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(共29张PPT)
3.1重组DNA技术的基本工具（第1课时）
“分子缝合针”
“分子运输车”
“分子手术刀”
教学目标
1.阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。
2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
怎样培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？
我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。大量施用农药不仅提高了生产成本，还可能造成农产品和环境的污染，如果能培育出自身能抵抗棉铃虫的棉花就能解决这个问题。
棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。
普通棉花
转基因抗虫棉
苏云金杆菌
毒蛋白基因
毒蛋白
杀死害虫
怎样培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？
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，因此又叫做DNA重组技术。
【归纳定义】工程别名：
操作对象：
操作水平：
工程实质：
DNA重组技术
基因
DNA分子水平
基因重组
从社会中来
环斑病毒的
非转基因木瓜
转基因木瓜
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒侵染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。
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”。
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？
“分子运输车”
“分子手术刀”
“分子缝合针”
“工欲善其事，必先利其器”
从社会中来
限制性内切核酸酶：
DNA连接酶：
载体：
准确切割DNA分子
将DNA片段连接起来
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
一 限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
主要是原核生物
来源
1、识别双链DNA分子
作用
形成黏性末端或平末端
结果
2、断开磷酸二酯键
A
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
T
脱氧
核糖
P
O
A
脱氧
核糖
P
O
G
脱氧
核糖
P
O
C
脱氧
核糖
P
O
5’
3’
5’
3’
1’
2’
3’
4’
5’
G
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
一 限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
A
G
T
C
A
T
T
C
G
A
T
A
G
G
A
T
C
A
T
C
A
T
A
T
大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_________序列，并切割___和___之间的____________。
切割后产生__________。
GAATTC
G
A
磷酸二酯键
黏性末端
1.EcoRI 限制酶
限制酶
一 限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
G
G
G
C
C
C
C
C
C
G
G
G
SmaI 限制酶只能识别 序列，切割 和 之
间的 切开，切割后产生 。
CCCGGG
C
G
磷酸二酯键
平末端
2.SmaI 限制酶
限制酶
一 限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
破坏外源DNA，保护自我
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
缺乏特定的核苷酸序列
一 限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将 和 连接起来催化形成 。
脱氧核糖
磷酸
磷酸二酯键
DNA连接酶--“分子缝合针”
A
G
T
C
A
T
T
C
G
A
T
A
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来；两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来。
1.EcoRI DNA连接酶
T
C
G
A
T
C
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口，但不能将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上！
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
2.T4 DNA连接酶
还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低。
C
C
C
G
G
G
G
G
G
C
C
C
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
限制性核酸内切酶--“分子手术刀”
类型
来源
功能
相同点
差别
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
大肠杆菌
粘质沙雷氏菌
恢复磷酸二酯键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和
平末端(效率较低)
【小结】E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶的区别
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质 化学本质 不 同 点 模板
作用对象
作用结果
用途
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要
形成完整的重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
【小结】DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
A A T T G
C
A
A
T
T
A
A
T
T
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶的作用
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
C
A
A
T
T
G
A
G
T
A
T
C
DNA聚合酶
以DNA母链为模板，连接单个脱氧核苷酸形成单链
DNA聚合酶作用示意图
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
DNA聚合酶
DNA连接酶
DNA解旋酶
限制酶
下列是有关DNA的各种酶，请选择对应的作用位点：
氢键
磷酸二酯键
二 DNA连接酶--“分子缝合针”
载体的作用
载体的
必要条件
载体的种类
①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
②具一个或多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
③具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。
④必须是安全的 ，对受体细胞无害。
①作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中
②在受体细胞内对目的基因进行大量复制
①细菌的质粒
②病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
【阅读课本第72页相关内容，填写下表：】
三 基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
质粒
将外源基因送入受体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
1.作用：
动植物病毒
噬菌体
2.种类：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
质粒
有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。
能复制并带着插入的目的基因一起复制
一种较为理想的载体，它是独立于细菌拟核之外的很小的双链环状DNA分子，具有自我复制能力。有一个至多个限制酶切割位点，并含有一些抗生素抗性基因（如图）,如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，这些基因可以作为鉴定和筛选重组DNA的标记基因。
三 基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
3.运载体需具备的条件
（1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
（2）有一个至多个限制酶切点
（3）有某些标记基因
（4）对受体细胞无害、易分离
能进入受体细胞并在受体细胞内复制并表达；
便于与不同目的基因结合
便于鉴定和筛选
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。
三 基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
三 基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
质粒
人的DNA分子
用EcoRⅠ限制酶切割
用EcoRⅠ限制酶切割
用DNA连接酶粘合
计划让大肠杆菌表达人类生长激素？
三 基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”
几种相关酶的比较
名称 作用部位 作用结果
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA(水解)酶
解旋酶
磷酸二酯键
碱基对之间的氢键
将DNA切成两个片段
磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
磷酸二酯键
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
磷酸二酯键
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
小结
基因工程
的工具
限制酶
主要存在于原核生物中
具有专一性(识别序列)
切开DNA分子的磷酸二酯键
产生黏末端或平末端
DNA连接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶
T4 DNA连接酶
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
载体
具备的
条件
能在宿主细胞中自我复制
并稳定存在
具一种至多种限制酶切点
具标记基因
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