1.1 DNA重组技术的基本工具
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DNA重组技术的工具(原创)
作用： 特异性，即识别特定核苷酸序列，切 割特定切点。切点：磷酸二酯键。 结果： 产生DNA片段，末端通常有两种
形式——黏性末端和平末端。
限制酶所 识别的序 列有什么 特点呢？
•大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。
•中轴线两侧的碱基是反向对称重复排列的。
学案例 1
例1、下列关于限制酶的说法正确的是（ ） A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中 很少 B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端 D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
学案例 2
答案： （1）限制酶 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷 酸 腺嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 黏性 末端 （2） E· coli DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺 嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 T4DNA连 接酶
运输车：基因的载体
载体必须具备怎样的条件？
你能想象选用霍乱弧菌中的质粒来做载体的后 对受体细胞无害 果吗？ 具有某些标记基因，便于进行筛选（如抗菌 我们用肉眼看不到载体是否真正进入了受体细 素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 胞，那么如何鉴定？ 具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基 没有切割位点，能进行 DNA的重组吗？ 因连接 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 重组 DNA如果不能复制，会是怎样的结果？
答案：B
缝合针：DNA连接酶
1.
2.
分类及作用： E· coli DNA连接酶：只能连接黏性末端； T4 DNA连接酶：既可“缝合”黏性末端， 又可“缝合”平末端。
缝合针：DNA连接酶
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为 什么？ 不是。DNA聚合酶是以一条DNA链为模板， 合成与模板链互补的DNA链；而DNA连接 酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起 来，不需要模板。 均合成磷酸二酯键。
形式——黏性末端和平末端。
限制酶所 识别的序 列有什么 特点呢？
•大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。
•中轴线两侧的碱基是反向对称重复排列的。
学案例 1
例1、下列关于限制酶的说法正确的是（ ） A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中 很少 B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端 D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
学案例 2
答案： （1）限制酶 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷 酸 腺嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 黏性 末端 （2） E· coli DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺 嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 T4DNA连 接酶
运输车：基因的载体
载体必须具备怎样的条件？
你能想象选用霍乱弧菌中的质粒来做载体的后 对受体细胞无害 果吗？ 具有某些标记基因，便于进行筛选（如抗菌 我们用肉眼看不到载体是否真正进入了受体细 素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 胞，那么如何鉴定？ 具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基 没有切割位点，能进行 DNA的重组吗？ 因连接 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 重组 DNA如果不能复制，会是怎样的结果？
答案：B
缝合针：DNA连接酶
1.
2.
分类及作用： E· coli DNA连接酶：只能连接黏性末端； T4 DNA连接酶：既可“缝合”黏性末端， 又可“缝合”平末端。
缝合针：DNA连接酶
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为 什么？ 不是。DNA聚合酶是以一条DNA链为模板， 合成与模板链互补的DNA链；而DNA连接 酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起 来，不需要模板。 均合成磷酸二酯键。
1.1DNA重组技术的基本工具 公开课课件
亲，你还记 得我吗？
磷酸二酯键
氢键
G
A A C T T A A G
T
T C
G
C
基因工程的概念
指按照人们的愿望,进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋 予生物以新的遗传特性,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重组技术或基因 拼接技术。
寻根问底：
DNA连接酶与DNA聚合酶的区别
DNA连接酶 DNA聚合酶
对象
不需要模板 连接DNA片段
以一条DNA链为 模板，连接单个 核苷酸
作用
都是形成磷酸二酯键
三、分子运输车—基因进入受体细胞的载体
将目的基因送入受体细胞、并带动目的基因复制 作用： 必须具备的条件：
• 在受体细胞中能自我复制并稳定保存 • 有一至多个酶切割位点，而且每种酶切位 点最好只有一个 • 有标记基因，便于筛选（抗生素抗性基因、 产物具有颜色反应的基因等） • 对受体细胞无害
4.下列四条DNA分子，彼此间具有黏性末端的 一组是（ D ）
A．①②
B．②③ C．③④
D．②④
5．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从 供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制 性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和 A之间，这是应用了酶的（ B ） A．高效性 B.专一性 C．多样性 D.催化活性受外界条件影响 6．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗 性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B．有利于对目的基因是否导入进行检测 C．增加质粒分子的分子量 D．便于与外源基因连接
GAA T T C C T T AAG
磷酸二酯键
氢键
G
A A C T T A A G
T
T C
G
C
基因工程的概念
指按照人们的愿望,进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋 予生物以新的遗传特性,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重组技术或基因 拼接技术。
寻根问底：
DNA连接酶与DNA聚合酶的区别
DNA连接酶 DNA聚合酶
对象
不需要模板 连接DNA片段
以一条DNA链为 模板，连接单个 核苷酸
作用
都是形成磷酸二酯键
三、分子运输车—基因进入受体细胞的载体
将目的基因送入受体细胞、并带动目的基因复制 作用： 必须具备的条件：
• 在受体细胞中能自我复制并稳定保存 • 有一至多个酶切割位点，而且每种酶切位 点最好只有一个 • 有标记基因，便于筛选（抗生素抗性基因、 产物具有颜色反应的基因等） • 对受体细胞无害
4.下列四条DNA分子，彼此间具有黏性末端的 一组是（ D ）
A．①②
B．②③ C．③④
D．②④
5．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从 供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制 性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和 A之间，这是应用了酶的（ B ） A．高效性 B.专一性 C．多样性 D.催化活性受外界条件影响 6．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗 性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B．有利于对目的基因是否导入进行检测 C．增加质粒分子的分子量 D．便于与外源基因连接
GAA T T C C T T AAG
1.1DNA重组技术的基本工具QRB
EcoRⅠ 限制酶
EcoRI特异识别什么序列？会切断什么化学键？形成什么末端？
什么叫黏性末端？
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。
什么叫平末端？
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。
名师面对面
（人教版）
GUANGZHOUBOYAN
学习目标
1、基因工程的原理。 2、基因工程的操作工具、种类和作用。 3、运用所学的DNA重组技术，模拟制作 重组DNA分子模型。
胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只能 提取4-5g的胰岛素，其产量之 低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基 因导入大肠杆菌，每 2000L培养液就能产生 100g胰岛素！使其价 格降低了30%-50%!
可把黏性末端之间的缝隙缝合起ecolidna连接或tdna连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键dna连接酶还可把平末端之间的缝隙缝合起来但效率较低tt44dnadna连接酶连接酶eecolicolidnadna连接酶连接酶t4dnat4dna连接酶比较连接酶比较类型eecolicolidnadna连接酶连接酶tt44dnadna连接酶连接酶来源来源功能功能大肠杆菌大肠杆菌tt44噬菌体噬菌体恢复恢复磷酸磷酸只能连接只能连接黏性末端黏性末端能连接能连接黏性末端黏性末端和和平末端平末端效率较低效率较低相同点相同点差别差别dna聚合酶dna连接酶区别1区别2相同点dna连接酶与dna聚合酶是一回事吗
1、来源：主要是原核生物
2、种类： 4000多种。
回文序列
3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序 列，并且使每一条链中特定部位的两个核 苷酸之间的磷酸二酯键断开. （特异性） 4、特点：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列并且能在特定的切点上切割DNA分子 (酶的专一性) 5、结果： 形成两种末端 黏性末端 平末端
1.1 DNA重组技术的基本工具(个人原创精品2015年)
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌 提取 抗虫基因 与运载体DNA拼接 普通棉花(无抗虫特性) 棉花细胞(含抗虫基因) 棉花植株(有抗虫特性)
导入
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
二、基因工程的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1、来源： 原核生物 2、作用部位： 磷酸二酯键 3、特点： 特异性--能够特异性识别DNA分子中特 定的核苷酸排列顺序，并能切开特定部 位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键 P
P G A
磷酸二酯键 即脱氧核糖、磷酸之间的连接
限制性核酸内切酶作用的化学键
G A A T T C G C T T A A G C
P P
G A
磷酸二酯键
即脱氧核糖、磷酸之间 的连接
二、基因工程的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1、来源： 原核生物 2、作用部位： 磷酸二酯键 3、特点： 特异性--能够特异性识别DNA分子中特 定的核苷酸排列顺序，并能切开特定部 位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键
质粒、 λ 噬菌体衍生物 、动植物病毒
Thank You!
4、末端种类： 黏性末端和平末端 5、常见的限制酶： EcoRI和SmaI
ECORⅠ限制酶的作用
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ECORⅠ限制酶的作用
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
②载体DNA必须有一个或多个限制酶切点。
③具有某些标记基因，便于进行筛选,如抗菌素的抗 性基因等。 ④质粒的存在对宿主细胞无影响。
1.1DNA重组技术的基本工具(SK)
3、基因进Biblioteka 受体细胞的运载体——“分子运输车”
(1)作用： 将外源基因(目的基因)送入受体细胞。 (2)种类： 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 (3)质粒的特点：
主要存在于细菌细胞中，是一种裸露的、 结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并 且具有自我复制能力的小型环状DNA分子。 注意：在基因工程操作过程中，真正被用 作运载体的质粒，都是经过人工改造的。
思考:
1、想一想，具备什么条件才能充当运载体 —“分子运输车”。 充当分子运输车必须具备以下5个条件： （1）具有一个或多个限制酶切割位点； （2）可自我复制或同步复制； （3）有特殊的标记基因； （4）对受体细胞无害； （5）大小合适。
二、基因操作的工具
1、限制性核酸内切酶(限制酶) ——“分子手術刀”
(1)來源： 主要是從原核細胞中分離純化出來的。 （酵母菌細胞中也可以分離得到）
(2)作用： 能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定 的核苷酸序列，並且使每一條鏈中 特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸 二酯鍵斷開。（具有專一性）
(3)結果： DNA分子經限制酶切割後產生兩 種末端——黏性末端和平末端。
專題1 基因工程
设想 能不能让不发光的热 带斑马鱼也能发光呢?
能发光的水母
不能发光的热带斑马鱼
热能 带发 斑荧 马光 鱼的
普通热带斑马鱼是不发荧光的
普通的大肠杆菌
能产生人胰岛素的大肠杆菌
基因工程
一、基因工程的概念
基因工程(genetic engineering)，又叫做基因拼 接技术或DNA重组技术。通俗的说，就是按照人们 的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修 饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改 造生物的遗传性状。
(1)作用： 将外源基因(目的基因)送入受体细胞。 (2)种类： 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 (3)质粒的特点：
主要存在于细菌细胞中，是一种裸露的、 结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并 且具有自我复制能力的小型环状DNA分子。 注意：在基因工程操作过程中，真正被用 作运载体的质粒，都是经过人工改造的。
思考:
1、想一想，具备什么条件才能充当运载体 —“分子运输车”。 充当分子运输车必须具备以下5个条件： （1）具有一个或多个限制酶切割位点； （2）可自我复制或同步复制； （3）有特殊的标记基因； （4）对受体细胞无害； （5）大小合适。
二、基因操作的工具
1、限制性核酸内切酶(限制酶) ——“分子手術刀”
(1)來源： 主要是從原核細胞中分離純化出來的。 （酵母菌細胞中也可以分離得到）
(2)作用： 能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定 的核苷酸序列，並且使每一條鏈中 特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸 二酯鍵斷開。（具有專一性）
(3)結果： DNA分子經限制酶切割後產生兩 種末端——黏性末端和平末端。
專題1 基因工程
设想 能不能让不发光的热 带斑马鱼也能发光呢?
能发光的水母
不能发光的热带斑马鱼
热能 带发 斑荧 马光 鱼的
普通热带斑马鱼是不发荧光的
普通的大肠杆菌
能产生人胰岛素的大肠杆菌
基因工程
一、基因工程的概念
基因工程(genetic engineering)，又叫做基因拼 接技术或DNA重组技术。通俗的说，就是按照人们 的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修 饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改 造生物的遗传性状。
选三1.1 DNA重组技术的基本工具
• 什么叫基因工程？ 基因工程，又叫DNA重组技术。 是指按照人们的愿望，在DNA分子水平上 进行严格的设计，并通过体外DNA重组和 转基因技术，赋予生物以新的遗传特性， 从而创造出更符合人们需要的新的生物类 型和生物产品。
【应城一中生物】
6
基因工程的概念
基因工程的别名 DNA重组技术 操作环境 操作对象 生物体外 基因 DNA分子水平
主要来源于原核生物
种类：现已从300微生物中分离出约4000种限制酶 命名：属名头字母（大写）+种名头2字母 +菌株名（通常省略）+罗马数字
种类及命名
识别序列数目 作用特点 作用 作用结果
【应城一中生物】
大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成 少数的识别序列由 4、5或8 个核苷酸组成 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列， 1 、识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列 并在特定的位点切割DNA分子。 2、在特定序列的特定位点上切割DNA 产生黏性末端或平末端 断开两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
19
脱氧核苷酸的结构
5’ 4’ 3’ 1’ 2’
【应城一中生物】
20
磷酸二酯键
5’
A
1’
5’端
3’端
4’ 3’ 2’
3’
3’,5’-磷 酸二酯 键
5’
5’ 4’ 3’
G
1’ 2’
5’端 3’端
【应城一中生物】
21
限制酶的识别序列
仔细观察各限制酶 识别的特定序列有 何 特点？
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
【应城一中生物】
6
基因工程的概念
基因工程的别名 DNA重组技术 操作环境 操作对象 生物体外 基因 DNA分子水平
主要来源于原核生物
种类：现已从300微生物中分离出约4000种限制酶 命名：属名头字母（大写）+种名头2字母 +菌株名（通常省略）+罗马数字
种类及命名
识别序列数目 作用特点 作用 作用结果
【应城一中生物】
大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成 少数的识别序列由 4、5或8 个核苷酸组成 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列， 1 、识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列 并在特定的位点切割DNA分子。 2、在特定序列的特定位点上切割DNA 产生黏性末端或平末端 断开两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
19
脱氧核苷酸的结构
5’ 4’ 3’ 1’ 2’
【应城一中生物】
20
磷酸二酯键
5’
A
1’
5’端
3’端
4’ 3’ 2’
3’
3’,5’-磷 酸二酯 键
5’
5’ 4’ 3’
G
1’ 2’
5’端 3’端
【应城一中生物】
21
限制酶的识别序列
仔细观察各限制酶 识别的特定序列有 何 特点？
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
DNA重组技术的基本工具定稿
黏性末端 平末端
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
高中生物人教版选修三同步导学：1.1 DNA重组技术的基本工具(理解+掌握+应用)
1．1DNA重组技术的基本工具1．基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。
2．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。
3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。
4．限制性核酸内切酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。
5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。
6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
基因工程的概念及其诞生与发展[自读教材·夯基础]1．基因工程的概念2．基因工程的诞生和发展(1)基础理论的重大突破：①DNA是遗传物质的证明；②DNA双螺旋结构和中心法则的确立；③遗传密码的破译。
(2)技术发明使基因工程的实施成为可能：①基因转移载体和工具酶相继发现；②DNA合成和测序技术的发明；③DNA体外重组得到实现及重组DNA表达实验获得成功。
(3)基因工程的发展与完善：1983年，世界第一例转基因烟草培养成功，基因工程进入迅速发展阶段。
1988年PCR 技术的发明，使基因工程进一步发展和完善。
1．通过分析基因工程的概念，讨论基因工程的原理是什么。
提示：基因重组。
2．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。
请分析人胰岛素基因能在大肠杆菌体内表达的理论基础是什么。
提示：生物共用一套遗传密码。
[跟随名师·解疑难]1．对基因工程概念的理解操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因DNA分子水平剪切→连接→导入→表达定向地改造生物的遗传性状2．基因工程的原理和理论基础(1)原理：基因重组。
(2)理论基础：①拼接：不同生物DNA的基本组成单位相同，都是4种脱氧核苷酸；空间结构相同，都是规则的双螺旋结构。
②表达：生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质。
基因工程操作的基本工具1．限制性核酸内切酶(1)来源：主要从原核生物中分离出来。
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1.1 DNA重组技术的基本工具
蓝色素基因 目的基因
导入
三色紫罗兰
玫瑰
受体细胞
一、基因工程的概念
基因工程的概念
• 什么叫基因工程？
基因工程是指按照人们的愿望,进行严 格的设计,并通过体外DNA 重组和转基因 等技术，赋予生物以新的遗传特性,从而创 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,因此又叫做DNA重 组技术.
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目 的基因插入到载体上去。
3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。 4) 载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不 能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去; 5) 载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行 操作,太大就不便操作.
• 大肠杆菌的质粒：
复制原点:
能带目的基因一起复制
有切割位点
目的基因插入位点:
氨苄青霉素抗性基因：
有标记基因，将来可用含青霉素的培养基鉴别
大肠杆菌及质粒载体结构模式图
GAAT TC CT TAAG
G
AATTC
CTTAA
G
AAT T C
G
G
外源基因
C T TAA
G AAT T C
GAAT T C
C T TAA G
C T TAA
G
标记基因
抗四环素基因 作为载体的质粒DNA分子上有 复制原点，目的基因插入位点 （即酶切位点），标记基因
质粒与目的基因结合 后，形成重组质粒， 上面有复制原点，标 记基因，目的基因
四环素 注意：选用的受体 导入受体细胞（如 细胞（大肠杆菌） 大肠杆菌） 四环素 中原来没有抗四环 正常生活 素基因的质粒 重组质粒是否 说明大肠杆菌中有抗四 生长被抑制 成功导入，还 环素基因，即导入了重 说明大肠杆菌中 要进行筛选 组质粒或普通含抗四环 没有抗四环素基 因，即没有导入 在含抗生素（四环素）的培养基中进行培养受体菌 素的质粒 质粒 结果：有些细菌死亡，有些细菌正常生活
DNA分子的平面结构
A T
氢键
T A
磷酸二酯键 即脱氧核糖、 磷酸之间的 连接
G C
C
G
大肠杆菌(EcoRΙ)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
EcoRΙ
Sma Ι限制酶能识别 CCCGGG序列，并在 C和G 之间 切开
EcoRΙ
切割的结果：产生黏性未端或平末端。
特定序列表现为中心对称； 在切割部位具有回文序列： 在切割部位，一条链正向读 的碱基序列与另一条链反向 读的顺序一致。
[课堂练习] 1、限制酶切割的方式通常有几种？同种限制酶切割 而成的两个末端有何特点？ 限制酶切割的方式通常有两种。即：错切和平切； 同种限制酶切割而成的两个末端具有反向相同的特点。 2、下列哪两个DNA片断是由同种限制酶切割而来的？
（1）…CTGCA …G （2）…AC …TG （3） G… ACGTC… （4）GC… CG… （5）GT… CA…
”
基因工程的 “分子运输车”
具备哪些条件才能充当“分子运输车”？
1、外源DNA片段怎样才能插入载体呢？
2、插入载体的DNA片段怎样才能确保自己在受
体细胞分裂时不被丢失从而稳定地存在于子
细胞内？ 3、目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？ 4、如果载体对受体细胞有害将怎样？
作为载体必须具备哪些条件？
3.基因进入受体细胞的载体——”分子运输车”
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒 2） λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
质粒：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟 核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状 DNA分子
质粒是基因工程最常用的载体。
绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。 有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
重组质粒
识别序列GAATTC
不能，一般基因有上千个碱基对
可能是剪切位点或 连接位置选得不对
P7页：思考与探究
1、限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下四 种不同限制酶切割形成的DNA片段，能用DNA连接酶 连接起来？ 2、联系已有的知识，想一想，为什么限制酶不剪切细菌 本身？
可能原因：1）DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列； 2）通过甲基化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
2. DNA连接酶——“分子缝合针”
在1967年被科学家发现
DNA连接酶可把黏性末端（或平末端） 之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶 手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子就形成了。
连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。
GAATTC
CTTAAG
连接酶的类型（根据来源）： E•coliDNA连接酶：只能连接粘性末端 T4DNA连接酶：连接粘性末端和平末端
注：同种限制酶切割形成的末端，从游离端往内读相同（反向相同）
3、天然DNA分子可以直接用作基因工程的载体吗？为什 么？
不能。 作为基因工程使用的载体必须满足的条件：
反馈训练
将人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟 草 获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答： (1)烟草转基因产品的获得属于( ) A.基因工程 B.细胞工程 C.微生物工程 D.酶工程 人与植物的DNA结构组成相同 (2)人的基因之所以能接到植物中去，原因是________________ （ DNA分子都是由四种脱氧核苷酸组成，都有双螺旋结构，通过碱基互补原则配对 ） ___________________ ___________________ ___________________ 。 抗病毒干扰素 烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生__________________ 。 遗传密码 不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套______________ 。 共同的原始祖先 从进化的角度看，这些生物具有________________________ 。 烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影 响遗传信息的表达功能。这说明 基因是遗传物质结构和功能的基本单位 _____________________________
要培育转基因抗虫棉我们该怎么做呢？
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
获取
“分子手术刀”——限制性内切酶
普通棉花(无抗虫特性)
与运载体DNA拼接
抗虫基因
“分子缝合针”——DNA连接酶 “分子运输车”——载体
棉花细胞(含抗虫基因)
组织培养
导入
棉花植株(有抗虫特性)
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
A
作业：完成优化探究专题1第一节
• 基因工程的基本操作程序主要包括 • 四个基本步骤：
需否模板
基因工程的“ ”
“ ”
来源:
指“
限制性内切酶 ”
原核微生物
特点:
一种限切酶只能识别一种特定的 核苷酸序列,并在特定切点切割
GAATTC
CTTAAG
G CTTAA
AATTC G
基因工程的 “
“
指 “ DNA 连接酶 ” ”
(磷酸二酯 作用：连接“梯子”断口的“扶手” 键)而非“梯子”中间的“踏板”
（1）与（3）、（2）与（5）是由同种限制酶切割而 来的。
• 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。 • 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？ 会产生相同的黏性末端。
• 是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真 的合成重组的DNA分子了? 实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
黏性末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的 两条链分别切开时，产生的是黏性末端
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。
几种限制性内切酶
不 形同 成的 的限 黏制 性性 末内 端切 不酶 同所
平末端 而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切 开时，产生的则是平末端
[问题2] DNA连接酶与DNA聚合酶有何异同？
相同点：都属于蛋白质；都能形成磷酸二酯键
不同点：
类
别
DNA聚合酶
DNA连接酶
将单个的脱氧核苷酸 作用于两个DNA片 加到已有的脱氧核苷 段之间，同时“缝 作用机理 酸链上; 合”两个DNA分子 在单链上进行操作； 片断上的 “缺口” 必须以一条DNA链 为模板 不需要
1.1 DNA重组技术的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
限制酶的来源：
主要是从原核微生物中分离纯化出来的。
1970，阿尔伯、酸内切酶（简称限制酶） 是在生物体(主要是微生物)内的一类酶，能将外 来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内 部进行的，故名限制性核酸内切酶。 这类酶存在于原核生物中有什么作用呢？ 切割外源DNA，使之失效，达到保护自身的目的 限制酶的作用： 识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并 且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间 的磷酸二酯键断开。特 点：专一性（特异性）
蓝色素基因 目的基因
导入
三色紫罗兰
玫瑰
受体细胞
一、基因工程的概念
基因工程的概念
• 什么叫基因工程？
基因工程是指按照人们的愿望,进行严 格的设计,并通过体外DNA 重组和转基因 等技术，赋予生物以新的遗传特性,从而创 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,因此又叫做DNA重 组技术.
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目 的基因插入到载体上去。
3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。 4) 载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不 能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去; 5) 载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行 操作,太大就不便操作.
• 大肠杆菌的质粒：
复制原点:
能带目的基因一起复制
有切割位点
目的基因插入位点:
氨苄青霉素抗性基因：
有标记基因，将来可用含青霉素的培养基鉴别
大肠杆菌及质粒载体结构模式图
GAAT TC CT TAAG
G
AATTC
CTTAA
G
AAT T C
G
G
外源基因
C T TAA
G AAT T C
GAAT T C
C T TAA G
C T TAA
G
标记基因
抗四环素基因 作为载体的质粒DNA分子上有 复制原点，目的基因插入位点 （即酶切位点），标记基因
质粒与目的基因结合 后，形成重组质粒， 上面有复制原点，标 记基因，目的基因
四环素 注意：选用的受体 导入受体细胞（如 细胞（大肠杆菌） 大肠杆菌） 四环素 中原来没有抗四环 正常生活 素基因的质粒 重组质粒是否 说明大肠杆菌中有抗四 生长被抑制 成功导入，还 环素基因，即导入了重 说明大肠杆菌中 要进行筛选 组质粒或普通含抗四环 没有抗四环素基 因，即没有导入 在含抗生素（四环素）的培养基中进行培养受体菌 素的质粒 质粒 结果：有些细菌死亡，有些细菌正常生活
DNA分子的平面结构
A T
氢键
T A
磷酸二酯键 即脱氧核糖、 磷酸之间的 连接
G C
C
G
大肠杆菌(EcoRΙ)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
EcoRΙ
Sma Ι限制酶能识别 CCCGGG序列，并在 C和G 之间 切开
EcoRΙ
切割的结果：产生黏性未端或平末端。
特定序列表现为中心对称； 在切割部位具有回文序列： 在切割部位，一条链正向读 的碱基序列与另一条链反向 读的顺序一致。
[课堂练习] 1、限制酶切割的方式通常有几种？同种限制酶切割 而成的两个末端有何特点？ 限制酶切割的方式通常有两种。即：错切和平切； 同种限制酶切割而成的两个末端具有反向相同的特点。 2、下列哪两个DNA片断是由同种限制酶切割而来的？
（1）…CTGCA …G （2）…AC …TG （3） G… ACGTC… （4）GC… CG… （5）GT… CA…
”
基因工程的 “分子运输车”
具备哪些条件才能充当“分子运输车”？
1、外源DNA片段怎样才能插入载体呢？
2、插入载体的DNA片段怎样才能确保自己在受
体细胞分裂时不被丢失从而稳定地存在于子
细胞内？ 3、目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？ 4、如果载体对受体细胞有害将怎样？
作为载体必须具备哪些条件？
3.基因进入受体细胞的载体——”分子运输车”
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒 2） λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
质粒：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟 核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状 DNA分子
质粒是基因工程最常用的载体。
绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。 有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
重组质粒
识别序列GAATTC
不能，一般基因有上千个碱基对
可能是剪切位点或 连接位置选得不对
P7页：思考与探究
1、限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下四 种不同限制酶切割形成的DNA片段，能用DNA连接酶 连接起来？ 2、联系已有的知识，想一想，为什么限制酶不剪切细菌 本身？
可能原因：1）DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列； 2）通过甲基化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
2. DNA连接酶——“分子缝合针”
在1967年被科学家发现
DNA连接酶可把黏性末端（或平末端） 之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶 手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子就形成了。
连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。
GAATTC
CTTAAG
连接酶的类型（根据来源）： E•coliDNA连接酶：只能连接粘性末端 T4DNA连接酶：连接粘性末端和平末端
注：同种限制酶切割形成的末端，从游离端往内读相同（反向相同）
3、天然DNA分子可以直接用作基因工程的载体吗？为什 么？
不能。 作为基因工程使用的载体必须满足的条件：
反馈训练
将人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟 草 获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答： (1)烟草转基因产品的获得属于( ) A.基因工程 B.细胞工程 C.微生物工程 D.酶工程 人与植物的DNA结构组成相同 (2)人的基因之所以能接到植物中去，原因是________________ （ DNA分子都是由四种脱氧核苷酸组成，都有双螺旋结构，通过碱基互补原则配对 ） ___________________ ___________________ ___________________ 。 抗病毒干扰素 烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生__________________ 。 遗传密码 不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套______________ 。 共同的原始祖先 从进化的角度看，这些生物具有________________________ 。 烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影 响遗传信息的表达功能。这说明 基因是遗传物质结构和功能的基本单位 _____________________________
要培育转基因抗虫棉我们该怎么做呢？
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
获取
“分子手术刀”——限制性内切酶
普通棉花(无抗虫特性)
与运载体DNA拼接
抗虫基因
“分子缝合针”——DNA连接酶 “分子运输车”——载体
棉花细胞(含抗虫基因)
组织培养
导入
棉花植株(有抗虫特性)
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
A
作业：完成优化探究专题1第一节
• 基因工程的基本操作程序主要包括 • 四个基本步骤：
需否模板
基因工程的“ ”
“ ”
来源:
指“
限制性内切酶 ”
原核微生物
特点:
一种限切酶只能识别一种特定的 核苷酸序列,并在特定切点切割
GAATTC
CTTAAG
G CTTAA
AATTC G
基因工程的 “
“
指 “ DNA 连接酶 ” ”
(磷酸二酯 作用：连接“梯子”断口的“扶手” 键)而非“梯子”中间的“踏板”
（1）与（3）、（2）与（5）是由同种限制酶切割而 来的。
• 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。 • 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？ 会产生相同的黏性末端。
• 是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真 的合成重组的DNA分子了? 实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
黏性末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的 两条链分别切开时，产生的是黏性末端
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。
几种限制性内切酶
不 形同 成的 的限 黏制 性性 末内 端切 不酶 同所
平末端 而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切 开时，产生的则是平末端
[问题2] DNA连接酶与DNA聚合酶有何异同？
相同点：都属于蛋白质；都能形成磷酸二酯键
不同点：
类
别
DNA聚合酶
DNA连接酶
将单个的脱氧核苷酸 作用于两个DNA片 加到已有的脱氧核苷 段之间，同时“缝 作用机理 酸链上; 合”两个DNA分子 在单链上进行操作； 片断上的 “缺口” 必须以一条DNA链 为模板 不需要
1.1 DNA重组技术的基本工具
1. 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
限制酶的来源：
主要是从原核微生物中分离纯化出来的。
1970，阿尔伯、酸内切酶（简称限制酶） 是在生物体(主要是微生物)内的一类酶，能将外 来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内 部进行的，故名限制性核酸内切酶。 这类酶存在于原核生物中有什么作用呢？ 切割外源DNA，使之失效，达到保护自身的目的 限制酶的作用： 识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并 且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间 的磷酸二酯键断开。特 点：专一性（特异性）