【課件】重組DNA技術(shù)的工具 2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

基因工程第3章基因工程：基因工程是指按照人們的愿望，通過(guò)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(lèi)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(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作重組DNA技術(shù)。(1)操作環(huán)境：

；(2)操作技術(shù)：

等技術(shù)；(3)操作結(jié)果：創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品；(4)操作水平：

水平；(4)操作對(duì)象：

；(5)遺傳學(xué)原理

。轉(zhuǎn)基因生物體外DNA分子DNA基因重組基因工程發(fā)展歷程見(jiàn)教材P68-691、不同生物的基因?yàn)槭裁茨芷唇樱?1)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(2)DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。(3)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2、外源基因?yàn)槭裁茨茉谑荏w細(xì)胞中表達(dá)？(1)基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位。(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。(3)生物界共用一套遺傳密碼?；蚬こ陶Q生的理論基礎(chǔ)重組DNA技術(shù)的工具第1節(jié)番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降?？茖W(xué)家通過(guò)精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專(zhuān)門(mén)的“分子工具”。那么，科學(xué)家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？從社會(huì)中來(lái)主要內(nèi)容限制性?xún)?nèi)切核酸酶—“分子手術(shù)刀”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”DNA連接酶—“分子縫合針”限制性?xún)?nèi)切核酸酶—“分子手術(shù)刀”一1.概念：切割DNA分子的工具是限制性?xún)?nèi)切核酸酶，又稱(chēng)限制酶。（合成場(chǎng)所：

合成原料：

。限制酶不是一種酶，而是一類(lèi)酶）核糖體氨基酸2．來(lái)源：主要從原核生物中分離純化出來(lái)的。3.作用特點(diǎn)：識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。4.作用結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。5'3'5'3'TAGGTATCCA磷酸二酯鍵限制酶名字的由來(lái)見(jiàn)教材P72資料卡根據(jù)你所掌握的知識(shí)你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是什么？切割外源DNA使之失效，以保證自身安全。EcoRI(在G與A之間切割)5'5'3'3'5'5'3'3'黏性末端平末端SmaI(在G與C之間切割)中軸線(xiàn)中軸線(xiàn)酶切一次，斷開(kāi)2個(gè)磷酸二酯鍵；產(chǎn)生2個(gè)黏性末端或平末端。DNA連接酶—“分子縫合針”二1.概念：能夠?qū)蓚€(gè)DNA片段連接起來(lái)的酶，稱(chēng)之為DNA連接酶。2.實(shí)質(zhì)：恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的磷酸二酯鍵（作用部位）。（效率相對(duì)較低）DNA連接酶—“分子縫合針”二3.DNA連接酶的種類(lèi)和特點(diǎn)。黏性末端大腸桿菌T4噬菌體平黏性末端1.概念：能夠?qū)蓚€(gè)DNA片段鏈接起來(lái)的酶，稱(chēng)之為DNA連接酶。2.實(shí)質(zhì)：恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的磷酸二酯鍵（作用部位）。DNA連接酶—“分子縫合針”二DNA連接酶和DNA聚合酶的比較比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)不同點(diǎn)模板作用對(duì)象作用結(jié)果用途都能催化形成磷酸二酯鍵不需要形成完整的重組DNA分子形成DNA的一條鏈基因工程DNA復(fù)制只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵需要DNA的一條鏈作模板DNA連接酶—“分子縫合針”二幾種相關(guān)酶的比較名稱(chēng)作用部位作用結(jié)果限制酶磷酸二酯鍵

將DNA切成兩個(gè)片段DNA連接酶磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA(水解)酶磷酸二酯鍵將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸解旋酶堿基對(duì)之間的氫鍵將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”三1.作用：將外源基因送入受體細(xì)胞，在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。2.種類(lèi)：質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體?；蜻M(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”三1.作用：將外源基因送入受體細(xì)胞，在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2.種類(lèi)：質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體。細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體不同(1)化學(xué)本質(zhì)不同：細(xì)胞膜上的載體化學(xué)成分是蛋白質(zhì)；基因工程中的載體可能不是生物，如質(zhì)粒(DNA)，也可能是生物，如噬菌體、動(dòng)植物病毒等。(2)功能不同：細(xì)胞膜上的載體功能是協(xié)助細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；基因工程中的載體是一種“分子運(yùn)輸車(chē)”，把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。

基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”三1.作用：將外源基因送入受體細(xì)胞，在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2.種類(lèi)：質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體。3.條件：(1)具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段插入其中。(2)能在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。(3)具有標(biāo)記基因（如四環(huán)素抗性基因，氨芐青霉素抗性基因），便于重組DNA分子的篩選。

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(jìn)行過(guò)人工改造的?；蜻M(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”三

思考·討論

重組DNA分子…ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC……TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG……TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATAC……AGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG……ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC……TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG…AATTCTCGGTATGGAGCCATACTTAA…ATAGCATGCTATCCATGAATTCTCGGTATGAATTCGGCATAC……TATCGTACGATAGGTACTTAAGAGCCATACTTAAGCCGTATG…基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車(chē)”三思考·討論

重組DNA分子1.剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。2.你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配對(duì)？如果不能，可能是什么原因造成的？如果制作的黏性末端的堿基不能互補(bǔ)配對(duì)可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對(duì)，也可能是其他原因。3.你插入的DNA片段能稱(chēng)得上一個(gè)基因嗎？不能，因?yàn)榛虻拈L(zhǎng)度一般在100個(gè)堿基對(duì)以上。探究·實(shí)踐DNA的粗提取與鑒定1．原理(1)提取思路DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存在差異，可以利用這些差異，選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法對(duì)它們進(jìn)行提取。(2)提取原理①DNA不溶于酒精，但某些蛋白質(zhì)溶于酒精。利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質(zhì)。②DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。(3)鑒定原理在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。探究·實(shí)踐DNA的粗提取與鑒定2．DNA粗提取的實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)稱(chēng)取約30g洋蔥，切碎，然后放入研缽中，倒入10mL研磨液，充分研磨。(2)在漏斗中墊上紗布，將洋蔥研磨液過(guò)濾到燒杯中，在4℃冰箱中放置幾分鐘后，再取上清液。也可以直接將研磨液倒入塑料離心管中，在1500r/min的轉(zhuǎn)速下離心5min，再取上清液放入燒杯中。探究·實(shí)踐DNA的粗提取與鑒定2．DNA粗提取的實(shí)驗(yàn)過(guò)程(3)在上清液中加入體積相等的、預(yù)冷的體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液，靜置2～3min，溶液中出現(xiàn)的白色絲狀物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一個(gè)方向攪拌，卷起絲狀物，并用濾紙吸去上面的水分；或者將溶液倒入塑料離心管中，在10000r/min的轉(zhuǎn)速下離心5min，棄上清液，將管底的沉淀物(粗