+3.1重组+DNA+技术的基本工具++第1课时+重组+DNA+技术的基本工具（一）课件-【知识精讲精研】高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第3章

基因工程第1节

重组DNA技术的基本工具第1课时

重组DNA技术的基本工具（一）胰岛素基因从人体细胞内提取出来胰岛素基因与载体DNA连接胰岛素基因导入大肠杆菌培育能产生人胰岛素的大肠杆菌大肠杆菌细胞指按照人们的愿望,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。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。一、基因工程1、概念：一、基因工程指按照人们的愿望,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。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。甲生物取出优秀基因“剪切”

“拼接”

乙生物表达

新类型新的生物产品

一、基因工程1、概念：别名操作环境操作对象操作水平基本过程操作工具结果原理优点基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因剪切→拼接→导入→表达人类需要的新的生物类型和生物产品2、对基因工程概念的理解基因重组克服远缘杂交不亲和障碍、定向改造生物性状分子运输车、分子手术刀、分子缝合针DNA分子水平一、基因工程3、基因工程发展历程1944年艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物个体间转移。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。1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶）1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。1953年沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。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。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。1973年，科学家证明了质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现了物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。一、基因工程（1）不同生物的基因为什么能拼接？（2）外源基因为什么能在受体细胞中表达？①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。②都遵循碱基互补配对原则。③双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。①基因是控制生物性状的独立遗传单位。②遗传信息的传递都遵循中心法则。③生物界共用一套遗传密码。相同的遗传信息在不同的生物体内表达出相同的蛋白质。4、基因工程的理论基础一、基因工程

番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵害。当番木瓜受到这种病毒感染后，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？从社会中来非转基因番木瓜转基因番木瓜胰岛素基因从人体细胞内提取出来胰岛素基因与载体DNA连接胰岛素基因导入受体细胞（大肠杆菌）培育能产生人胰岛素的大肠杆菌“分子手术刀”“分子缝合针”“分子运输车”基因工程的基本工具二、DNA重组技术的基本工具二、DNA重组技术的基本工具“分子手术刀”——限制性内切核酸酶“分子缝合针”——DNA连接酶“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体三、限制性内切核酸酶切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，简称限制酶（又称基因剪刀）。——“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(大写)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。必要时加上菌株的标志字母，如EcoRⅠ的R。最后，若由此菌株可以得到的限制性核酸酶不止一种，则按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ编号。EcoRⅠ：大肠杆菌（Escherichia

coli）R型菌株中分离出的第一个限制酶；SmaⅠ：粘质沙雷氏菌（Serratia

marcescens）中分离出的第一个限制酶。三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”1、来源：主要从原核生物中分离纯化来的3、作用：2、种类：数千种①识别双链DNA分子的特定核苷酸序列②使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开三、限制性内切核酸酶切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，简称限制酶（又称基因剪刀）。——“分子手术刀”氢键磷酸二酯键分析DNA结构图，指出磷酸二酯键和氢键的位置和切割位点在哪？作用部位：特定切点上的磷酸二酯键限制酶识别序列的长度多数为6个核苷酸（如EcoRⅠ、SmaⅠ），也有少数为4个或8个或其他数量。识别序列长度：三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”识别序列：

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。三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”1、来源：主要从原核生物中分离纯化来的3、作用：4、特点：特异性5、结果：形成黏性末端、平末端2、种类：数千种①识别双链DNA分子的特定核苷酸序列②使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开三、限制性内切核酸酶切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，简称限制酶（又称基因剪刀）。——“分子手术刀”G

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G6、黏性末端和平末端的形成中心轴线（1）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。黏性末端EcoRⅠ酶的切割位置5’5’3’3’只能识别GAATTC序列，并在G与A之间切割被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”C

CC

GG

GG

GG

CC

CCCC

G

GG

GG

GCCC6、黏性末端和平末端的形成中心轴线酶的切割位置（2）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。SmaⅠ5’5’3’3’只能识别CCCGGG序列，并在G与C之间切割平末端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三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”思考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？要切两个切口，产生四个黏性末端。思考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？思考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分子会产生相同的黏性末端三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”思考4.推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？①原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原体的侵害。②限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中起到切割外源DNA、使之失效的作用，从而达到保护自身的目的。③因为限制酶识别DNA的特定核苷酸序列，所以不会伤害到自身的遗传物质。三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”思考5.原核生物的限制酶会切割自身的DNA吗？为什么？不会。通过长期进化的细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。三、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”课堂练习1、在基因工程操作中限制性内切核酸酶是不可缺少的工具。下列关于限制性内切核酸酶的叙述，错误的是（）A．不同限制酶切割后，只能产生相同的黏性末端 B．限制性内切核酸酶可以从某些原核生物中提取 C．限制性内切核酸酶的活性受温度和pH等因素的影响 D．一种限制性内切核酸酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列A2、如图所示，下列有关工具酶功能的叙述，错误的是()A．限制性内切核酸酶可以切断a处B．DNA聚合酶可以连接a处C．解旋酶可以使b处解开D．DNA连接酶可以连接c处D课堂练习3、下列四条DNA分子，彼此间能够“粘连”起来形成新的DNA分子的是（）A．①② B．②③ C．③④ D．②④①

②③

④课堂练习D1、关于基因工程中载体的叙述，错误的是()A．载体与目的基因结合的过程发生在细胞内B．载体须具有一至多个限制酶切点，以便与外源基因连接C．基因工程常用的载体有质粒、λ噬菌体和动植物病毒等D．载体须具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择A作业2、下列有关基因工程的叙述，正确的是()A．基因工程是细胞水平上的生物工程B．基因工程的产物对人类都是有益的C．基因工程育种的优点之一是目的性强D．基因工程产生的变异属于人工诱变C3、下列关于限制性内切核酸酶的叙述错误的是（）A．绝大多数的