资源简介

(共35张PPT)
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编码氨基酸的密码子。截至19666年，64个密码子均被破译成功。
1970年科学家在细菌中发现了第一个限制性核酸内切酶（简称限制酶）
1972年，伯格首先在体外进行了DNA的改造，成功构建了第一个体外重组DNA分子。
1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。
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。
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。
1985年，穆里斯等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。
科技探索之路
基因工程的发展历程
树：不能发光
萤火虫：能发光
愿望
发光树
发光树
愿望
基因工程:
是指按照人们的愿望，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。
从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。
重组DNA技术
基因工程：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。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术
操作环境
操作原理
操作对象
操作水平
结果
意义
生物体外
基因
DNA分子水平
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
基因重组
【概念剖析】
定向改造生物的性状；克服远缘杂交不亲和障碍
小鼠
萤火虫
发光基因
1980年
世界上第一个转基因动物问世
超级小鼠：转入大鼠的生长激素基因，使小鼠体重为正常个体的二倍。
重组DNA技术
小鼠
萤火虫
发光基因
拼接的基础
1.DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸）
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
表达的基础
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息的传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
1.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来
2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
到社会中去
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？
工具
分子手术刀
分子缝合针
分子运输车
限制性内切核酸酶：
DNA连接酶：
载体：
准确切割DNA分子,得到所需的目的基因
能将目的基因连接到载体上
能将目的基因导入受体细胞中
第1节第1课时
重组DNA技术的基本工具
目录 /CONTENTS
“分子缝合针”
01
02
“分子手术刀”
03
“分子运输车”
“分子缝合针”
“分子运输车”
目标
01
02
03
关注基因工程的诞生和发展历程，参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。（社会责任）
探究DNA的物理与化学性质， 进行DNA分子的提取与鉴定。（科学思维）
学习目标
运用结构与功能观说明基因工程的各种工具的特点。（生命观念）
1、来源：
2、种类：
主要来自原核生物
3、特点：
数千种
能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
根据你所掌握的知识你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么？
旁栏思考
①
②
细菌等原核生物容易受到自然界外源DNA（如噬菌体）的入侵。所以它在长期的进化过程中形成了套完善的防御机制。这类原核生物之所以长期进化而不灭绝，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。
旁栏思考：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？
发散思考：为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？
细菌自身的DNA没有限制酶识别的特定序列或者识别序列被修饰（甲基化），所以不会限制酶切割自身的DNA。
EcoRⅠ
属名Escherichia首字母
种名coli前两个字母
R型菌株
从中分离的第一个限制酶
例如：流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
Hind I
Hind II
Hind III
4.限制酶的命名
用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。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EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoR I 。
1’
2’
3’
4’
5’
C
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
G
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
特点：专一性
②呈现碱基互补对称，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 ，称为回文序列。
5.几种常见的限制酶的识别序列及切割位点：
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。
从5’→3’正向读与另一条链从5’→3’反向读的碱基顺序完全一致
1.下面哪项不具有限制酶识别序列的特征？
A．GAATTC B．GGGGCCCC
CTTAAG CCCCGGGG
C．CTGCAG D．CTAAATC
GACGTC GATTTAG
D
限制性内切核酸酶
（限制酶）
你知道限制酶是如何精确切割的吗？
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，
并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
第一步
第二步
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
你能模拟这个过程吗？
3’
5’
3’
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
中轴线
错切
5’
3’
5’
3’
例如，EcoRⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为GAATTC，并切断G和A之间的磷酸二酯键
3’
5’
5’
3’
黏性末端
黏性末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；
注意：限制酶切割磷酸二酯键后氢键会自动断裂！
5’
3’
5’
3’
例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键
中轴线
平切
5’
3’
5’
3’
例如，SmaⅠ限制酶的识别序列为
从5’→3’方向的识别序列均为CCCGGG，并切断C和G之间的磷酸二酯键
平末端
当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。
3’
5’
5’
3’
6、作用结果：
产生黏性末端或平末端
一
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。例如，EcoRⅠ、SmaⅠ限制酶的识别序列均为6个核苷酸，也有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。
一些常用的限制酶识别序列与切割产生的末端类型（拓展）
2.下列黏性末端属于由同种限制酶切割而成的是( )
① ②
③　　　 　④
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.①② B.①③ C.①④ D.②③
要想获得某个目的基因需要几个识别位点，要用限制酶必须切断几个磷酸二酯键？产生几个黏性末端？
G A A T T C
G A A T T C
C T T A A G
C T T A A G
A A T T C
G
G
C T T A A
目的基因
目的基因
目的基因两侧各具备一个或多个限制酶的切割位点
BamHⅠ ； EcoRⅠ ；Hind Ⅲ ；BglⅡ 。
【练习】：写出下列限制酶切割形成的黏性末端
GATC
AATT
AGCT
GATC
思考：同种限制酶切割的黏性末端一定相同吗？不同种限制酶切出的黏性末端一定不同吗？
同种限制酶切割产生的黏性末端相同，不同限制酶可能会形成相同的黏性末端
做题技巧：注意观察识别序列和切割位点
①找到切割位点②补全序列
①不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同。
【解析：酶具有专一性，识别的序列相同】
判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：将其中一个末端旋转180度，若与另一个完全相同，则说明两个末端是用同一种限制酶切割
旋转180度
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
Sau3AⅠ
②同一个DNA分子用不同限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同,(也有可能切割出相同的黏性末端，可以相互配对连接成链）
G
C
G
C
C
G
C
G
总结：产生相同的黏性末端不一定都是用同一种限制酶切割
已知BamHⅠ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，Sau3AⅠ的识别序列和切点是—↓GATC—
BamHⅠ
③不同限制酶切割形成的黏性末端，如果互补则可以相互重新配对连接
Sau3AⅠ
总结：两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
现有一长度为1000碱基对(bp）的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用Kpn1单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRI、Kpnl同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是
(1)获取目的基因和切割载体时, 通常使用同种限制酶,目的是 。但是使用该法缺点是容易发生______________________________________________________________________，为了避免上述情况发生，可采取的措施是:
________________________________________________________________________
为了产生相同的黏性末端，便于连接
两
4
分别使用两种限制酶去切割目的基因和运载体
目的基因、质粒的自身环化以及目的基因与质粒反向连接
(3)选择限制酶切割位点的基本原则：
①切割目的基因时：________________________________________。
②切割质粒时：____________________________________________________。
能切下目的基因且不破坏目的基因
至少保留一个完整的标记基因，便于筛选
用限制酶切割时需注意的事项
(2)获取一个目的基因需限制酶切割 次,共产生 个游离的磷酸基团。
【例3】①用图1中的质粒和图2中的外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是
_______________________________________________。
②构建重组质粒时，最好选择限制酶BamHⅠ、HindⅢ处理质粒、外源DNA，这样做的目的是_________________________________________________。
SmaⅠ会破坏质粒中的抗性基因以及破坏目的基因
确保目的基因与质粒的定向连接
①…CTGCA
…G
②…G
…CTTAA
③ G…
ACGTC…
④ AATTC…
G…
A. ①③；②④ B. ①②；③④ C. ①④；②③ D.以上都不对
缺口怎么办？
例1.人的胰岛素基因能通过拼接并在受体细胞大肠杆菌中表达出相同蛋白质--胰岛素的理论基础是？
（1）大肠杆菌和人的遗传物质都是 。
（2）不同生物的DNA分子能够拼接在一起，原因是________________________________________________________________________
（3）同一种基因在不同生物体内表达出来的蛋白质相同，因为___________
_________________________________________________________
（4）遗传信息的传递都遵循 。
(5) 为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？
DNA
中心法则
基因的组成、空间结构和碱基互补配对方式相同
所有生物共用一整套遗传密码
科技探索之路
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

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