3.1重组DNA技术的基本工具(第1课时) 课件 2025-2026学年高二下学期人教版生物选择性必修3

1.基因是什么？ 2.基因的功能是什么？ 基因通过控制蛋白质的合成， 直接或间接控制生物的性状。 转录 DNA mRNA 蛋白质 翻译 ——体现相关的生物性状 基因通常是有遗传效应的DNA片段。 基因是控制生物性状的基本单位 旧知回顾——基因 基因A 基因B 非基因片段 1 板书画图 基因是有遗传效应的DNA片段。 ①中文全称:　　　　　　　 ②基本单位:　　　　　　　　　 脱氧核糖核酸 脱氧核糖核苷酸 （包括磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基） 旧知回顾——DNA 脱氧核糖 H OH C1 C2 C3 C4 C5 O 磷酸 含氮碱基 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 脱氧 核糖 A 磷酸 脱氧 核糖 G 磷酸 脱氧 核糖 T 磷酸 T 磷酸 脱氧 核糖 C 磷酸 脱氧 核糖 A 磷酸 脱氧 核糖 氢键 磷酸二 酯键 旧知回顾——DNA 5’ 3’ 3’ 5’ DNA的结构特点 ② 和 交替连接，排列在外侧，构成 ； 排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，且遵循 。 ①DNA是由两条单链组成的，这两条链 按 方式盘旋成双螺旋结构。 反向平行 脱氧核糖 磷酸 碱基 基本骨架 氢键 碱基互补配对原则 旧知回顾——DNA DNA立体结构 DNA平面结构 ①DNA分子的两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。 …… ATGCCGTGGAATTCC …… …… TACGGCACCTTAAGG …… ① ② ①磷酸二酯键 ②氢键 简图： 旧知回顾——DNA 第3章 人教版 选择性必修3 基因工程 6 问题探讨 在棉花种植过程中，常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。 思考：能否培育出自身就能抵抗虫害的棉花呢? 资料:苏云金杆菌有一种抗虫基因（Bt毒蛋白基因）， 它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。 基因工程 提取苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因，转入棉花中，进而让棉花产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫 普通 棉花 转基因 抗虫棉 在原有基因上发生基因突变，产生新基因——等位基因 有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行重组；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。 7 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，因此又叫做重组DNA技术。（p67） 基因（具有遗传效应的DNA片段） DNA分子水平 创造出人类需要的新的生物类型和生物产品 基因重组 定向改造生物遗传特性；彻底打破种间界限 别名： 操作对象： 操作水平： 结果： 原理： 意义： 重组DNA技术 对比杂交育种的优势？ 8 1.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？（拼接的基础） ①DNA分子的基本组成单位相同，都是4种脱氧核苷酸； ②空间结构相同，都是规则的双螺旋结构。 ③都遵循碱基互补配对原则。 基因工程的理论基础 2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？（表达的基础） ①基因是控制生物性状的独立遗传单位。 ③生物界共用一套遗传密码。 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 ②基因的表达过程相同：中心法则。 9 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGA--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCT--- 苏-基因1 苏-Bt基因 苏云金杆菌DNA片段中的部分基因 …… GCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG— …… CGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC— 棉-基因1 棉-基因2 棉花细胞DNA片段中的部分基因 推测要把Bt基因导入棉花细胞，操作过程是什么？需要哪些工具？ 第3章 第1节 人教版 选择性必修3 01 02 “分子手术刀” “分子缝合针” 03 “分子运输车” 11 (迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产)。 苏-基因1 苏-Bt基因 苏-基因3 苏-基因4 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 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 内切主要体现在 12 限制性内切核酸酶存在于原核生物中的主要作用（P71相关信息） 限制性内切核酸酶为什么不切割生物本身的DNA分子（P74拓展应用1） 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全 限制外源遗传物质的扩散 原核生物DNA不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰 限制性内切核酸酶（restriction endonuclease），简称“限制酶”，主要存在于细菌等微生物中。它能破坏外源DNA，如侵染细菌的噬菌体DNA，“限制”病毒在细菌内的寄生，而细菌自身DNA经过相应的化学修饰则不会被限制酶破坏。限制酶的保护作用是细菌等进化出的一种防御机制。此外，限制性内切核酸酶破坏DNA的方式是将外源DNA分子从内部剪切成片段，而不是从DNA两端逐步剪切核苷酸，故名为“内切核酸酶”。 一 EcoRⅠ 属名的头一个字母 种加词的头两个字母 大肠杆菌的R型菌株分离来的 R型菌株中分离出来的第一种限制酶 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 P72 ②流感嗜血杆菌的d菌株( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:____________________________。 HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ 例如： ①粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）中分离的第一种限制酶： SmaⅠ 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 15 5’ 3’ 5’ 3’ 一 例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为5’-GAATTC-3’ 并切断G和A之间的磷酸二酯键 中轴线 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 5’ 3’ 5’ 3’ 一 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； 后续氢键会自动断裂！ 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为5’-GAATTC-3’ 并切断G和A之间的磷酸二酯键 5’-G 3’-CTTAA AATTC-3’ G-5’ OR 产生的黏性末端怎么表示？ 5’ 3’ 5’ 3’ 一 例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为5’-CCCGGG-3’ 并切断C和G之间的磷酸二酯键 中轴线 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 5’ 3’ 5’ 3’ 一 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’ 例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为5’-CCCGGG-3’ 并切断C和G之间的磷酸二酯键 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 5’-CCC 3’-GGG GGG-3’ CCC-5’ OR 产生的平末端怎么表示？ 一 限制性内切核酸酶 — “分子手术刀” 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 切割结果： 产生黏性末端或平末端 限制酶识别的特定序列有何特点？ 限制酶识别的特定序列有何特点？ ①大多数限制酶的识别序列由 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。 6个核苷酸 ②都可以找到一条中心轴线； ③一般中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称、重复排列的，称为回文序列。 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 能被限制酶所识别的序列一般都有回文序列 21 P75 1.同种限制酶切割形成的黏性末端相同吗？ 2.不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？ 3.哪种限制酶切割产生的片段能与SpeⅠ切割产生的片段相连接？为什么？ 相同 XbaⅠ 两者切割产生了相同的黏性末端 可能相同 同尾酶：识别的靶序列不同，但是酶切后形成的游离的黏性末端相同 P75 3.哪种限制酶切割产生的片段能与SpeⅠ切割产生的片段相连接？为什么？ XbaⅠ 两者切割产生了相同的黏性末端 4.追问：连接完成后，该重组DNA分子的新连接处 (填“能”或“不能”)再被原来的这两种限制酶切割？ 原来的两种限制酶均不能识别该重组DNA分子的新连接处的脱氧核苷酸序列。 不能 苏-Bt基因 苏云金杆菌DNA片段中的部分基因 3’ 5’ 5’ 3’ 如何将目的基因切割下来？ 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 用EcoRⅠ限制酶将Bt基因从DNA片段中切割下来！ 如果目的基因的核苷酸序列中恰好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来获取目的基因 苏-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’ 如何将目的基因切割下来？ 重组DNA技术的基本工具——分子手术刀 要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口？ 可产生几个黏性(平)末端？ 切2个切口， 产生4个黏性(平)末端。 多了的无所谓 二 苏-Bt基因 5’ 3’ 3’ 5’ 目的基因切割下来后怎么把它重新连起来呢？ 某DNA片段 5’ 3’ 3’ 5’ 某DNA片段 …… TCCCTAAGGAATTCCATCCCAGATG……CATGCA……CCACATG …… …… AGGGATTCCTTAAGGTAGGGTCTAC……GTACGT……GGTGTAC …… 5’ 3’ 3’ 5’ 如何将Bt基因插入下面DNA片段中吗？ 用EcoRⅠ限制酶切割该DNA片段，使其具有相同的粘性末端 重组DNA技术的基本工具——分子缝合针 二 DNA连接酶 — “分子缝合针” 苏-Bt基因 5’ 3’ 3’ 5’ 某DNA片段 5’ 3’ 3’ 5’ 你知道如何将Bt基因插入下面DNA片段中吗？ 用EcoRⅠ限制酶切割该DNA片段 使其具有相同的粘性末端 5’ 3’ 3’ 5’ 重组DNA技术的基本工具——分子缝合针 二 DNA连接酶 — “分子缝合针” 苏-Bt基因 5’ 3’ 3’ 5’ 用EcoRⅠ限制酶切割该DNA片段 使其具有相同的粘性末端 如何将他们连接起来呢？ DNA连接酶 — “分子缝合针” 恢复被限制酶切开的磷酸二酯键 黏性末端能通过自发形成氢键暂时连接在一起 注意：DNA连接酶无识别的特异性，对于相同(或互补)的黏性末端以及平末端都能连接。DNA连接酶种类少。而限制酶有特异性，限制酶种类。 重组DNA技术的基本工具——分子缝合针 仍然具有专一性 二 DNA连接酶 — “分子缝合针” 5’ 3’ 3’ 5’ 片段1 片段2 片段3 DNA连接酶 2. 作用： 3. 种类： ⑴ E·coli DNA连接酶 ⑵ T4 DNA连接酶 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 。 从大肠杆菌（Escherichia coli）中分离得到的 从T4噬菌体中分离得到的 区别： E·coli DNA连接酶连接平末端的效率远低于T4 DNA连接酶 重组DNA技术的基本工具——分子缝合针 1.概念：一种能够将两个DNA片段连接起来的酶 29 二 DNA连接酶: 一种能够将两个DNA片段连接起来的酶 DNA聚合酶: 将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上 比较与DNA相关的五种酶 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个或多个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA(水解)酶 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链 练习1.根据所学知识，完成以下填空： ①限制酶 ②解旋酶 ③DNA连接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶 b a A.切断a处的酶为_______ B.连接a处的酶为_______ C.切断b处的酶为_______ ① ③④ ② 磷酸二酯键 氢键 练习2.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② C $