' 5' 3' 3' 平末端 限制酶(SmaⅠ)能识别 序列,并在 和 之间切割形成 ___ 末端 。 -CCCGGG- -GGGCCC- G C 平 当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。 作用结果: 形成黏性末端或平末端 5.作用结果： 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。(从5’一3’方向识别) ) 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 拓展：限制酶的命名 EcoRⅠ 属名Escherichia首字母 种名coli 前两个字母 R型菌株 从中分离的第一个限制酶 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 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： EcoRⅠ：大肠杆菌（Escherichia coli）R型菌株中分离出的第一个限制酶； 1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？(课本71页) 破坏外源DNA，保护自我 2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？（大册子49页第5题） 缺乏特定的核苷酸序列或特定核苷酸的碱基被甲基化修饰了等 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 3.请结合右图，推断限制酶切一次可断开 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。 2 2 2 2 5’ A T G C T A C G 3’ 5’ 3’ 思考讨 论 ： 限制酶所识别的序列的特点是： 呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，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。 仔细观察以下四种限制酶识别的特定序列，说出各种酶识别序列（从5’一3’方向识别）？各种酶切割的位置？有何特点？ EcoRⅠ ……G-A-A-T-T-C…… ……C-T-T-A-A-G…… HindⅢ ……A-A-G-C-T-T…… ……T-T-C-G-A-A…… BamHⅠ ……G-G-A-T-C-C…… ……C-C-T-A-G-G…… TaqⅠ ………T-C-G-A……… ………A-G-C-T……… 5' 3' 3' 5' 沿中轴线旋转180°，观察产生的2个黏性末端碱基序列有什么特点? 思考讨论： 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 相同 现学现用：写出下列限制酶切割形成的黏性末端（大册子49页右侧2题） BamHⅠ________ EcoRⅠ________ HindⅢ________ BglⅡ ________ GATC AATT AGCT GATC 思考：你从中发现什么现象了？ 同种限制酶切割形成相同的黏性末端； 不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端 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。） 同尾酶 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 1.下列黏性末端属于由同种限制酶切割而成的是( ) ① ② ③　　　 　④ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.①② B.①③ C.①④ D.②③ 识别序列、黏性末端相同 即学即练 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 即学即练 一.“分子手术刀”——限制性内切核酸酶（简称限制酶）： 能切下目的基因且不破坏目的基因 2.下图中，选择哪种限制酶来获得抗病基因（目的基因）？ 选择限制酶切割目的基因的基本原则是： ____________________________________________________。 用同种限制酶切割(EcoRⅠ) T G A A T T C G A C T T A A G C A G A A T T C T T C T T A A G A 缺口怎么办 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： 思考: 把两种来源不同的DNA进行重组，应该怎样处理呢？ 2.作用： 将 “缝合”起来，恢复被 切开的两个核苷酸之间的___________。 双链DNA片段 限制酶 磷酸二酯键 1.概念： 能够将 连接起来的酶，称之为DNA连接酶。 两个DNA片段 3.种类： 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： G C T T A A A A T T C G 注意:不是连接氢键！(氢键的形成不需要酶的催化) DNA连接酶没有识别特异性(相同或互补的黏性末端以及平末端都能连接) 类型 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 功能 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 缝合_________和_______ 磷酸二酯键 缝合_________和_______ （连接平末端效率远低于T4 DNA连接酶） 平末端 黏性末端 黏性末端 平末端 (效率低) EcoRI DNA连接酶 A G T C A T T C G A T A (1)可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来； (2)两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来。 T C G A T C 注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口，但不能将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上！ 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： T4 DNA连接酶 既可把黏性末端“缝合”起来，又可把平末端“缝合”起来，但连接平末端效率较低。 C C C G G G G G G C C C 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： 重组DNA技术的工具酶（2种）： 限制性内切核酸酶（限制酶）、 DNA连接酶 二.“分子缝合针”——DNA连接酶 ： 思考： DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？（课本72页） 完成大册子49页表格比较内容： 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 催化形成与模板互补的DNA链，形成新的DNA分子 基因工程 DNA复制 在两个DNA片段间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸连接到已有DNA片段，形成磷酸二酯键 不是一回事。 名称 作用部位 作用结果 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA(水解)酶 解旋酶 磷酸二酯键 碱基对之间的氢键 将DNA切成两个片段 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 将双链DNA分子局部解旋为单链 重组DNA技术的工具酶（2种）与其它几种酶比较 基因工程 的工具 “分子手刀”—— 限制酶 ①主要存在于原核生物中 ②具有专一性(识别特定核苷酸序列， 在特定位点切割) ③切开DNA分子的磷酸二酯键产生 黏性末端或平末端 “分子缝合针”—— DNA连接酶 连接磷酸二酯键（两个DNA片段之间） 种类 E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶 “分子运输车”——载体 课堂小结： 授课课题：重组DNA技术的基本工具之——载体（运载体） 本节课难点：基因工程载体需要具备的条件。 本节课课标要求：1.概述基因工程是遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。 2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。 本节课素养目标： 1.运用结构与功能观说明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。（生命观念） 第3章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具 本节课重点：重组DNA技术所需的三种基本工具之——载体的作用。 写出下列限制酶切割形成的末端序列 BamHⅠ EcoRⅠ__________________________ Hind Ⅲ Bgl Ⅱ _________________________ -G -CCTAG -G -CTTAA -A -TTCGA -A -TCTAG 或 GATCC- G- 或 AATTC- G- 或 AGCTT- A- 或 GATCT- A- 【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？ 相同 可能会相同 温故知新： “分子手刀”——限制酶 “分子缝合针”——DNA连接酶 “分子运输车”——载体 三.“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体 ： 1.作用： ①携带目的基因进入受体细胞 ②使目的基因在受体细胞中进行大量复制 (稳定存在并表达)。 目的基因是一个DNA片段，不含有复制原点、不含有启动子和终止子 载体携带启动子和终止子。 【任务一】1.阅读课本72页第二段和73页第一段，明确将外源基因送入细胞的主要利用的是什么？该工具有什么特点？除了这种工具之外，还有什么工具？ 2.种类： 质粒(常用）、噬菌体、动植物病毒等。 噬菌体 动物病毒 三.“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体 ： 拟核 质粒 大肠杆菌 氨苄青霉素抗性基因 目的基因 复制起点 3.质粒进入受体细胞后，能够在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA的同步复制； 1.质粒是独立于细胞核或拟核DNA之外，具有自我复制能力的环状DNA分子； 2.质粒DNA分子上有一个或多个限制酶切割位点，可供外源基因插入其中； 4.质粒上常有特殊的标记基因， 如抗性基因，便于重组DNA分子的筛选。 思考：作为载体应具备怎样的条件？ 三.“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体 ： 3.载体需具备的条件： ——供外源DNA片段（目的基因）插入其中 ✭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。 ①有一个至多个限制酶切割位点； ③具有标记基因； ④对受体细胞无害。 ——便于重组DNA分子的筛选 ②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； 三.“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体 ： 拓展：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，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： 也可以用荧光蛋白基因做标记 氨苄青霉素抗性基因 LacZ基因 目的基因 注：LacZ基因表达产物可以分解X-gal产生蓝色物质，使菌落呈蓝色；否则菌落呈白色。 问题：哪种大肠杆菌可以在含X-gal和青霉素的固体培养基上形成蓝色菌落 ? √ …TATCGTACGATAGGTACTTAA …ATAGCATGCTATCCATG AATTCGGCATAC… GCCGTATG… …TCCTAG …AGGATCTTAA GAGCCATACTTAA AATTCTCGGTATG AATTCCATAC… GGTATG… GAGCCATACTTAA AATTCTCGGTATG 5′ 3′ 5′ 3′ 5′ 3′ 5′ 3′ 重组DNA分子（课本73页） 思考.讨论 问题1: 剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”？ 剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。 重组DNA分子（课本73页） 思考.讨论 问题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？ 可能是剪切位点或连接位点的选择不对（也可能是其他原因）。比如在书写将要重组的两个DNA分子时，一般要求有同一种限制酶的识别和切割位点，这样切割后才会露出相同的黏性末端，否则黏性末端不同，碱基就无法配对。 问题3: 你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？ 不能。 真正的基因是有遗传效应的DNA片段，且含有几百至几千个不等的碱基对。 练习与应用（课本74-75页） 限制酶 DNA连接酶 载体 ①对受体细胞无害； ②有一个至多个限制酶切割位点； ③有特殊的标记基因； ④能自我复制或能整合到宿主DNA上。 质粒、噬菌体 、动植物病毒 基因工程的基本工具 作为载体的条件 种类： 磷酸二酯键 来源 ： 主要来源于原核生物 特点： 作用部位： 具有专一性 结果： 形成黏性末端或平末端 连接部位：磷酸二酯键 种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶 作用： 把两条双链DNA片段拼接起来 课堂小结： FormatFactory : www.pcfreetime.com $