高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第3章 基因工程第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具授課ppt課件

這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第3章 基因工程第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具授課ppt課件，共59頁。PPT課件主要包含了知識(shí)回顧基因，ATCG，知識(shí)回顧DNA，胞嘧啶脫氧核苷酸，鳥嘌呤脫氧核苷酸，胸腺嘧啶脫氧核苷酸，腺嘌呤脫氧核苷酸，’3’，’5’，基因工程等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1.基因是什么？2.基因的功能是什么？
基因通過控制蛋白質(zhì)的合成，直接或間接控制生物的性狀。
——體現(xiàn)相關(guān)的生物性狀
基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
基因是控制生物性狀的基本單位
①DNA中文全稱:　　　　　　?、诮M成元素:　　　　　　　?、刍締挝?　　　　　　　　　
C H O N P
= 磷酸 + 脫氧核糖 + 含氮堿基
脫氧核苷酸如何連接成脫氧核苷酸鏈的呢？
② 和 交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成 ； 排列在內(nèi)側(cè)。
③兩條鏈上的堿基通過 連接成堿基對(duì)，且遵循 。
①DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按 方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
…… ATGCCGTGGAATTCC ………… TACGGCACCTTAAGG ……
①1944年，艾弗里等人通過肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了遺傳物質(zhì)是________，還證明了DNA可以在同種生物的不同個(gè)體之間轉(zhuǎn)移。②1953年，沃森和克里克建立了___________________模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。③20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、____________酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)，為DNA的切割、連接創(chuàng)造了條件。④1973年，科學(xué)家證明________可以作為基因工程的載體，構(gòu)建___________，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流。⑤1985年，穆里斯等人發(fā)明______，為獲取目的基因提供了有效手段。
是指按照人們的愿望，通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品，從技術(shù)操作層面看，由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作重組DNA技術(shù)。
遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。生物界共用一套遺傳密碼。
1.簡述重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具及其作用。2.說出基因工程中作為載體需要具備的條件。4.進(jìn)行DNA的粗提取與鑒定3.認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。
我國是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。棉花在種植過程中，常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。
如何能培育出自身就能抵抗蟲害 的棉花新品種呢？
已知：蘇云金芽孢桿菌含有一種抗蟲基因。
普通棉花(無抗蟲特性)
剪下來的抗蟲基因能否直接把它導(dǎo)入到棉花體內(nèi)？
不能。大多數(shù)生物會(huì)排斥外來的基因，若直接導(dǎo)入會(huì)被降解。
與載體DNA拼接，再導(dǎo)入
將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞
重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具：
主要從原核生物中分離純化出來
現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出了約4000種限制酶。
特定位點(diǎn)上的磷酸二酯鍵
①能夠識(shí)別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列。②能夠切割特定序列中的特定位點(diǎn)。
?限制酶不是一種酶，而是一類酶
限制酶只切割兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。
專一識(shí)別GAATTC的序列，并使G和A之間的磷酸二酯鍵斷開。
被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。
能識(shí)別CCCGGG序列，并使C和G之間的磷酸二酯鍵斷開。
當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。
5.限制酶的識(shí)別序列的特點(diǎn)：
(1)大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成；也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸組成。
（一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈逆向讀的順序完全一致）。
(2)能被限制性酶特異性識(shí)別的序列一般都是回文序列：在限制酶所識(shí)別的序列作中心軸線，中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ排列的。
下列哪項(xiàng)不具有限制酶識(shí)別序列的特征（ ）
A. GAATTC CTTAAG
B. GGGGCCCC CCCCGGGG
C. CTGCAG GACGTC
D. GTAAATC CATTTAG
1.寫出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考以下問題：
同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否一定不同？
1.大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成；也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸組成。
2.能被限制性酶特異性識(shí)別的序列一般都是回文序列：在限制酶所識(shí)別的序列作中心軸線，中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ排列的。
3.同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端相同， 不同限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端可能相同。
限制酶是如何、命名的呢？是用生物署名的頭一個(gè)字母詞與種加詞的頭兩個(gè)字母，組成了3個(gè)字母的略語，以此來表示這個(gè)酶是從哪種生物中分離出來的。
例如，一種限制酶是從大腸桿菌（Escherichia cli）的R型菌株分離來的，就用字母EcR表示；如果它是從大腸桿菌R型菌株中分離出來的第一種限制酶，則進(jìn)一步表示成EcR I
例如：流感嗜血桿菌(Haemphilus influenzae) d株中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:
數(shù)字表示 分離出來的第幾種限制酶
大腸桿菌（Escherichia cli） R型菌株分離出來的第一種限制酶
【問題探究1】限制酶主要從原核生物中分離得到的，推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？
限制酶是原核生物的一種防御工具，用來切割侵入細(xì)胞的外源DNA，以保證自身安全。
【問題探究2】原核生物中的限制酶會(huì)不會(huì)切割本身的DNA分子？
含某種限制酶的原核生物的DNA分子不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者該識(shí)別序列的堿基已經(jīng)被修飾(甲基化)，使限制酶不能將其切開。
【問題探究3】請(qǐng)結(jié)合下圖，推斷限制酶切一次可斷開幾個(gè)磷酸二酯鍵？ 消耗幾分子水？產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？
斷開兩個(gè)磷酸二酯鍵；消耗兩分子水；產(chǎn)生2個(gè)黏性末端。
【問題探究4】要想從一個(gè)DNA分子中獲得某個(gè)特定的基因需要用限制酶切幾次？
將DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵 。
兩個(gè)DNA片段要具有相同的黏性末端才能拼接起來
能否連接任意的DNA片段？
2、DNA連接酶的縫合作用
為了確保切割后的兩個(gè)DNA片段能夠拼接，一般是用同種限制酶進(jìn)行切割 （因?yàn)橥N限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端一樣）若用不同限制酶切割，需確保切割后產(chǎn)生的黏性末端一樣
①E.cli DNA連接酶
只能連接互補(bǔ)黏性末端的DNA片段
黏性末端和平末端均能連接，但連接平末端的效率相對(duì)較低。
3. DNA連接酶的種類：
比較限制酶、DNA連接酶、解旋酶、DNA聚合酶
作用于氫鍵，使DNA的兩條鏈解開
作用于磷酸二酯鍵，將游離的脫氧核苷酸連接起來，需要模板
作用于磷酸二酯鍵，將DNA切成兩個(gè)片段
作用于磷酸二酯鍵，將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子
基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車”
將目的基因送入受體細(xì)胞，使目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行大量復(fù)制
通常是用質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒也可以。
質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。
注：1.常見的標(biāo)記基因：四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等2.真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。
①有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)（供外源DNA片段（基因）插入其中）②攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞后，能進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制（使外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并復(fù)制）③具有特殊的標(biāo)記基因（便于重組DNA分子的篩選）對(duì)受體細(xì)胞無害
標(biāo)記基因：便于重組DNA分子的篩選
含有氨芐青霉素抗性基因的質(zhì)粒
在含有 的選擇培養(yǎng)基上培養(yǎng)
1.“分子手術(shù)刀”—— 來源：作用：作用結(jié)果：2.“分子縫合線”——作用：分類：3.“分子運(yùn)輸車”—— 1）作用： 2）種類： 3）應(yīng)具備條件：
產(chǎn)生黏性末端、平末端
將不同的DNA片段連接起來
將外源基因送入受體細(xì)胞
質(zhì)粒（最常用）、噬菌體、動(dòng)植物病毒
E.cli DNA連接酶、T4DNA連接酶（來源、區(qū)別？）
主要從原核生物中分離純化出來。
識(shí)別特定的核苷酸序列，使特定部位的磷酸二酯鍵斷開。
②能在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。
①有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)
——便于重組DNA分子的篩選
——供外源DNA片段（目的基因）插入其中
小結(jié)：基因工程的基本工具
1.下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述，正確的是（ ）A.質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器B.質(zhì)粒是細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子C.基因工程使用的載體只有質(zhì)粒D.細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過程一定是在宿主細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立進(jìn)行
2．（多選）下列有關(guān)限制性內(nèi)切核酸酶的敘述，錯(cuò)誤的是（ ）A．用限制酶切割一個(gè)目的基因兩端時(shí)，被水解的磷酸二酯鍵有2個(gè)B．限制酶識(shí)別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大C．5′—↓ CATG—3′和5′—G↓CATGC—3′序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA連接酶連接D．只有用相同的限制酶處理含有目的基因的片段和質(zhì)粒，才能形成重組質(zhì)粒
4.（高考全國卷I）已知在一線性DNA分子上有3個(gè)某種限制酶的切割位點(diǎn),如下圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該限制酶切斷,則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d 4種不同長度的DNA片段。現(xiàn)有多個(gè)上述線性DNA分子,若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷,則從理論上講,經(jīng)該限制酶切開后,這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生的長度不同的DNA片段種類數(shù)是(　　)
A.3種 B.4種 C.9種 D.12種 E.19種
線性DNA分子的酶切示意圖
① ② ③
下面是4種限制酶所識(shí)別的DNA分子序列和切割位點(diǎn)圖(↓表示切割位點(diǎn),切口為黏性末端),下列敘述正確的是(　　)限制酶1:
A.限制酶1和3切出的黏性末端相同B.限制酶1、2、4識(shí)別的序列都由4個(gè)脫氧核苷酸組成C.在使用限制酶的同時(shí)還需要解旋酶D.限制酶1和2切出的DNA片段可通過T4 DNA 連接酶拼接
1.提取DNA的基本思路
利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，提取DNA，去除其他成分。
②DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，可提純DNA。
①DNA不溶于酒精，細(xì)胞中某些蛋白質(zhì)溶于酒精，用于初步分離DNA。
當(dāng)NaCl的物質(zhì)的濃度為0.14 ml/L時(shí)，DNA的溶解度 。此時(shí)DNA （溶解或析出）。當(dāng)NaCl的物質(zhì)的量濃度為2ml/L時(shí)，DNA的溶解度最大。 利用這一原理，可以使DNA在鹽溶液中溶解或析出。
二苯胺有毒，現(xiàn)配現(xiàn)用并用棕色瓶保存。
研磨液：體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精：2ml/L 的NaCl 溶液：二苯胺試劑：
析出DNA（即粗提取DNA）。
破壞細(xì)胞，釋放出細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)。
新鮮洋蔥或香蕉、菠菜、菜花、豬肝等
稱取 ，切碎，放入研缽，倒入 ，充分研磨。
在漏斗中墊上紗布，過濾研磨液，4℃冰箱中靜置后取 ；或?qū)⒀心ヒ旱谷胨芰想x心管中離心，取 。
在上清液中加入體積相等的 溶液,靜置2~3min，溶液中出現(xiàn)的 就是粗提取的DNA 。
加入2ml/L氯化鈉溶液加入4ml二苯胺試劑不加入絲狀物
5.DNA的析出與鑒定
加入2ml/L氯化鈉溶液加入4ml二苯胺試劑加入絲狀物
（1）選什么樣的材料實(shí)驗(yàn)更易成功？用洋蔥做材料，為什么要充分研磨？（2）豬和雞的成熟紅細(xì)胞，是否適合用作提取DNA的材料？（3）如果用動(dòng)物細(xì)胞做材料，也需要研磨裂解釋放細(xì)胞中的DNA嗎？
提示：豬血（哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞）無細(xì)胞核，不適合； 雞血中紅細(xì)胞有核DNA，且核DNA的量較多，適合；
提示：選取DNA含量相對(duì)較高的生物組織，成功率更大。
提示：充分研磨，可以破壞細(xì)胞壁，裂解細(xì)胞，釋放DNA
加入清水，使細(xì)胞吸水膨脹，裂解釋放DNA。
2.有2個(gè)不同來源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeI進(jìn)行切割，B片段分別用限制酶HindⅢ、XbaI、EcRV和XhI進(jìn)行切割。各限制酶的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)如下。
（1）哪種限制酶切割B片段產(chǎn)生的DNA片段能與限制酶SpeI切割A(yù)片段產(chǎn)生的DNA片段相連接?為什么?
XbaⅠ。因?yàn)閄baI與SpeI切割產(chǎn)生了相同的黏性末端。
3.圖甲是含有目的基因的外源DNA片段，圖乙是用于將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的質(zhì)粒（陰影部分表示抗生素抗性基因），相關(guān)限制酶的作用部位如圖所示，現(xiàn)欲培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因抗病植株，回答下列問題。
（1）上述操作中不宜選用Sma I，原因是Sma I會(huì)破壞__________和_____________。（2）在基因工程的操作中， （能/不能）選用EcR I，原因是用EcR I切割外源DNA片段后，_______________________________________。
目的基因只有一側(cè)含有黏性末端，不能插入到質(zhì)粒中
1、選目的基因兩端和運(yùn)載體都有的酶切位點(diǎn)；2、所選酶切位點(diǎn)不能破壞目的基因以及標(biāo)記基因。
方法總結(jié)：---選擇酶切位點(diǎn)的原則