31DNA重组技术的基本工具上课
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《DNA 重组技术的基本工具》 教学设计
《DNA 重组技术的基本工具》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）简述 DNA 重组技术所需三种基本工具的作用。
（2）理解基因工程载体需要具备的条件。
2、能力目标（1）通过对 DNA 重组技术基本工具的学习，培养学生的分析和归纳能力。
（2）通过小组讨论和合作学习，提高学生的团队协作和交流能力。
3、情感目标（1）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
（2）关注基因工程的发展，激发学生对生物技术的兴趣和探索欲望。
二、教学重难点1、教学重点（1）DNA 重组技术中限制性核酸内切酶、DNA 连接酶的作用。
（2）基因进入受体细胞的载体的作用和特点。
2、教学难点（1）限制性核酸内切酶切割 DNA 分子的特点。
（2）DNA 连接酶的作用部位和连接方式。
三、教学方法讲授法、直观演示法、讨论法四、教学过程1、导入新课通过展示一些基因工程应用的实例，如转基因抗虫棉、胰岛素的生产等，引起学生的兴趣，提出问题：这些基因工程产品是如何产生的？从而引出 DNA 重组技术的基本工具这一主题。
2、限制性核酸内切酶（1）展示限制性核酸内切酶的作用示意图，讲解其来源和作用。
（2）以具体的 DNA 序列为例，演示限制性核酸内切酶的切割过程，强调其特异性。
（3）引导学生思考：限制性核酸内切酶切割后的 DNA 片段有什么特点？3、 DNA 连接酶（1）对比限制性核酸内切酶的作用，讲解 DNA 连接酶的作用。
（2）展示 DNA 连接酶连接 DNA 片段的示意图，说明其连接的部位和方式。
（3）组织学生讨论：DNA 连接酶与 DNA 聚合酶有什么区别？4、基因进入受体细胞的载体（1）介绍载体的作用，引导学生思考为什么需要载体将基因导入受体细胞。
（2）展示常见的载体，如质粒、噬菌体和动植物病毒等，讲解其结构和特点。
（3）让学生分组讨论：作为载体需要具备哪些条件？5、课堂小结（1）回顾 DNA 重组技术的三种基本工具及其作用。
（2）强调这三种工具在基因工程中的重要性和相互关系。
3-1重组DNA技术的基本工具(教学课件)—— 高中生物人教版(2019)选择性必修3
当限制酶从识别序列
的中心轴线两侧将
5
3
EcoR I '
'
3
5
'ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
'
黏性末端
DNA两条单链分别 切开，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。
限制酶(EcoRⅠ)能识别--GCTATAATATGC-- 序列，并在G 和A 之间切开
磷酸二酯 键,形成 黏性 末端。
6.识别序列长度
基因工程
重组DNA技术的基本工具
基因工程发展历程
History of genetic engineering
1944年艾弗里等人 通过肺炎链球菌的转 化实验，不仅证明了 遗传物质是DNA，还 证明了DNA可以在同 种生物个体间转移。
1961年尼伦伯格和
马太破译了第一个 1970年科学
编码氨基酸的密码 家在细菌中发
判断1：不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端（√ ） 判断2：相同的黏性末端也可能是由不同限制酶作用形成的（√）
02 D N A 连 接 酶 — “ 分 子 缝 合 针 ” DNA ligase —— "Molecular suture needle"
DNA连接酶—“分子缝合针”
1、作用：
将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的
1967年，科学家 发现，在细菌拟 核DNA之外的质 粒有自我复制能 力，并可以在细 菌细胞间转移。
20世纪70年代初，多种限 制酶、DNA连接酶和逆转 录酶被相继发现。这些发 现为DNA的切割、连接以 及功能基因的获得创造了 条件。
1973年，科学家证 明了质粒可以作为基 因工程的载体，并实 现了物种间的基因交 流。至此，基因工程 正式问世。
DNA 重组技术的基本工具课件
限制性核酸内切切割DNA的“手术刀——限制 性核酸内切酶
识别DNA特定的序列,使 DNA分子链的固定部位 分开。
.
磷酸
二酯键
限制酶：如何识别特定序列
2、将DNA片段再连接起来的“缝合针” ——DNA连接酶
DNA连接酶—能够 将两条DNA连接 起来的酶。
分类： E·coliDNA连接酶：
3，质粒DNA分子上有特殊的遗传标记基因，如 抗四环素、氨苄青霉素等标记基因，供重组 DNA的鉴定和选择。
总结
DNA重组技术 的三件工具： 限制性内切酶、 DNA连接酶、 质粒。
质粒 目的基因 限制性 内切酶
连接酶
重组质粒
连接黏性末端。 T4连接酶：
连接黏性末端和 平末端。
3、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
“分子运输车”——质粒
质粒：裸露、结构简单、 独立于细菌染色体之 外，具有自我复制能 力的双链环状DNA分 子。
质粒的优点？
1、其分子上至少有一个至多个限制酶切割位点， 供外源DNA片段插入其中。
2、携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后， 停留在细胞中进行自我复制，或整合到染色体 DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
抗虫棉
抗虫棉的培育就用 到DNA重组技术。
要将抗病基因导入棉花细胞，就需要对 含有抗病基因的DNA分子进行切割、 改造、修饰和拼接。
要实现这一过程需要三种工具：
• 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”。
重组DNA技术的基本工具-高二生物优质精讲课件(人教版2019选择性必修3)
① 基因是控制生物性状的独立遗传单位 ② 遗传信息的传递都遵循中心法则 ③ 生物界共同一套遗传密码
思考讨论
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
1.简称：限制酶 2.来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 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？ 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过 程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。 当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保 证自身安全。 所以，简单来说：限制酶在原核生物中起到的作用为：
BamHⅠ……G-G-A-T-C-C……
……C-C-T-A-G-G……
TaqⅠ ………T-C-G-A………
………A-G-C-T………
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
7.切割结果：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__
①当限制酶在它识别序列的 _中__轴__线__两__侧__将DNA分子的两条 链分别切开时，产生的是 __黏__性__末__端__； ②当限制酶在它识别序列的 _中__轴__线__处_切开时，产生的是 _平__末__端_；
1950年，埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成 了对胰岛素氨基酸序列的测定。
1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复 制的假说。
1958年，梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。随后不久，克 里克提出中心法则。 1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年 ，64个密码子均被成功破译。
1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。此后， 基因工程进入了迅速发展的阶段。
思考讨论
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
1.简称：限制酶 2.来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 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？ 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过 程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。 当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保 证自身安全。 所以，简单来说：限制酶在原核生物中起到的作用为：
BamHⅠ……G-G-A-T-C-C……
……C-C-T-A-G-G……
TaqⅠ ………T-C-G-A………
………A-G-C-T………
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
7.切割结果：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__
①当限制酶在它识别序列的 _中__轴__线__两__侧__将DNA分子的两条 链分别切开时，产生的是 __黏__性__末__端__； ②当限制酶在它识别序列的 _中__轴__线__处_切开时，产生的是 _平__末__端_；
1950年，埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成 了对胰岛素氨基酸序列的测定。
1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复 制的假说。
1958年，梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。随后不久，克 里克提出中心法则。 1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年 ，64个密码子均被成功破译。
1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。此后， 基因工程进入了迅速发展的阶段。
《DNA 重组技术的基本工具》 教学设计
《DNA 重组技术的基本工具》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）简述 DNA 重组技术所需的三种基本工具的作用。
（2）理解限制酶的来源、特点及作用结果。
（3）理解 DNA 连接酶的种类、作用及与 DNA 聚合酶的区别。
（4）了解载体需要具备的条件及常用载体的种类。
2、能力目标（1）通过分析和讨论限制酶的作用特点，培养学生的逻辑思维能力。
（2）通过比较 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶，提高学生的对比分析能力。
3、情感态度与价值观目标（1）感受生物技术在现代社会中的重要作用，激发学生对生物科学的兴趣。
（2）体会科学研究的严谨性和创新性，培养学生的科学精神。
二、教学重难点1、教学重点（1）限制酶的作用特点和作用结果。
（2）DNA 连接酶的作用。
（3）载体需要具备的条件。
2、教学难点（1）限制酶的切割位点和切割方式。
（2）DNA 连接酶的作用机制。
三、教学方法讲授法、讨论法、直观演示法四、教学过程1、导入新课通过展示一些基因工程的实际应用成果，如转基因作物、基因治疗等，引起学生的兴趣，进而提出问题：这些成果是如何实现的？引出DNA 重组技术，从而导入本节课的主题——DNA 重组技术的基本工具。
2、讲解限制酶（1）介绍限制酶的来源：主要来自原核生物。
（2）展示限制酶切割 DNA 的动画或图片，讲解其特点：能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割 DNA 分子。
（3）以具体的例子说明限制酶的作用结果：产生黏性末端或平末端。
（4）组织学生讨论限制酶切割 DNA 的特异性，加深对其特点的理解。
3、讲解 DNA 连接酶（1）介绍 DNA 连接酶的种类：E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶。
（2）讲解两种连接酶的作用：将两个具有相同黏性末端或平末端的 DNA 片段连接起来。
（3）通过对比 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的作用，帮助学生理解它们的区别。
4、讲解载体（1）提出问题：如何将目的基因导入受体细胞？引出载体的概念。
DNA重组技术的基本工具 课件
DNA重组技术的基本工具
基因工程概念
基因工程是指按照人们的意愿，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
定向改造生物啦！
基因工程相关要点
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（切割 DNA分子） 作用结果： 形成平未端（SmaI）及黏性未端（EcoRI）
2.DNA连接酶——“分子缝合针” 1)、种类： E·coli DNA连接酶（黏性末端）
T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端）
2)、作用部位：磷酸二酯键
我复制并稳定存在 具一个或多个限制酶切位点 具标记基因
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
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
实质
基因重组
结果
新生物类型、生物产品
重难点剖析: 基因工程的“专用工具”
1.限制性核酸内切酶 黏性末端
来Ec源oR：I 主要从原核细黏胞性分末离端 作用：一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某
DNA连接酶可把平未端或黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即相当于把梯子两边的扶手的断 口连接起来，这样一个重组DNA分子就形成了。
3.分子运载车——运载体 （1） 作用： 将目的基因送入受体细胞
（2） 具备的条件：
a.能自我复制. b.具有一个或多个酶切位点. c.有标记基因. d.对受体细胞无害. （3）种类： 质粒、噬菌体、动植物病毒
基因工程概念
基因工程是指按照人们的意愿，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
定向改造生物啦！
基因工程相关要点
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（切割 DNA分子） 作用结果： 形成平未端（SmaI）及黏性未端（EcoRI）
2.DNA连接酶——“分子缝合针” 1)、种类： E·coli DNA连接酶（黏性末端）
T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端）
2)、作用部位：磷酸二酯键
我复制并稳定存在 具一个或多个限制酶切位点 具标记基因
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
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
实质
基因重组
结果
新生物类型、生物产品
重难点剖析: 基因工程的“专用工具”
1.限制性核酸内切酶 黏性末端
来Ec源oR：I 主要从原核细黏胞性分末离端 作用：一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某
DNA连接酶可把平未端或黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即相当于把梯子两边的扶手的断 口连接起来，这样一个重组DNA分子就形成了。
3.分子运载车——运载体 （1） 作用： 将目的基因送入受体细胞
（2） 具备的条件：
a.能自我复制. b.具有一个或多个酶切位点. c.有标记基因. d.对受体细胞无害. （3）种类： 质粒、噬菌体、动植物病毒
3.1重组DNA技术的基本工具教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3
五、教学过程设计
1. 导入新课（5分钟）
目标： 引起学生对重组DNA技术的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道什么是重组DNA技术吗？它与我们的生活有什么关系？”
展示一些关于重组DNA技术的图片或视频片段，让学生初步感受其魅力或特点。
简短介绍重组DNA技术的定义和重要性，为接下来的学习打下基础。
答案：重组DNA技术在基因工程中有着广泛的应用，包括：
1. 基因克隆：通过重组DNA技术，可以克隆目的基因并大量复制。
2. 基因编辑：利用限制酶和连接酶，可以精确地编辑目的基因的序列，实现对基因的改造。
3. 基因表达：通过重组DNA技术，可以在宿主细胞中实现目的基因的表达，获得特定的蛋白质产物。
4. 基因治疗：利用重组DNA技术，可以将正常基因导入病人体内，以治疗某些遗传性疾病。
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。
5. 课堂展示与点评（15分钟）
目标： 锻炼学生的表达能力，同时加深全班对重组DNA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。
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于重组DNA技术的短文或报告，以巩固学习效果。
六、教学资源拓展
1. 拓展资源
（1）教材延伸：引导学生阅读教材以外的相关文献，例如《自然》、《科学》等国际知名科学期刊上发表的有关重组DNA技术的最新研究论文，以了解该领域的最新进展。
（2）网络资源：推荐学生访问一些知名生物学相关网站，如美国国家生物技术信息中心（NCBI）、欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）等，以获取更多关于重组DNA技术的研究资料和数据库信息。
1. 导入新课（5分钟）
目标： 引起学生对重组DNA技术的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道什么是重组DNA技术吗？它与我们的生活有什么关系？”
展示一些关于重组DNA技术的图片或视频片段，让学生初步感受其魅力或特点。
简短介绍重组DNA技术的定义和重要性，为接下来的学习打下基础。
答案：重组DNA技术在基因工程中有着广泛的应用，包括：
1. 基因克隆：通过重组DNA技术，可以克隆目的基因并大量复制。
2. 基因编辑：利用限制酶和连接酶，可以精确地编辑目的基因的序列，实现对基因的改造。
3. 基因表达：通过重组DNA技术，可以在宿主细胞中实现目的基因的表达，获得特定的蛋白质产物。
4. 基因治疗：利用重组DNA技术，可以将正常基因导入病人体内，以治疗某些遗传性疾病。
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。
5. 课堂展示与点评（15分钟）
目标： 锻炼学生的表达能力，同时加深全班对重组DNA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。
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于重组DNA技术的短文或报告，以巩固学习效果。
六、教学资源拓展
1. 拓展资源
（1）教材延伸：引导学生阅读教材以外的相关文献，例如《自然》、《科学》等国际知名科学期刊上发表的有关重组DNA技术的最新研究论文，以了解该领域的最新进展。
（2）网络资源：推荐学生访问一些知名生物学相关网站，如美国国家生物技术信息中心（NCBI）、欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）等，以获取更多关于重组DNA技术的研究资料和数据库信息。
3-1重组DNA技术的基本工具(教学课件)高中生物人教版 (2019)选择性必修3
之间的磷酸二酯键 。
两DNA片段要具 有相同且互补的 黏性末端才能拼 起来
注意：用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键 基因工程 不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）
02 “分子缝合针”----DNA连接酶
2. 种类： ①E.coli DNA连接酶
• 从大肠杆菌中分离得到 • 只能连接互补黏性末端
识别序列 GAATTC
【反馈练习】
①…CTGCA …G
A. ①③；②④
②…G …CTTAA
③ G… ACGTC…
④ AATTC… G…
B. ①②；③④ C. ①④；②③ D.以上都不对
缺口怎么办？
02 “分子缝合针”----DNA连接酶 1. 作用：将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸
3’
5’
01 “分子手术刀”----限制性内切核酸酶（限制酶）
读：5’→ 3’
仔列4细 有. 识观何别察 特序点左列？侧特四点种：限制酶识别的特定序
①大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸 组成，少数限制酶的识别序列由4个、8个 或其他数量的核苷酸组成。
EcoRⅠ 5’……G-A-A-T-T-C……3’ 3’……C-T-T-A-A-G……
2）分类：E.Coli DNA连接酶、T4DNA连接酶（来源、区别？） 3.“分子运输车”—— 载体
1）作用：将外源基因送入受体细胞
2）种类：质粒（最常用）、噬菌体、动植物病毒
3）应具备条件： ①有一个至多个限制酶切割位点 ——供外源DNA片段（目的基因）插入其中
②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
✭真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒 的基础上进行过人工改造的。
两DNA片段要具 有相同且互补的 黏性末端才能拼 起来
注意：用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键 基因工程 不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）
02 “分子缝合针”----DNA连接酶
2. 种类： ①E.coli DNA连接酶
• 从大肠杆菌中分离得到 • 只能连接互补黏性末端
识别序列 GAATTC
【反馈练习】
①…CTGCA …G
A. ①③；②④
②…G …CTTAA
③ G… ACGTC…
④ AATTC… G…
B. ①②；③④ C. ①④；②③ D.以上都不对
缺口怎么办？
02 “分子缝合针”----DNA连接酶 1. 作用：将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸
3’
5’
01 “分子手术刀”----限制性内切核酸酶（限制酶）
读：5’→ 3’
仔列4细 有. 识观何别察 特序点左列？侧特四点种：限制酶识别的特定序
①大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸 组成，少数限制酶的识别序列由4个、8个 或其他数量的核苷酸组成。
EcoRⅠ 5’……G-A-A-T-T-C……3’ 3’……C-T-T-A-A-G……
2）分类：E.Coli DNA连接酶、T4DNA连接酶（来源、区别？） 3.“分子运输车”—— 载体
1）作用：将外源基因送入受体细胞
2）种类：质粒（最常用）、噬菌体、动植物病毒
3）应具备条件： ①有一个至多个限制酶切割位点 ——供外源DNA片段（目的基因）插入其中
②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
✭真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒 的基础上进行过人工改造的。
DNA重组技术的基本工具课件
目 开
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。
关 ②请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末
端。
③在 DNA 连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形
成的黏性末端能否连接起来？为什么？
学习·探究区
解析 一般来说，一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核 苷酸序列，并在特定的切割位点切割 DNA，限制酶Ⅰ切割质粒的 过程为：
时 栏
DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。
目
开
关如
以中心线为轴，两侧碱基互补对称；
以 为轴，两侧碱基互补对称。
学习·探究区
③结果：经限制酶切割产生的 DNA 片断末端通常有两种形 式：__黏__性__末__端___和__平__末__端__。 a．_黏__性__末__端___
本
课 是限制性核酸内切酶在识别序列的_中__心__轴__线__两__侧___将 DNA
学习·探究区
第1课时
探究点一 基因工程的概念及工具酶
本 1．基因工程的概念
课 时
“工欲善其事，必先利其器”。我国拥有自主知识产权
栏 目
的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”
开 关
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。
学习·探究区
由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。
通过体外_D_N__A_重___组___和_转__基__因__等技术，
手段
本
赋予生物以新的_遗__传__特__性___
课 时 栏 目
目的
按照人们的愿望，创造出更符合人们需要 的新的_生__物__类__型__和_生__物__产__品__
【课件】重组DNA技术的基本工具课件2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3
1977年，桑格
等科学家发明 了DNA序列分 析的方法。此 后，DNA合成 仪的问世为体 外合成DNA提
供了方便。
1983年， 科学家采用 农杆菌转化 法培育出世 界上第一例 转基因烟草。
1985年， 穆里斯等 人发明了 PCR。
21世纪以来，科 学家发明了多种 高通量测序技术， 加速了人们对基 因组序列的了解
5
’A
T
①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋
3 而成双螺旋结构。 ’ ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在
C
G
外侧，构成基本骨架；碱基排列在内 侧。
T
A
3
’
③两条链上的碱基通过氢键连接成碱
5 基对，A与T(两个氢键)，G与C配对 ’ (三个氢键)。碱基之间这种一一对应
的关系，叫做碱基互补配对原则。
一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
第3章 基因工程
1.重组DNA技术的基本工具 2.基因工程的基本操作程序 3.基因工程的应用 4.蛋白质工程的原理和应用
基因工程
指按照人们的愿望, 通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性,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。
DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微 小的分子进行操作，是一项非常精细的工作， 更需要专门的“分子工具”。
环斑病毒的 非转基因木瓜
转基因木瓜
那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各 具有什么特征呢？
思考：解决培育番木瓜的关键步骤需要哪些分子工具呢？
关键步骤一： 抗病基因的提取出来 关键步骤二： 抗病基因与运载体DNA“缝合” 关键步骤三： 抗病基因进入 番木瓜
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• DNA连接酶与DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA连接酶
区别1
1)只能将单个核苷酸连 1)在两个DNA片段之 接到已有的核酸片段上，间形成磷酸二酯键
形成磷酸二酯键
2)以一条DNA链为模板，2)将DNA双链上的两 区别2 将单个核苷酸通过磷酸 个缺口同时连接起来，
二酯键连接成一条互补 不需要模板 的DNA链
1、DNA分子不具 备该种限制酶的 识别切割序列；
2、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 能切开。
4.网上查询：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在 还不清楚，也许将来会发现可以连接单链 DNA的酶。
• 黏性末端
当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切 开时，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。
EcoRI限制酶的切割：
大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)只能识别GAATTC
序列，并在G和A之间切开。
在G与A
中轴线
之间切割
黏性末端
黏性末端Βιβλιοθήκη 相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2020 年12月3 0日星 期三3时 32分35 秒Wed nesday, December 30, 2020
爱情，亲情，友情，让人无法割舍。2 0.12.30 2020年 12月30 日星期 三3时3 2分35 秒20.12. 30
谢谢大家！
无论真核细胞还是原核细胞其基因均有编码 区（能转录mRNA,进而编码蛋白质)与非编码 区(不能转录mRNA,不能编码蛋白质），真核 细胞基因的编码区可分为外显子（可编码蛋 白质)、内含子(不能编码蛋白质）。 而密码 子位于mRNA上，起始密码子有AUG（决定甲 硫氨酸）和GUG（决定缬氨酸），而终止密
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
思考与探究
1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限 制酶切割形成的DNA片段：
(1) …CTGCA (2) …AC
(3) GC…
…G （4）…G
…TG (5) G…
CG… (6) …GC
…CTTAA ACGTC…
T4噬菌体 二酯键
能连接黏性末端和 平末端(效率较低)
D记N一A聚记合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点？
连接DNA链
DNA连接酶
双链
DNA聚合酶
单链
连接部位
将单个核苷酸加
在两DNA片段之间形 到已存在的核酸
成磷酸二酯键
片段的3’末端的
羟基上，形成磷
酸二酯键
相同点
都能形成磷酸二酯键 二者都由蛋白质构成
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。
SmaI限制酶的切割：
只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。 中轴线
CCCGGG GGGCCC
思考题：
• 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切点？可 产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？
相同点
形成磷酸二酯键
限制性内切酶与解旋酶的区别
限制酶
解旋酶
区别
切割特定的核苷酸序列 的磷酸二酯键
将DNA两条链的氢键 打开形成两条单链
据右图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是（ D
）
A. 限制性内切酶可以切断a处，DNA连接酶可以连接 a处 B. DNA连接酶可以连接a处 C. 解旋酶可以使b处解开 D. 连接b处的酶可以为DNA连接酶
3、基因进入受体细胞的载体——“分子运输记车一”记
（1）载体的作用
将外源基因转移到受体细胞中去。 运载体对外源基因进行大量复制。
（2）作为载体必须具备的条件
能够在宿主细胞中自我复制并稳定地保存。 具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 具有某些标记基因，便于进行筛选。 必需是安全的，不会对受体 细胞有害。 大小应适合，便于提取和操作
实质 结果
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外 基因
DNA分子水平 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
基因重组 人类需要的生物类型和生物产品
1.1 DNA重组技术的基本工具
3
DNA重组技术的基本工具
工欲善其事, 必先利其器.
想一想:获得转基因抗虫棉需要做哪些工作呢? 实现这一精确的操作过程的工具是什么呢?
（3）常用的载体
质粒 λ噬菌体衍生物 动植物病毒
常用的载体：质粒
有标记基因的 存在，可用含 氨苄青霉素的 培养基鉴别
质粒存在于许多细菌 以及酵母菌等生物细 胞中。是一种裸露的、 结构简单、独立于细 菌拟核DNA或细胞核 之外自我复制的很小 的双链环状DNA分子
有切割位点
复制起始的 一段序列
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
…CG
(7) GT…
(8)AATTC…
CA…
G…
你能用DNA连接酶将它们连接起来？
2和7能连接形成…ACGT… …TGCA…；
4和8能连接形成…GAATTC… …CTTAAG…；
3和6能连接形成…GCGC… …CGCG…；
1和5能连接形成…CTGCAG… …GACGTC…。
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2、为什么限制酶 不能将自己的DNA 分子剪切掉？
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真核生物的基因由编码区和非编码区组成，两边是非编码
区（非编码序列）、中间是编码区（编码序列）。而中间 的编码区也由编码序列和非编码序列相间排列组成，其中 的编码序列称外显子、而非编码序列称内含子。 原核生物
的基因也有编码区、非编码区，但是编码区内是连续的编 码区列。（注意在原核生物基因中，没有外显子和内含子 的概念，即你不能说原核生物的编码区全是外显子） 这样 的基因转录是，先以编码区其中一条链为模板合成mRNA ，这就是前体mRNA，然后有些酶将那些内含子对应的序 列切去，把外显子对应的mRNA的序列链接在一起，这就 是成熟的mRNA，这就是翻译蛋白质的直接模板了。核糖 体结合在上面，并沿其滑动。当遇到AUG（真核生物的起 始密码子）或者GUG（原核生物的起始密码子）时，肽链 的合成开始，当遇到UAA、UAG、UGA（终止密码子）的 时候，肽链合成终止。 一句话：编码区（外显子、内含子 ）和非编码区是基因的结构。起始、终止密码子是mRNA 的三个为一组的碱基。
专题1 基因工程
一、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， 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
由因于此基又因 叫工 做程DN是A重在组DN技A分术子。水平上进行设计和施记工一的记，
基因工程的别名
操作环境 操作对象 操作水平 基本过程
码子则有UAA、UAG、UGA，不决定氨基酸
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 12.3020 .12.30 Wednes day, December 30, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 5:32:35 15:32:3 515:32 12/30/2 020 3:32:35 PM
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)来源: 主要从原核生物 (2)化学本质： 蛋白质
识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并 (3)作用 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，即识别特定的脱氧核苷酸序列,切割 (4)作用特点：特定位点。
(5)切割方式 错位切：产生两个相同的黏性末端 平切：形成平末端
A
磷
5
酸
4
1
3
2
二
酯
T
5
键
4
1
3
2
7
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。
图1-1 限制酶识别序列的中心轴线
当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，产生的是黏性末端。 当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。
作用部位： 是磷酸二酯键，不是氢键。
将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸 之间的磷酸二酯键 ,这样一个重组的DNA分子就形成了。
E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶比较：
类型
来源
相同点
功能 差别
E·coliDNA连接酶 大肠杆菌 恢复 只能连接黏性末端
磷酸
T4DNA连接酶
要切两个切点，产生四个黏性末端，两个。
• 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。
2、ＤＮＡ连接酶——“分子缝合针”
种类：
E·coli DNA连接酶（黏性末端） T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端）
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.3015 :32:351 5:32De c-2030-Dec-20
日复一日的努力只为成就美好的明天 。15:32: 3515:3 2:3515: 32Wed nesday, December 30, 2020
安全放在第一位，防微杜渐。20.12.30 20.12.3 015:32: 3515:3 2:35December 30, 2020
加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月30日 下午3时 32分20 .12.302 0.12.30