【高中生物】基因工程赋予生物新的遗传特性课件+高二下学期生物浙科版选择性必修3

4.1基因工程赋予生物新的遗传特性从社会中来

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(左）与非转基因番木瓜(右）工具分子手术刀分子缝合针分子运输车限制性内切核酸酶：DNA连接酶：载体：准确切割DNA分子将DNA片段连接起来将体外重组好的DNA分子导入受体细胞培育转基因番木瓜“分子手术刀”准确切割DNA分子“分子缝合针”“分子运输车”将DNA片段连接起来将体外重组好的DNA分子导入受体细胞1.基因工程的概念：

指有意识地把一个人们所需的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。（1）别名：（2）原理：（3）操作对象：（4）操作水平：（5）结果：重组DNA技术基因分子水平基因重组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制品一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来2.基因工程的诞生:(5)1973年,科学家证明质粒可以作为基因工程的载体,构建重组DNA,使外源基因在原核细胞中成功表达,并实现物种间的基因交流。（1）1944年,艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验证明了DNA是遗传物质，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。(2)1953年,沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型。随后，克里克提出中心法则，阐明了遗传信息的传递和表达的机制。(3)1961年,尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被破译成功。(4)20世纪70年代初,多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现,为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”（1）简称：限制酶（2）来源：主要细菌等原核生物中分离纯化出来的。（3）作用：

识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解。（4）作用部位：特定部位的磷酸二酯键ATCGTAGC5’3’5’3’磷酸二酯键EcoRⅠ5’…G-A-A-T-T-C…3’3’…C-T-T-A-A-G…5’SmaⅠ5’…C-C-C-G-G-G…3’3’…G-G-G-C-C-C…5’二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础（5）识别序列识别序列通常是4～8个核苷酸对，以6个核苷酸对最为常见EcoRⅠ5’…G-A-A-T-T-C…3’3’…C-T-T-A-A-G…5’SmaⅠ5’…C-C-C-G-G-G…3’3’…G-G-G-C-C-C…5’BamHⅠ5’…G-G-A-T-C-C…3’3’…C-C-T-A-G-G…5’TaqⅠ5’……T-C-G-A……3’3’……A-G-C-T……5’

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。（6）限制酶的命名：

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。例如，一种限制酶是从大肠杆菌(Escherichiacoli)的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoRI。（7）切割产物：黏性末端或平末端黏性末端黏性末端2023/6/14

实例1—EcoRⅠ限制酶：

识别序列为GAATTC，

切割部位为GA之间的磷酸二酯键。

实例2——SmaⅠ限制酶：

识别序列为CCCGGG

切割部位为CG之间的磷酸二酯键。形成黏性末端平末端形成平末端你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？试推测限制酶为什么不会切割自身的DNA？

原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身安全。所以，简单来说,限制酶在原核生物中起到的作用为：切割外源DNA、使之失效，以保证自身安全原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰课堂练习：写出下列限制酶切割形成的黏性末端BamHⅠ____EcoRⅠ___HindⅢ___BglⅡ___GATCAATTAGCTGATC思考：你从中发现什么现象了？不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端现有5种不同的限制酶:①HindⅢ、②XbaⅠ、③EcoRⅤ、④SpeⅠ和⑤XhoⅠ,它们的识别序列和切割位点如下:1.XhoⅠ切割DNA之后形成的末端为

。

2.切割DNA片段后可形成平末端的限制酶有

(填编号),可以形成黏性末端的限制酶有

(填编号)。3.限制酶

(填编号)切割某一DNA片段后产生的DNA片段能与SpeⅠ切割另一DNA片段产生的DNA片段相连接,原因是

。连接后形成的重组DNA分子

(填“能”或“不能”)再被原有的两种限制酶识别,原因是

。

①②④⑤③②这两种限制酶切割DNA片段后形成的DNA片段的黏性末端是互补的不能重组后的DNA分子序列为原来的两种限制酶均不能识别。2.分子缝合针—DNA连接酶(1)作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。G

C

TT

AA

AA

TT

C

GGCTTAA

AA

TT

C

GDNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？AATTGCAATTAATTDNA聚合酶种类DNA聚合酶DNA连接酶不同点作用实质作用结果模板相同点催化单个核苷酸加到已有核苷酸片段的3’末端的羟基上，形成磷酸二酯键催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键催化形成与模板链互补的DNA链，形成新的双链DNA分子催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，形成重组DNA分子需要不需要①化学本质都是蛋白质②都是催化形成磷酸二酯键DNA连接酶和DNA聚合酶功能比较2.种类：种类E·coli

DNA连接酶T4DNA连接酶来源功能特性相同点大肠杆菌T4噬菌体只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）恢复的都是磷酸二酯键重组DNA分子请在两张纸上分别写上下面两段DNA序列：

请你根据图3-3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。1.剪刀和透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？思考：用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？4个重组DNA分子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。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？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。3.你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。下面是4种限制酶所识别的DNA分子序列和剪切位点图(↓表示剪切点,切出的断面为黏性末端)。下列说法正确的是(

)A.在使用限制酶的同时还需要解旋酶B.限制酶1和3剪切出的黏性末端相同C.限制酶1、2、4识别的序列都是由4个脱氧核苷酸组成D.限制酶1和2切割形成的DNA片段可通过T4DNA连接酶拼接B3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（1）作用：将外源基因送入受体细胞（2）作为载体需具备的条件①含有复制起点。②含有一种或多种限制酶的识别序列。如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，便于能够通过表型鉴别含有重组DNA分子。能够独立自主复制并稳定存在。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。供外源DNA片段（基因）插入其中。③具有筛选作用的标记基因利用标记基因进行筛选示例：3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（3）种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。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（4）最常用的运载体——质粒（1）质粒的化学本质：独立于细菌拟核DNA的较小的环状DNA分子（2）基因工程中使用质粒的特点：

在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是天然质粒的基础上进行过_________的；这些质粒上常有特殊的标记基因，便于__________________；人工改造重组DNA分子的筛选DNA的粗提取与鉴定1.实验原理：（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/LNaCl溶液。（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。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去除其他成分，对DNA进行提取。DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等

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二、材料用具1.选材：注意：2.试剂：①研磨液②体积分数为95%的酒精③2mol/L的NaCl溶液④二苯胺试剂⑤蒸馏水含有NaCl、EDTA、SDS、Tris和HCl析出DNA溶解DNA鉴定DNA，要现配现用三、方法步骤：取材、研磨过滤或离心取上清液预冷酒精析出DNANaCl溶液溶解DNA并鉴定

抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；1.取材、研磨：

称取30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨研磨的目的：破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中2.过滤或离心取上清液：

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。

也可直接将研磨液倒入塑料离心管中，3000r/min的转速下离心2min，再取上清液放入烧杯中。①上清液中除DNA之外，可能含有哪些杂质？可能含有核蛋白、多糖等杂质②低温放置几分钟的作用：3.预冷酒精析出DNA

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3～5min，溶液中出现的白