【Syx】重組DNA技術(shù)的基本工具課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具1.什么叫基因工程？P65基因工程的原理是什么？基因工程有什么優(yōu)點？基因工程的發(fā)展？2.重組DNA技術(shù)的用到的基本工具是哪三個？3.限制酶的主要從哪類生物中分離純化出來的？切割的化學(xué)鍵是？4.EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶切割DNA后，分別產(chǎn)生什么樣的末端？5.DNA連接酶的作用？作用的化學(xué)鍵？6.E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶分別來自什么生物？它們連接的末端有什么差異？7.基因工程中用的載體起什么作用？作為載體要具備哪些條件？種類有哪些？8.質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是什么？只有原核生物才有質(zhì)粒嗎9.限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶、解旋酶、DNA酶的作用分別是什么？10.DNA粗提取的原理？11.DNA和蛋白質(zhì)在酒精中溶解性有什么差異？12.DNA在NaCl溶液中溶解度與NaCl溶液的濃度存在怎樣的關(guān)系？13.鑒定DNA的原理？（條件？試劑？現(xiàn)象？）第三章基因工程第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具

背景資料1

我國是棉花的生產(chǎn)和消費大國，棉花在種植過程中常常會受到棉鈴蟲的侵襲，這會使棉花大量減產(chǎn)。大量施用農(nóng)藥不僅提高了生產(chǎn)成本，還可能造成農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污染，如果能培育出自身能抵抗棉鈴蟲的棉花就能解決這個問題。

普通棉花不抗蟲，蘇云芽孢桿菌可以合成抗蟲毒素——Bt毒蛋白，請思考如何生產(chǎn)抗蟲棉？雜交育種？誘變育種？等技術(shù)能否實現(xiàn)？為什么？雜交育種：同種生物之間進行；誘變育種：在原有基因基礎(chǔ)上發(fā)生基因突變，結(jié)果產(chǎn)生新的等位基因（不定向）克服遠緣雜交不親和的障礙；定向改造生物性狀基因工程一思考：能否將蘇云金桿菌的“抗蟲基因”導(dǎo)入棉花細胞，使棉花自身產(chǎn)生抗蟲蛋白來抵抗棉鈴蟲呢？

就是按照人們的愿望，通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品，從技術(shù)操作層面看，由于基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計和施工的，因此又叫做重組DNA技術(shù)。1.原理：2.操作水平：3.結(jié)果：分子水平基因重組賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品工具工具酶分子運輸車：

。（１）

。（２）

。限制酶ＤＮＡ連接酶載體【易錯警示】工具酶≠工具質(zhì)粒λ噬菌體的衍生物動植物病毒“手術(shù)刀”“縫合針”重組DNA技術(shù)的基本工具限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”二

1、來源：主要從原核生物中分離純化來的

2、種類：數(shù)千種

【P71旁欄思考題】限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、起防御作用。

原核細胞DNA中不存在限制酶的識別序列或能被識別的序列被修飾了。

【P74拓展應(yīng)用1】為什么限制酶不切割細菌本身的DNA分子？限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”二

1、來源：主要從原核生物中分離純化來的

2、種類：數(shù)千種3、特點:能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。

識別序列有何特點？大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成，少數(shù)4個、8個或其他數(shù)量均有中心軸線，且中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向重復(fù)排列，即回文序列。中心軸線EcoRⅠSamⅠ4、限制酶切割結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端和平末端EcoRⅠ限制酶

SmaⅠ限制酶DNA連接酶——“分子縫合針”三磷酸二酯鍵什么樣的末端才能連接起來？教材P74課后題拓展應(yīng)用2：有2個不同來源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ進行切割，B片段分別用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ進行切割，各限制酶的識別序列和切割位點如下：哪種限制酶切割B片段產(chǎn)生的DNA片段能與限制酶SpeⅠ切割的A片段產(chǎn)生的DNA片段相連接，為什么？XbaⅠ因為XbaⅠ與SpeⅠ切割產(chǎn)生了相同的黏性末端（可互補）DNA連接酶——“分子縫合針”三磷酸二酯鍵大腸桿菌黏性末端黏性末端根據(jù)所學(xué)知識，完成以下填空：①限制酶②解旋酶③DNA連接酶④DNA聚合酶ba1.切斷a處的酶為_______

2.連接a處的酶為_______3.切斷b處的酶為_______①③④②a：磷酸二酯鍵；b：氫鍵解旋酶DNA復(fù)制時斷：DNA酶

限制酶

能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。連：DNA聚合酶只能將單個核苷酸連接到已有的DNA片段上

DNA連接酶只能催化兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵問題三：如何目的基因運送到細胞呢？基因?qū)胧荏w細胞的載體——“分子運輸車”四任務(wù)：分析歸納載體需要具備的條件：問題1：載體要與外源基因連接，需要具備什么條件？問題2：要使攜帶的外源基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？問題3：我們用肉眼看不到載體是否進入受體細胞，為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？條件①：具有一個或多個限制酶切割位點；條件②：能在受體細胞中進行自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制；條件③：具有標記基因，便于重組DNA分子的篩選。條件④：載體DNA必須是安全的，不會對受體細胞有害。載體種類：質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒等質(zhì)粒：一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進行過人工改造的。思考：若想要利用質(zhì)粒將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌需要進行哪些操作才能形成含有目的基因的質(zhì)粒？

首先用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使它出現(xiàn)一個切口；然后用同種限制酶（或能產(chǎn)生相同末端的限制酶）切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA連接酶將目的基因片段拼接到質(zhì)粒切口處突破：用限制酶切割時需注意的事項①獲取目的基因和切割載體時,通常使用同種限制酶,目的是

。但是使用該法缺點是容易發(fā)生

，為了避免上述情況發(fā)生，可采取的措施是

。②獲取一個目的基因需限制酶切割

次,共產(chǎn)生

個游離的磷酸基團。為了產(chǎn)生相同的黏性末端，便于連接兩4分別使用兩種限制酶去切割目的基因和運載體目的基因、質(zhì)粒的自身環(huán)化以及目的基因與質(zhì)粒反向連接限制酶切質(zhì)粒DNA連接酶連接連接產(chǎn)物如何表示？重組質(zhì)粒GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATG目的基因、質(zhì)粒自身環(huán)化目的基因與質(zhì)粒反向連接例2.如圖是培育表達人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線

用圖2中的人乳鐵蛋白目的基因和圖1所示的質(zhì)粒構(gòu)建重組質(zhì)粒時，選用的限制酶是

（從“EcoRⅠ”、“BamHⅠ/HindⅢ”、“SmaⅠ/HindⅢ”中選擇）．不能選擇其他限制酶的理由分別是：

。

BamHⅠ/HindⅢ若選EcoRⅠ會破壞質(zhì)粒的復(fù)制原點；若選SmaⅠ/HindⅢ，則構(gòu)建的重組質(zhì)粒沒有標記基因(3)確保出現(xiàn)相同黏性末端原則：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶，如圖甲中PstⅠ；為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶。(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstⅠ，而不選擇SmaⅠ。(2)保留標記基因、啟動子、終止子、復(fù)制原點原則：質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中不選擇SmaⅠ。延伸應(yīng)用圖解限制酶的選擇原則如何將DNA提取出來，并進行鑒定呢?DNA的粗提取與鑒定探究和實踐一、實驗原理1.提取DNA的原理利用DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，對它們進行提取。(1)DNA不溶于酒精，某些蛋白質(zhì)溶于酒精，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質(zhì)。(2)DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于

的NaCl溶液。2mol/L2.鑒定DNA的原理在一定溫度下（沸水?。珼NA遇二苯胺（現(xiàn)配現(xiàn)用）試劑會呈現(xiàn)藍色。DNA的粗提取與鑒定探究和實踐二、目的要求：1.了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，理解DNA粗提取和鑒定的原理。2.學(xué)會DNA粗提取的方法以及利用二苯胺試劑對DNA進行鑒定。三、材料用具：1.材料：哺乳動物成熟的紅細胞洋蔥花菜香蕉豬肝雞血菠菜DNA含量相對較高的生物組織，如新鮮洋蔥、香蕉、菠菜、菜花和豬肝等。四、操作過程：1.在基因工程中，已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。根據(jù)下圖示判斷下列操作錯誤的是()A.質(zhì)粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割B.用限制酶切割獲得目的基因時，有四個磷酸二酯鍵被水解C.限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割后獲得的黏性末端相同D.質(zhì)粒中標記基因便于篩選出目的基因已經(jīng)表達的細胞E.用酶I和酶II形成相同的黏性末端，且用DNA連接酶連接的重組DNA還能用上面兩種酶切割DE2.某線性DNA分子含有3000個堿基對(bp)，先用限制酶a切割，再把得到的產(chǎn)物用限制酶b切割，得到的DNA片段大小如表所示。限制酶a和b的識別序列和切割位點如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()a酶切割產(chǎn)物(bp)b酶再次切割產(chǎn)物(bp)1600；1100；300800；300A.在該DNA分子中，a酶與b酶的識別序列分別有3個和2個B.a酶與b酶切出的黏性末端不能相互連接C.a酶與b酶切斷的化學(xué)鍵不相同D.用這兩種酶和DNA連接酶對該DNA分子進行反復(fù)切割、連接操作，若干循環(huán)后，D序列會明顯增多例1.下表為常用的限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)及其識別序列和切割位點，由此推斷以下說法中，錯誤的是（）注：Y為C或T，