DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具PPT
利用图解限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成，例
如EcoRI、Sma I限制酶的识别序列，也有少数限
制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。 2 ．限制酶都是切割识别特定的核苷酸序列的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键。
3．限制酶切出的黏性末端和平末端的区别：
例1 (2011年雅礼中学高二检测)基因工程中，须使
用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和
筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是－
G↓GATCC －，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是－
↓GATC－。根据图示判断下列操作正确的是(
)
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C ．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ
思考感悟
限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
【提示】
相同。都是磷酸二酯键。
3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 1载体 的种类 ①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 ②λ噬菌体的衍生物 ③动植物病毒
2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶 磷酸二酯键 。 切开的两个核苷酸之间的___________ (2)种类
黏性 ①E.coliDNA 连接酶：只能缝合双链 DNA 的 ______
末端 。 _______ ②T4DNA连接酶：既可缝合双链DNA的黏性末端， 平末端 。 又可缝合双链DNA的________
哪种类型的末端？
【提示】
黏性末端。
(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不
【易误警示】
是一种酶。
(2)限制性核酸内切酶作用的化学键为磷酸二酯键， 而不是氢键。 (3)不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点 不同，这与酶的专一性是一致的。
DNA重组技术的基本工具教案人教版
目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对DNA重组技术的认识和理解。
过程：
各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。
其他学生不足，并提出进一步的建议和改进方向。
6.课堂小结（5分钟）
目标：回顾本节课的主要内容，强调DNA重组技术的重要性和意义。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用DNA重组技术解决实际问题。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组选择一个与DNA重组技术相关的主题进行深入讨论。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
7.教学指导用书：教师应准备教学指导用书或参考书籍，以便在教学过程中查阅和参考相关知识点。这些教学指导用书应涵盖本节课的教学内容，包括限制酶、DNA连接酶、运载体等基因工程工具的作用原理和应用，以及基因工程操作步骤的详细说明。
教学过程设计
1.导入新课（5分钟）
目标：引起学生对DNA重组技术的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括DNA重组技术的基本概念、组成部分、案例分析等。
强调DNA重组技术在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用DNA重组技术。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于DNA重组技术的短文或报告，以巩固学习效果。
学生学习效果
1.知识掌握：学生能够理解并掌握DNA重组技术的基本概念、组成部分和原理。这包括限制酶、DNA连接酶和运载体等基因工程工具的作用和应用，以及基因工程操作的基本步骤和原理。
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：针对本节课的内容，学生可能对基因工程技术的应用和实际意义感兴趣。在学习能力方面，学生应具备一定的逻辑思维能力和实验操作能力。在学习风格上，学生可能更倾向于通过实验和案例分析来理解理论知识。
学案17：DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具【学习目标】1.说出基因工程的概念。
2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
3.说出DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
【学习重点】DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
【学习难点】基因工程载体需要具备的条件。
【知识链接】1、DNA分子的结构特点2、噬菌体侵染细菌的实验3、原核生物的结构特点【自主学习】1、――“分子手术刀”，又称为。
（1）主要来源：主要存在于中。
（2）作用：能够识别双链DNA分子的某种序列，切开的是每条链特定部位的两个核苷酸之间的。
（3）结果：形成DNA末端。
限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式，即和。
前者是限制酶切割中轴线的产生的，后者是沿切割而形成的。
2、――“分子缝合针”（1）作用：将切下的DNA片段“缝合”，恢复被限制酶切开的，拼接成新的DNA分子。
（2）种类：E.coli DNA连接酶只能连接互补的；T4 DNA连接酶两种末端都能连接，但对的连接效率比较低。
3、基因进入受体细胞的载体――“”（1）载体的条件：①能够在细胞中；②有多个，便于外源基因的插入；③具有，便于重组DNA的鉴定和选择；④能在宿主细胞内友好借居，不影响宿主细胞的生命活动。
（2）载体的种类：①最常用的是，它是一种裸露的、结构简单、独立于之外、能够的链状。
含有一个至多个，供外源基因插入其中，并带有特定的，可供重组DNA的鉴定和选择。
②除此之外，还有、也可以充当基因工程载体。
【合作探究】探究一：从结构上分析，为什么不同生物的DNA能够重组？探究二：DNA重组技术的基本工具一限制性核酸内切酶——“分子手术刀”问题1：原核生物中存在的限制酶有什么作用呢？想一想，为什么限制酶不切割自身的DNA？问题2：限制性核酸内切酶的作用问题3：限制酶切割的是什么化学键？什么是黏性末端？什么是平末端？问题4：下列限制酶切割DNA后都会形成黏性末端吗？请大家画出这几种DNA片段被对应的限制酶切割后的结果。
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。
这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。
DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。
首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。
通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。
PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。
限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。
通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。
其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。
限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。
这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。
常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。
当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。
接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。
DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。
常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。
通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。
此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。
质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。
载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。
通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。
在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。
通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。
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。
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。
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思考?
• 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(平)末端？ 要切两个切口，产生四个黏性(平)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(平)末端，然后让两 者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合 成重组的DNA分子了。
• 现今存在的生物为什么没有在长期的进化 过程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保 持一种稳定状态？
• 怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？
DNA重组技术的基本工具
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶。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。
DNA重组技术的基本工具
（二）“分子缝合针”——DNA连接酶
①作用: 把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，
即将脱氧核糖和磷酸连接起来. ②作用原理： 催化磷酸二酯键形成
DNA重组技术的基本工具
（二）“分子缝合针”——DNA连接酶
③类型：(根据来源不同分为两类）
后 期 基 础 理 论
艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从 一种生物个体转移DN到A重另组技一术的种基本生工具物个体。
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
后 期 基 础 理 论
沃森、克里克DN提A重出组技D术的N基A本工的具 双螺旋结构模型。
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
DNA重组技术的基本工具
基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、 拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进 行基因操作最少需要以下三种工具：
• 准确切割DNA的工具（“分子手术刀”）
• DNA片段的连接工具（“分子缝合针”）
• 基因转移工具（D“NA分重组子技术运的基本输工具车”）
思考
• 在自然界中有一些生物的DNA可能进入另 一种生物的细胞中。我们有没有学过相关 的实例？
1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的 遗传密码，1966D年NA重霍组技拉术的纳基本用工具实验加以证明。
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
1)基因转移载体的发现 2)工具酶的发现 3)DNA合成和测序技术的发明 4) DNA体外重组的实现 5)重组DNA表达实验的成功 6)第一例转基因动物问世 7)PCR技术的发D明NA重组技术的基本工具
还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线 （如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基 是反向、对称、重复排列的。
DNA重组技术的基本工具
实例 1：
• 1、下列关于限制酶的说法正确的是（Ｂ）
• A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少 • 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
G AA TT C C TT AA G
EcoRⅠ
SmaⅠ
C C CGGG
G G G CC C
DNA重组技术的基本工具
EcoR Ⅰ
黏性末端
黏性末端
DNA重组技术的基本工具
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
DNA重组技术的基本工具
Sma Ⅰ
平末端
平末端
DNA重组技术的基本工具
• 想一想限制酶所识别的序列有什么特点？ 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基
一 基因工程的原理
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入→ 表达
主要的技术
DNA重组技术和转基因技术
结果
DNA定重组向技术的改基本造工具生物的遗传性状
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。
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
早 期 基 础 理 论
孟德尔提出基因D的NA重分组技离术的定基本律工具和自由组合定律
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
早 期 基 础 理 论
摩尔根证明基因在染色体上，并提出基 因的连锁互换定D律NA重。组技术的基本工具
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
2、种类：约4000种。
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。
4、结果：形成两种末端 黏性末端
DNA重酯 键
5
A
4
1
3
2
5
T
4
1
3
2
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具
（4）作用结果： •黏性末端和平末端
思考：转基因技术实现了一种生物的某些性状
在另一种生物中表达。这些性状的表达与我们学 过的基因的什么过程有关？
转录
翻译
DNA(基因)
mRNA
蛋白质(性状)
遗传密码在生物界是 通用 的！ DNA重组技术的基本工具
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
早 期 基 础 理 论
达尔文DN提A重出组技生术的物基本进工具化论
能产生狂犬病抗体 蛋白的转基因 烟草
DNA重组技术的基本工具
据WTO调查： 2005年全世界约有糖尿病患者1.8亿 人，我国约6000万。
治疗糖尿病特效药—— 胰岛素
每100kg 猪或牛的胰腺中仅可提取4~5g。
1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌 内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。
后 期 基 础 理 论
梅塞尔松、斯塔D尔NA重证组技明术的D基N本工A具的半保留复制
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
后 期
克里克等提出中心法则
基
础
理
论
复制
转录
DNA
翻译 RNA
蛋白质
逆转录 DNA重组技术的基本工具
科技探索之路 基础理论和技术发展催生了基因工程
后 期 基 础 理 论
专题1
基因工程
学习目标： 1.简述DNA重组技术 所需三种基本工具的 作用。 2.认同基因工程的诞 生和发展离不开理论 研究和技术创新。DNA重组技术的基本工具
据WTO调查：2004年全世界 因狂犬病致死人数约5.5万人
中国卫生部通报：2004年７ 月，狂犬病列法定报告传染病 死亡数之首。发病死亡率近 100%