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切问近思 自能发展
第三章基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具（第1课时）
切问近思 自能发展
学习目标
01
02
03
分析新冠疫苗的研制过程，尝试提出初步的工程学构想，培养归纳、类比等科学探究能力，提升科学思维。（科学思维）
通过模拟活动掌握限制酶和DNA连接酶的作用，并构建载体模型，培养合作交流意识。（科学探索）
了解重组蛋白新冠疫苗的研制，掌握基因工程的基本概念及理论基础，发展结构与功能相适应的生命观念。（生命观念）
新冠疫苗研究的重大突破
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材料1：西湖大学科研人员研究发现，新型冠状病毒感染人体细胞的关键在于冠状病毒的S蛋白与人体ACE2 蛋白的结合，通过与人体ACE2 蛋白的结合入侵人体，同时引起人体免疫反应。
问题1：
(1)你选择哪种物质作为疫苗引起人体免疫反应，原因是什么？
(2)如果利用昆虫细胞批量生产该疫苗，应该如何操作？
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新冠病毒
基因组DNA
(S蛋白基因)
S蛋白基因
(体外)
基因组DNA
mRNA
昆虫细胞
S蛋白
新冠疫苗
昆虫细胞生产新冠疫苗的操作流程
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基因工程：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,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。
材料2：
研究者在对噬菌体（细菌病毒）及其宿主进行研究时，首次发现了限制性内切核酸酶（简称限制酶）。细菌可以抵御新病毒的入侵，而这种"限制"病毒生存的办法则可归功于细胞内部可摧毁外源DNA的限制酶。这些酶可将基因切割成小的基因片段。
材料3：DNA水解酶可以将组成DNA分子的脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键打开，使DNA分子分解成单个核苷酸。
T
G
C
A
A
T
C
G
T
A
限制性内切核酸酶
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问题2：如果要获得S蛋白基因，可以选择哪种酶？
问题3：限制酶可以切割DNA片段上任意的磷酸二酯键吗？
问题4:
（1）限制酶在识别序列和切割位点方面分别有什么特点？
（2）切割形成的末端有几种？这些末端是如何形成的？
（1）识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，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断开。
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EcoRI限制酶的切割
SmaI限制酶的切割
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（2）有黏性末端和平末端两种。
问题4:
（1）限制酶在识别序列和切割位点方面分别有什么特点？
（2）切割形成的末端有几种？这些末端是如何形成的？
（1）识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，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断开。
在限制酶的识别序列中可以找到一条中心轴线，将中轴线两侧的DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，在中心轴线处切开时，产生的是平末端。
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EcoRI限制酶的切割
SmaI限制酶的切割
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（2）有黏性末端和平末端两种。
模拟活动1：
小组合作，利用限制酶切割出目的基因，体验限制酶的作用及特点。
-GGATCC-
-CCTAGG-
-TCTAGA-
-AGATCT-
限制酶BamH Ⅰ
限制酶Xba Ⅰ
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材料4：在研究过程中遇到的困惑：限制酶切割后的DNA片段往往不能进行复制并很容易在细胞中降解。
问题5：获得S蛋白基因后，可以直接导入昆虫细胞吗？
材料5:(1)大肠杆菌耐药性基因位于质粒上。(2)质粒可以在细菌之间转移，从而使其他本不耐药的细菌获得耐药性。(3)质粒上存在复制原点，可以在不同细胞内稳定存在并大量复制，并且质粒在不同细胞中均可表达其上所携带的基因。
问题6：阅读材料5对你所遇到的困惑有什么启发？
S蛋白基因
(体外)
基因组DNA
mRNA
质粒结构模式图
目的基因
插入位点
氨苄青霉素
抗性基因
复制原点
问题7：结合材料5和材料6，分析质粒的结构，小组讨论并总结：作为载体的质粒至少需要具备什么条件？
材料6：在基因工程操作中，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。这些质粒上常有特殊的标记基因，如氨苄青霉素抗性基因。
氨苄青霉素抗性基因是基因工程中使用非常广泛的标记基因。青霉素可抑制细胞壁肽聚糖的合成，从而起到杀菌作用。氨苄青霉素抗性基因编码的酶可以起到解除氨苄青霉素毒性的作用，因此具有该基因的微生物可以抵抗氨苄青霉素的杀菌作用。
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质粒结构模式图
目的基因
插入位点
氨苄青霉素
抗性基因
复制原点
作为载体至少需要具备的条件：
1.一个至多个限制酶切割位点
2.有用于筛选的标记基因
3.能在宿主细胞中稳定保存并大量复制
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模拟活动2：
小组合作，用限制酶切割质粒，为目的基因的插入做准备。
-GGATCC-
-CCTAGG-
-TCTAGA-
-AGATCT-
限制酶BamH Ⅰ
限制酶 Xba Ⅰ
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A
A
T
T
G
A
T
A
T
C
DNA聚合酶
A
A
T
T
G
T
T
C
A
A
DNA连接酶
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问题8:（1）观察S蛋白基因末端和质粒末端，你有什么发现？
（2）如果要将S蛋白基因插入质粒，这两个片段由什么酶连接？
分类 来源 作用
阅读课本p72，完成学历案上的表格
大肠杆菌
T4噬菌体
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和平末端(效率较低)
E·coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
三、DNA连接酶—“分子缝合针”
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模拟活动3：小组合作，将新冠病毒S蛋白基因与质粒“拼接”，体会DNA连接酶的作用和构建载体的过程。切问近思 自能发展切问近思 自能发展
限制酶
DNA连接酶
载体
①有一个至多个限制酶切割位点；
②有特殊的标记基因；
③有复制原点；
质粒、 噬菌体 、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类:
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
作用部位：
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位：磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来
小结
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课堂延伸
学以致用：请尝试利用本节课所学的重要知识，设计利用细菌生产甲流疫苗的操作流程。
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祝你学习进步！

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