dna重组技术的基本工具 -
学案1：3.1 重组DNA技术的基本工具
第1节重组DNA技术的基本工具一、学习目标【生命观念】阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。
【科学探究】进行DNA的粗提取与鉴定。
【社会责任】认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
二、重点难点【教学重点】1.重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。
2.DNA的粗提取与鉴定。
【教学难点】1.基因工程载体需要具备的条件。
2.DNA的粗提取与鉴定。
三、学习过程基因工程是指按照人们的愿望，通过______等技术，赋予生物新的__________，创造出更符合人们需要的新的__________和__________。
从技术操作层面看，由于基因工程是在__________水平上进行设计和施工的，因此又叫作__________技术。
（1）原理：__________。
（2）操作水平：_________。
（3）操作环境：_________。
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”1.来源：主要是从__________中分离纯化出来的。
2.作用：识别双链DNA分子的特定__________，并且使每一条链中特定部位的____________断开。
3.作用部位：__________，限制酶只切割两个核苷酸之间的__________。
4.限制酶的命名：用生物属名的头一个字母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。
例如，一种限制酶是从大肠杆菌( Escherichia coli)的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoRI。
【思考】你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？5.识别序列：大多数限制酶的识别序列由_____核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由_____、_____或__________的核苷酸组成。
限制酶所识别的序列的特点是：呈现_______________，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__________。
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具“工欲善其事，必先利其器”。
我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。
培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。
实现这一精确的操作过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针”将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。
科学家已经找到并运用了这三种必需的工具，才使培育抗虫棉这一奇妙构想变成了现实（图1-1）。
图1-1 抗虫棉（左侧为对照）寻根问底根据你所掌握的知识，你能推测这类酶存在于原核生物中的作用是什么吗限制性核酸内切酶——“分子手术刀”切割DNA的工具是限制性核酸内切酶（restrictionen donucleases)，又称限制酶（restriction enzyme）。
这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。
迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。
它们能够识别双链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（图1-2）断开。
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如，Eco RI、Sma I限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式—黏性末端和平末端（图1-3）。
当限制酶在它识别序列的中心轴线（图中虚线）两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，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。
生物技术资料卡限制酶的名字怎么起限制酶的名字是怎么起的呢是用生物属名的头一个字母与种名的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪个生物中分离出来的。
例如，一种限制酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母Eco R表示；如果它是从大肠杆菌R菌株中分离出来的第一个限制酶.则进一步表示成Eco RI 。
DNA重组技术的基本工具定稿
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。
高中生物选修3专题1第1节dna重组技术的基本工具_3
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。
（一）、限制性核酸内切酶
1、来源：原核生物 2、种类：约4000种 3、特点：专一性 4、切割位点：磷酸二酯键 5、形成末端：黏性末端、平末端
？
寻根问底：根据你掌握的知识， 你能推测这类酶存在于原核生 物中的作用是什么吗
专题一 基因工程
回顾： 基因工程的概念：
优点又：叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通 俗定的向说地，改就造是生按物照的人遗们传的性意状愿；，把一种生物 的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后 放实到现另基一因种在生不物同的物细种胞之里间，的定转向移地，改迅造速生培物育 的出遗生传物性新状品。种
基因重组 生物体外
工 欲 善 其必 事先
利 其 器
二、DNA重组技术的基本工具
• 准确切割DNA的工具（“分子手术刀”） ——限制性核酸内切酶 （限制酶）
• DNA片段的连接工具（“分子缝合针”） ——DNA连接酶
• 基因转移工具（“分子运输车”） ——运载体
（一）、限制性核酸内切酶
限制性内切酶从哪里寻找？
1、来源：原核生物 2、种类：约4000种
（二）、DNA链接酶
DNA连接酶链接的是什么
磷酸二酯键
磷酸二酯键
（二）、DNA链接酶
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”
起来，但效率较低
T4DNA连接酶
形成磷酸二酯键
（三）、运载体
1、作用：将目的基因导入受体细胞
生物重组dna技术的基本工具
生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。
下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。
限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。
DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。
DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。
DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。
在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。
电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。
通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。
载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。
载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。
转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。
通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。
DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。
它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。
这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。
1.1 DNA重组技术的基本工具0
切割位点：磷酸二酯键
举 例：EcoRI限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A 之间切开 结果：形成两种末端
限制性内切酶
限制 酶
黏性末端和平末端
限制酶在原核生物中有什么作用？
• 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，以保而达到保护自 身的目的。 • 限制酶不会将自己的DNA 切割吗？ • 含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具 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。
1.1 DNA重组技术的基本工具
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
DNA连接酶——“分子缝合针”
• 种类：两种：
一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。 一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。
• 特点：
E·coli连接酶只能连接黏性末端；
T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。
重组DNA技术的基本工具
操作对象
操作水平 操作原理 操作结果
基因 DNA分子水平 基因重组 符合人们需要的新的生物类型和生物产品
学习任务一、基因工程的诞生和发展
目的基因
目标蛋白质
目标性状
学习任务一、基因工程的诞生和发展
学习任务一、基因工程的诞生和发展
学习任务一、基因工程的诞生和发展
1.DNA是遗传物质的证明 艾弗里等人通过肺炎双球菌的转化实验，不仅证明了生物的遗传物质是 DNA,还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。
AT AT
的核苷酸序列。
TA
②切割位点：使每一条链中特定部位的
TA
磷酸二酯键断开。
CG
3’
5’
学习任务二、重组DNA技术的基本工具
识别序列: 5‘-G-A-A-T-T-C- 3‘ E侧将DNA的两条链分别切开时 ，产生的是黏性末端；
学习任务二、重组DNA技术的基本工具
学习任务一、基因工程的诞生和发展
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位 2.遗传信息传递都遵循中心法则 3.所有生物几乎共用一套遗传密码
理论基础
复 制
理论基础
1.DNA的基本组成单位相同(都是四种脱氧核苷酸) 2.都遵循碱基互补配对原则 3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
学习任务二、重组DNA技术的基本工具
学习任务一、基因工程的诞生和发展
2.DNA双螺旋结构和中心法则的确立 沃森和克里克：建立了DNA双螺旋结构模型。 梅塞尔松和斯塔尔：用实验证明DNA的半保留复制。 克里克：随后不久确立的中心法则，解开了DNA复制、转录和翻译过程 之谜，阐明了遗传信息流动的方向。
学习任务一、基因工程的诞生和发展
3.遗传密码的破译 尼伦伯格和马太：破译编码氨基酸的遗传密码。使人们认识到，自然 界中生物共用一套遗传密码，而且为基因的分离和合成等提供了理论 依据。