DNA重组技术的基本工具1
DNA重组技术的基本工具(共32张PPT)
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，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识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、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。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，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识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
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
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。
高中生物高考考点79 基因工程(一)-备战2022年高考生物考点一遍过
考点79 基因工程（一）高考频度：★★★☆☆ 难易程度：★★★☆☆1．基因工程的概念（1）供体：提供目的基因。
（2）操作环境：体外。
（3）操作水平：分子水平。
（4）原理：基因重组。
（5）受体：表达目的基因。
（6）本质：性状在受体体内的表达。
（7）优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2．DNA 重组技术的基本工具（1）限制性核酸内切酶(简称：限制酶)①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
③结果：产生黏性末端或平末端。
（2）DNA 连接酶①种类：按来源可分为E ·coli DNA 连接酶和T 4DNA 连接酶。
②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之间的磷酸二酯键。
③DNA 连接酶和限制酶的关系（3）载体①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
②质粒的特点⎩⎪⎨⎪⎧能自我复制有一个至多个限制酶切割位点有特殊的标记基因考向一 限制性核酸内切酶、DNA 连接酶等酶的作用1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②【参考答案】C【试题解析】限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA 双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。
解题技巧确定限制酶的种类（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。
②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
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。
高考复习：人教版高中生物选修三现代生物技术专题一《基因工程》经典例题创新应用训练含答案解析
高中生物选修三现代生物技术专题全套教学案含单元检测专题一基因工程本专题包括基因工程的发展过程；DNA重组技术的基本工具；基因工程的基本操作程序；基因工程的应用；蛋白质工程的崛起等部分。
b5E2RGbCAP基因工程是一门20世纪70年代以来新兴的生物科学与工程技术相结合的科学。
也叫DNA重组技术。
它是按照人类的意愿，将某种基因有计划地转移到另一种生物中去的新技术。
现已成为生命科学中发展最快、最前沿的学科，有关生物工程的内容，己成为近几年生物高考的热点内容。
其中基因工程的操作工具和基因工程操作的基本步骤以及基因工程的成果及应用前景将是近年命题的新热点plEanqFDPw基因工程操作的三种基本工具，四项基本操作程序等内容将成为考查学生分析综合问题能力的材料；另外，针对生物工程在医药、食品、农林等高新技术产业中的应用，运用有关的生物知识指导生产和实践，对有关的生产方案、生产过程进行分析、综合评价，这也是高考的另一热点。
有关基因工程的备考，今后高考中可能涉及到本考题的热点问题，有如下几个方面：DXDiTa9E3d1•基因工程的基本步骤：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因表达的检测与鉴定几个步骤。
RTCrpUDGiT2•转基因技术的应用：（1）转基因动植物，如抗虫、抗病、抗逆、抗除草剂，抗倒伏的植物；产肉、产蛋量高、生长快、耐粗饲料的动物；此外，转基因动物为人类异体器官移植提供了可能。
（2）基因药物：如人造胰岛素、人造生长激素、溶血栓的尿激酶原等。
（3）基因治疗：美国对复合型免疫缺陷症的治疗；糖尿病的治疗：许多科学家希望利用基因工程手段将正常的合成胰岛素基因导入患者体内，并准确表达，以此来修复或替代失去正常功能的胰岛B细胞，从而维持机体血糖平衡。
（4）利用遗传工程培养转基因固氮绿色植物的展望。
地球上的固氮途径有三条：生物固氮、工业固氮、高能固氮。
其中，生物固氮是植物可利用氮的主要来源。
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。
《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。
适用于新高考新教材备战2025届高考生物一轮总复习第10单元生物技术与工程课时规范练52基因工程的基
课时规范练52 基因工程的基本工具与操作程序必备知识基础练考点一重组DNA技术的基本工具1.(2023·广东汕头统考)“工欲善其事,必先利其器”,基因工程需用到多种工具。
下列关于基因工程的基本工具的说法,错误的是( )A.在构建基因表达载体时,通常用同种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段B.E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能“缝合”黏性末端,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键C.基因工程中真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行人工改造的D.基因工程中使用的载体还可以是各种病毒,如可以利用改造后的噬菌体将基因表达载体导入动物受精卵细胞2.下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述,正确的是( )A.用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口,有两个磷酸二酯键被断开B.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大C.序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数不同D.T4 DNA连接酶和E.coli DNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接3.(2023·北京海淀模拟)科研人员利用农杆菌转化法将抗病毒蛋白基因C导入番木瓜,培育出转基因抗病毒番木瓜,Ti质粒结构模式如图所示。
下列叙述正确的是( )A.农杆菌的T-DNA与番木瓜基因发生重组B.构建重组质粒需要限制酶和DNA聚合酶C.含重组Ti质粒的农杆菌具有四环素抗性D.转基因抗病番木瓜不具有卡那霉素抗性考点二基因工程的基本操作程序4.由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P 将目的基因接入载体E。
据图分析,下列叙述正确的是( )A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶Eco RⅤ或SmaⅠ切割载体PC.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞5.(2023·福建龙岩模拟)为提高红豆杉细胞培养物中紫杉醇的产量,研究人员构建紫杉醇合成关键酶基因(Bapt)的超表达载体,并将其导入红豆杉细胞,具体流程如图。
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“分子手术刀”——限 制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源： 主要从原核生物中分离纯化 2.种类与命名：
现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制 性内切酶(限制酶)。
⒈运载体需要的条件： ⑴有1~多个限制酶切点 ⑵对受体细胞无害 ⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达
会⑴子⑵怎作运霍⑷样为输乱有？分车菌某子吗的些运？质输标粒车记多—个基—限因载制，体酶便，切于如点果筛，没选你有会切用割它位来点做将分 ⒉⑷⑶常目假用的如运基目载因的有体基没因：有导进入入受受体体细细胞胞后，不如能何复去制发或现不？能转
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
5.作用结果： 产生黏性末端或平末端
EcoRⅠ
黏性末端
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，它们之间正好互补配对，这 样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端
平末端
生物A基因片段
……GAATTC…… ……CTTAAG……
起来，但效率较低
T4DNA连接酶
比较几种酶的作用
断开的化学键 结果
限制性内切酶 DNA酶 DNA解旋酶
特定位置的 磷酸二酯键
全部的磷酸 二酯键
碱基对 之间的氢键
DNA片段 特定末端 脱氧核苷酸
DNA单链
聚焦二： “分子缝合针” ------- DNA连接
酶 DNA连接酶与DNA聚合酶是同一物质吗?
“分子缝合针” —— DNA连接酶
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，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.
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”
DNA连接酶 DNA聚合酶
DNA复制
连接DNA链 连接部位
模板
双链
单链
在两DNA片 将单个核苷酸加到 段之间形成 已存在的核酸片段 磷酸二酯键 的末端上，形成磷
酸二酯键
不需要 需要
基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”
要让一个从甲生物细胞内取出来的 基因在乙生物体内进行表达，首先得将 这个基因送到乙生物的细胞内去。能将 外源基因送入细胞的工具就是运载体。
基础理论和技术发展催生了基因工程
基因工程的概念
基因工程，又叫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 生物的遗传特性。
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
➢基因转移工具（“分子运输车”） ——运载体
DNA重组技术的基本工具
学习目标
1、明确基因工程的原理。 2、举例说明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。
限制性核酸内切酶——“分子手术刀” ⒈自然界是否存在一种生物的DNA进入另一生物的情况 2.单细胞生物并没有在进化中灭绝，有何保护机制？
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
限制酶的识别序列
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源： 主要从原核生物中分离纯化 2.种类与命名： 3.功能（特异性）
识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且 使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸 二酯键断开。 4.限制酶识别序列
使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸 二酯键断开。
5
A
磷
4
1
酸
3
2
二
酯
5
T
键
4
1
3
2
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源： 主要从原核生物中分离纯化 2.种类与命名： 3.功能（特异性）
识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且 使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸 二酯键断开。 4.限制酶识别序列
例如：流感嗜血杆菌的d菌株 ( Haemophilus influenzae d )中先后分离到3种限制酶， 则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1.主要来源： 主要从原核生物中分离纯化
2.种类与命名：
3.功能（特异性） 识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且
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)
某种药物蛋白的基因 烟草的DNA
➢准确切割DNA的工具（“分子手术“分子缝合针”） ——DNA连接酶
科技探索之路
1944年，艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从 一种生物个体转移到另一种生物个体。
科技探索之路
1953年，沃森、克里克提出DNA的双螺旋结 构模型。
科技探索之路
克里克等提出中心法则
复制
转录
DNA
逆转录
翻译 RNA
蛋白质
科技探索之路
1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密 码，1966年霍拉纳用实验加以证明。
模块解读
课标要求：现代生物科技专题
拓展学生的生物科技视野,增强学生 的科技意识,为学生进一步学习生物学类 专业奠定基础。
课程标准中有关现代生物科技专题的核心知识的要求
细胞工程
本模块知识内容的构建顺序：
基因工程 细胞工程 胚胎工程
生态工程
分子水平
细胞水平
个体水平
微观
中观
群体水平
宏观
专题一 基因工程
生物B基因片段
……GAATTC…… ……CTTAAG……
EcoRⅠ 酶切
……G AATTC…… ……CTTAA G……
……G AATTC…… ……CTTAA G……
不同来源的DNA片段混合
……GAATTC…… ……CTTAAG……
……GAATTC…… ……CTTAAG……
将不同种来源的DNA片段连接起来
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
结果
人类需要的基因产物
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到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。