(原创)选修I DNA重组技术的基本工具

1、选修 3 现代生物科技专题 基因工程基因工程是指按照人是指按照人们的愿望，进行严格们的愿望，进行严格的设计，并通过的设计，并通过体外体外DNADNA重组和转基因重组和转基因等技等技术，赋予生物以术，赋予生物以新的新的遗传特性遗传特性，从而创造，从而创造出更符合人们需要的出更符合人们需要的新的生物类型和生物新的生物类型和生物产品。由于基因工程产品。由于基因工程是在是在DNADNA分子水平分子水平上进上进行设计和施工的，因行设计和施工的，因此又叫做此又叫做DNADNA重组技术重组技术。 思考思考手术刀手术刀缝合针缝合针运输工具运输工具培育抗虫棉培育抗虫棉需要哪些基需要哪些基本工具本工具? ?来源来

2、源种类种类作用作用作用作用结果结果阅读课本阅读课本4-5页页“限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶分分子手术刀子手术刀”的相关内容，填写下表：的相关内容，填写下表：自主学习一自主学习一主要从原核生物中分离纯化而来主要从原核生物中分离纯化而来已经分离出大约已经分离出大约4000种种1、识别双链、识别双链DNA分子的某种特定核分子的某种特定核苷酸序列苷酸序列2、使每一条链中使每一条链中特定部位特定部位的两个核的两个核苷酸之间的苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。体现了酶的体现了酶的-专一性专一性7仔细观察各限制酶仔细观察各限制酶 识识别的特定序列有何特别的特定序列有何特点？点？限制酶的识别序列限

3、制酶的识别序列限制酶所识别的序列限制酶所识别的序列的特点是：的特点是：呈现碱基呈现碱基互补对称，无论是互补对称，无论是6个碱基还是个碱基还是4个碱基，个碱基，都可以找到一条中心都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的轴线，中轴线两侧的双链双链DNA上的碱基是上的碱基是反向对称重复反向对称重复排列的排列的 ，称为称为回文序列回文序列 G1234512345 A3,5-磷酸磷酸二酯键二酯键3端5端3端5端磷酸二酯键磷酸二酯键中轴线在G与A之间切割大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。酶一：酶一：EcoRIEcoRI限制酶限制酶黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 被

4、限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单两条单链的切口，带有几个链的切口，带有几个伸出的核伸出的核苷酸苷酸，他们之间正好互补配对，他们之间正好互补配对，这样的切口叫这样的切口叫黏性末端黏性末端。酶一：酶一：EcoRIEcoRI限制酶限制酶SmaISmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开中轴线酶二：酶二：SmaISmaI限制酶限制酶在G与C之间切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNADNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端平末端。酶二：酶二：SmaISmaI限制酶限制酶你能推测限制

5、酶存在于原核生物中的你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？作用是什么吗？原核生物易受自然界外源原核生物易受自然界外源DNA的入侵，的入侵，但生物但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。制，以防止外来病原物的侵害。限制酶限制酶就是细就是细菌的一种菌的一种防御性工具，防御性工具，当外源当外源DNA侵入时，会侵入时，会利用限制酶利用限制酶将外源将外源DNA切割掉，切割掉，以保证自身的以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源割外源DNA、使之失效，使之失效，从而达

6、到从而达到保护自身保护自身的的目的。目的。寻根问底寻根问底为什么限制酶不剪切细菌本身的为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其的细胞，其DNADNA分子中分子中不具备这种限制酶不具备这种限制酶的识别切割序列的识别切割序列，或者，或者通过甲基化酶将甲通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的种限制酶也不会使自身的DNADNA被切断，并被切断，并且可以防止外源且可以防止外源DNADN

7、A的入侵。的入侵。 类型来源功能相同点差别EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)阅读课本第阅读课本第5页页“分子缝合针”DNA连接酶的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习二自主学习二把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯键DNADNA连接酶的作用连接酶的作用两个两个DNADNA片段要具有片段要具有互补互补的黏性末端的黏性末端才能拼起来才能拼起来DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用粘性末端粘性末端可把黏性末端之间的可把黏性末端之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来

8、起来，注意：注意：DNADNA连接酶可连接双链连接酶可连接双链DNADNA中的中的DNADNA单链缺口，单链缺口，但不能连接单链但不能连接单链DNADNA！DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶是一回事吗？聚合酶是一回事吗？T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低DNADNA连接酶的缝合作用连接酶的缝合作用平末端平末端DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相相同同点点作用实质作用实质化学本质化学本质不不同同点点模板模板作用对象作用对象 作用结果作用结果用途用途都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的

9、重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条的一条链链基因工程基因工程DNA复制复制DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将只能将单个核苷酸单个核苷酸连接到已有的连接到已有的DNADNA片段上，形成磷酸片段上，形成磷酸二酯键二酯键在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键限制性内切酶限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GGATCC，限制，限制性内切酶性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是GATC。在质粒上有。在质粒上有酶酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。的切点。（1）请画出质粒被限制酶）请画出质粒被限制酶切割后所形成的

10、黏性末端。切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性切割后所形成的黏性末端。末端。（3）在）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？成的黏性末端能否连接？为什么？可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）性末端是相同的（或是可以互补的） 小试身手小试身手载体的作用载体的作用载体的必载体的必要条件要条件载体的种类载体的种类阅读课本第阅读课本第6页页“分子运输车分子运输车”运载体运载体的相关内容，填写下表的相关内容，填写下表自主学习三自主学习三细菌的质粒细菌的质粒病毒：病毒：、动植物病毒等。、动植物病毒等。 有标记基因的存有标记基因的存在，可用含青霉在，可用含青霉素的培养基鉴别。素的培养基鉴别。有切割位点有切割位点能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制质粒质粒裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之