【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(diǎn)？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(gè)？3.限制酶的主要從哪類(lèi)生物中分離純化出來(lái)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(lái)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(lèi)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(guó)是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，棉花在種植過(guò)程中常常會(huì)受到棉鈴蟲(chóng)的侵襲，這會(huì)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(chóng)的棉花就能解決這個(gè)問(wèn)題。

普通棉花不抗蟲(chóng)，蘇云芽孢桿菌可以合成抗蟲(chóng)毒素——Bt毒蛋白，請(qǐng)思考如何生產(chǎn)抗蟲(chóng)棉？雜交育種？誘變育種？等技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)？為什么？雜交育種：同種生物之間進(jìn)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(yuǎn)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(chóng)基因”導(dǎo)入棉花細(xì)胞，使棉花自身產(chǎn)生抗蟲(chóng)蛋白來(lái)抵抗棉鈴蟲(chóng)呢？

就是按照人們的愿望，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(lèi)型和生物制品工具工具酶分子運(yùn)輸車(chē)：

。（１）

。（２）

。限制酶ＤＮＡ連接酶載體【易錯(cuò)警示】工具酶≠工具質(zhì)粒λ噬菌體的衍生物動(dòng)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?xún)?nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”二

1、來(lái)源：主要從原核生物中分離純化來(lái)的

2、種類(lèi)：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(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)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(xì)胞DNA中不存在限制酶的識(shí)別序列或能被識(shí)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(xì)菌本身的DNA分子？限制性?xún)?nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”二

1、來(lái)源：主要從原核生物中分離純化來(lái)的

2、種類(lèi)：數(shù)千種3、特點(diǎn):能夠識(shí)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(kāi)。

識(shí)別序列有何特點(diǎn)？大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成，少數(shù)4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù)量均有中心軸線(xiàn)，且中軸線(xiàn)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(xiàn)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(lái)？教材P74課后題拓展應(yīng)用2：有2個(gè)不同來(lái)源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ進(jìn)行切割，B片段分別用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ進(jìn)行切割，各限制酶的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)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?yàn)閄baⅠ與SpeⅠ切割產(chǎn)生了相同的黏性末端（可互補(bǔ)）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(shí)，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_(kāi)______

2.連接a處的酶為_(kāi)______3.切斷b處的酶為_(kāi)______①③④②a：磷酸二酯鍵；b：氫鍵解旋酶DNA復(fù)制時(shí)斷：DNA酶

限制酶

能夠識(shí)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(kāi)。連：DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上

DNA連接酶只能催化兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵問(wèn)題三：如何目的基因運(yùn)送到細(xì)胞呢？基因?qū)胧荏w細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車(chē)”四任務(wù)：分析歸納載體需要具備的條件：?jiǎn)栴}1：載體要與外源基因連接，需要具備什么條件？問(wèn)題2：要使攜帶的外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？問(wèn)題3：我們用肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)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(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；條件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；條件③：具有標(biāo)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(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害。載體種類(lèi)：質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等質(zhì)粒：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，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(jìn)行過(guò)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(jìn)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(gè)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(shí)需注意的事項(xiàng)①獲取目的基因和切割載體時(shí),通常使用同種限制酶,目的是

。但是使用該法缺點(diǎn)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(gè)目的基因需限制酶切割

次,共產(chǎn)生

個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。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(yùn)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(dá)人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線(xiàn)

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(shí)，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(huì)破壞質(zhì)粒的復(fù)制原點(diǎn)；若選SmaⅠ/HindⅢ，則構(gòu)建的重組質(zhì)粒沒(méi)有標(biāo)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(biāo)記基因、啟動(dòng)子、終止子、復(fù)制原點(diǎn)原則：質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)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(lái)，并進(jìn)行鑒定呢?DNA的粗提取與鑒定探究和實(shí)踐一、實(shí)驗(yàn)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(duì)它們進(jìn)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(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。DNA的粗提取與鑒定探究和實(shí)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(huì)DNA粗提取的方法以及利用二苯胺試劑對(duì)DNA進(jìn)行鑒定。三、材料用具：1.材料：哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞洋蔥花菜香蕉豬肝雞血菠菜DNA含量相對(duì)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(guò)程：1.在基因工程中，已知限制酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。根據(jù)下圖示判斷下列操作錯(cuò)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(shí)，有四個(gè)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(biāo)記基因便于篩選出目的基因已經(jīng)表達(dá)的細(xì)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(xiàn)性DNA分子含有3000個(gè)堿基對(duì)(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(shí)別序列和切割位點(diǎn)如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)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(shí)別序列分別有3個(gè)和2個(gè)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(duì)該DNA分子進(jìn)行反復(fù)切割、連接操作，若干循環(huán)后，D序列會(huì)明顯增多例1.下表為常用的限制性?xún)?nèi)切核酸酶(限制酶)及其識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，由此推斷以下說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）注：Y為C或T，