【课件】重组DNA技术的基本工具课件 2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三.pptx

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1、第1课时第3章 基因工程重组DNA技术的基本工具人教版选择性必修3学习活动学习总结学习目标学习目标1.能概述基因工程的概念2.能阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用3.能阐明DNA粗提取的原理和方法学习目标学习总结学习活动学习活动能概述基因工程的概念任务：阅读下面情境资料，提出你的看法并依据你所学的遗传学知识阐明理由。目标一【情境资料】【情境资料】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

2、种“杀虫基因”它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。【提问】能否将苏云金杆菌的“杀虫基因”导入棉花细胞，使棉花自身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？【提示】能，因为绝大多数生物的遗传物质都是DNA，不同生物的DNA分子的结构基本相同；不同生物的基因在表达时都遵循“中心法则”，在受体细胞内定向表达；所有生物共同一套遗传密码。学习目标学习总结学习活动学习活动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制品。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。定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍定向改造生

3、物性状；克服远缘杂交不亲和障碍基因工程：体外环境体外环境操作环境：操作环境：原理：原理：基因重组基因重组操作对象：操作对象：基因基因操作水平：操作水平：分子水平分子水平结果：结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要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制品的新的生物类型和生物制品意义：意义：学习目标学习总结学习活动学习活动2024/1/22“分子手术刀分子手术刀”准确切割准确切割DNADNA分子分子“分子缝合针分子缝合针”“分子运输车分子运输车”将将DNADNA片段连片段连接起来接起来将体外重组好的将体外重组好的DNADNA分分子导入受体细胞子导入受体细胞学习目

4、标学习总结学习活动学习活动任务1：阅读教材P71-72，梳理总结限制酶和DNA连接酶的相关知识。能阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用目标二1.限制性内切核酸酶有什么作用？限制酶的识别序列有什么特点？2.什么是粘性末端？什么是平末端？3.DNA连接酶的作用是什么?常用的DNA连接酶主要有哪两类?两者有何区别？学习目标学习总结学习活动学习活动1.作用：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。大肠杆菌的EcoR限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端5 5 3 3 5 5 3 3 T TAAGGGGT TAAT

5、 TCCCCAA磷酸二酯键一、限制性内切核酸酶一、限制性内切核酸酶“分子手术刀分子手术刀”学习目标学习总结学习活动学习活动2.识别序列：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，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。EcoREcoR5 5G-A-A-T-T-G-A-A-T-T-CC3 33 3C-T-T-A-A-C-T-T-A-A-G5G5SmaSma5 5C-C-C-G-G-C-C-C-G-G-GG3 33 3G-G-G-C-C-G-G-G-C-C-C5C5BamHBamH 5 5G-G-A-T-C-G-G-A-T-C-CC3 33 3C-C-T-A-G-C-C-T-A-

6、G-G5G5TaqTaq5 5T-C-G-T-C-G-AA333 3A-G-C-A-G-C-T5T5 限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，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。在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。学习目标学习总结学习活动学习活动3.切割结果当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的是平末端；EcoR 中轴线中轴线粘性末端粘性末端平末端平末端Sam 学习目标学习总结学习活动学习活

7、动 现学现用：写出下列限制酶切割形成的黏性末端现学现用：写出下列限制酶切割形成的黏性末端BamH_ EcoR_Hind_ Bgl _ GATCAATTAGCTGATC*思考：你从中发现什么现象了？不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端学习目标学习总结学习活动学习活动注意说明（1）限制酶是一类酶而不是一种酶。（2）限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键，而不是氢键。（3）限制酶具有特异性，任何一种限制酶都只能识别和切断特定核苷酸序列，这是由酶的专一性所决定的。（4）限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中（5）限制酶的识别序列与被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6个核苷酸组成，少数由4个、8个

8、或其他数量的核苷酸组成；后者是双链序列学习目标学习总结学习活动学习活动（1）作用：（2）常用种类及作用种类EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源作用相同点大肠杆菌T4噬菌体只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）恢复的都是磷酸二酯键二、DNA连接酶“分子缝合针”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。学习目标学习总结学习活动学习活动拓展延伸拓展延伸DNADNA连接酶和连接酶和DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较比较项目比

9、较项目DNADNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶聚合酶相同点相同点作用实质作用实质不不同同点点模板模板作用对象作用对象作用结果作用结果用途用途都能催化形成磷酸二酯键都能催化形成磷酸二酯键不需要不需要需要需要DNADNA的一条链作模板的一条链作模板形成完整的重组形成完整的重组DNADNA分子分子形成形成DNADNA的一条链的一条链基因工程基因工程DNADNA复制复制只能将单个核苷酸连接到已有只能将单个核苷酸连接到已有的的DNADNA片段上，形成磷酸二酯键片段上，形成磷酸二酯键在两个在两个DNADNA片段之间片段之间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键学习目标学习总结学习活动学习活动任务2：制作如下图的三

10、个纸条，注意碱基稍微写大点，字母之间要留点空隙，便于裁剪，准备剪刀和胶带。根据限制酶和DNA连接酶的相关知识，完成下列任务ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG绿色纸条绿色纸条TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATACAGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG红色纸条红色纸条ATAGGATCCTATCCATGAATTCGGCATACTATCCTAGGATAGGTACTTAAGCCGTATG橙色纸条橙色纸条学习目标学习总结学习活动学习活动（1）用EcoRI酶来处理纸条的DNA分子，会得到

11、怎样的黏性末端？处理处理得到得到【提示】片段片段2片段片段1处理处理得到得到片段片段3学习目标学习总结学习活动学习活动2.再让用DNA连接酶把它们连接起来，会有哪些情况？（多个分子连接时只考虑两两连接的情况）考虑以下几种情况：考虑以下几种情况：片段片段1 1与片段与片段1 1能否连接？如何连接？能否连接？如何连接？片段片段2 2与片段与片段2 2能否连接？如何连接？能否连接？如何连接？片段片段1 1与片段与片段2 2能否连接？如何连接？能否连接？如何连接？单个片段单个片段3 3自身能否连接？如何连接？自身能否连接？如何连接？片段片段3 3与片段与片段3 3怎样连接？怎样连接？学习目标学习总结学

12、习活动学习活动总结：用一种限制酶切割DNA分子形成的两个DNA片段1与2，用DNA连接酶连接可出现以下几种情况：片段1可与片段2连接片段1反向后可与另一片段1连接片段2反向后可与另一片段2连接【提示【提示】学习目标学习总结学习活动学习活动总结：一个DNA分子两端都有同一个限制酶的识别序列，被限制酶切割后，可出现自身连接成环（环化）的现象【提示【提示】学习目标学习总结学习活动学习活动（1）载体的作用：一是作为运载工具，与外源基因（即目的基因）的DNA片段结合，将目的基因转移到受体细胞中；二是在受体细胞内对目的基因进行大量的复制。（2）常用的载体：种类用途不同点质粒、噬菌体植物病毒动物病毒将外源基

13、因导入大肠杆菌等受体细胞将外源基因导入植物细胞将外源基因导入动物细胞来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别三、基因进入受体细胞的载体三、基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”学习目标学习总结学习活动学习活动（3）载体必须具备的条件：(1)能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。(2)有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，而且每种酶的切割位点最好只有一个。(3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。(4)无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。学习

14、目标学习总结学习活动学习活动2024/1/22一种裸露的、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。大肠杆菌及质粒结构模式图（4）最常用的载体质粒:质粒的来源：质粒存在于细菌和酵母菌等生物细胞中，最常用的是大肠杆菌质粒。质粒的本质：环状DNA分子，其基因属于细胞质基因。学习目标学习总结学习活动学习活动DNADNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定实验原理实验原理（1 1）实验思路实验思路：DNADNA、RNARNA、蛋白质和脂质等、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异在物理和化学性质方面存在差异，可，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方

15、法对它们进行提取。以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。（2 2）实验原理实验原理：DNADNA不溶于酒精，但某些不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精蛋白质溶于酒精DNADNA能溶于物质的量浓度能溶于物质的量浓度为为2 mol/L2 mol/L的的NaClNaCl溶液溶液在一定温度下，在一定温度下，DNADNA被二被二苯胺试剂染成蓝色苯胺试剂染成蓝色初步分离初步分离DNADNA和蛋白质和蛋白质溶解溶解DNADNA鉴定鉴定DNADNA学习目标学习总结学习活动学习活动方法步骤方法步骤（1 1）通过）通过研磨释放研磨释放 DNA DNA 称取约称取约30g 30g 洋葱，切碎，然后洋葱

16、，切碎，然后放入放入研钵中，倒研钵中，倒入入10 mL 10 mL 研磨液，研磨液，充分研磨（可加充分研磨（可加入入少量石英砂助研）。少量石英砂助研）。加入加入洗涤剂的目的洗涤剂的目的是溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含是溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物。加入物。加入食盐的目的食盐的目的是使构成染色体的核蛋白加速解聚，游是使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出离出 DNA DNA 分子，并使分子，并使 DNA DNA 分子充分溶解于浓分子充分溶解于浓 NaCI NaCI 溶液中。溶液中。研磨液的成分一洗涤剂和食盐研磨液的成分一洗涤剂和食盐学习目标学习总结学习活动学习活动（2 2）用预冷的酒精溶液

17、提取）用预冷的酒精溶液提取 DNA DNA 在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在44冰箱中放冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在在1500 1500 r r/min /min 的转速下离心的转速下离心5 min 5 min，再取上清液放入烧杯中。，再取上清液放入烧杯中。在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%95%），静置），静置23 min 23 min，溶液中出现的白色丝状

18、物就是粗提取的，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的 DNA DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或者将溶液倒入塑料离心管中，在面的水分；或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000 r/min 10000 r/min 的的转速下离心转速下离心5 min 5 min，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA DNA）晾干。）晾干。学习目标学习总结学习活动学习活动注意说明注意说明（1）加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，释放出的DNA量就会减少。（2）粗提取的DNA中

19、可能含有少量的蛋白质等。（3）析出DNA时必须用“冷酒精”。预冷的酒精具有以下优点：可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出；低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂。（4）实验中出现的丝状物的主要成分是DNA，实际上每一根“丝”都是由许多DNA分子聚集在一起形成的，应用玻璃棒沿一个方向缓慢搅拌，避免破坏DNA。（5）为减少DNA的损失，过滤过程一般使用纱布。学习目标学习总结学习活动学习活动（3）二苯氨鉴定DNA试管编号试管编号A A（对照组）（对照组）B B（实验组）（实验组）步骤12 mol/L的NaCl溶液5mL2 mol/L的NaCl溶液5m

20、L步骤2不进行任何处理加丝状物或沉淀物步骤3加入4mL二苯胺试剂，混匀加入4mL二苯胺试剂，混匀步骤4沸水浴5 min沸水浴5 min实验现象溶液不变蓝色溶液逐渐变为蓝色实验结论DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色DNADNA的鉴定的鉴定DNADNA鉴定的结果鉴定的结果学习目标学习总结学习活动学习活动2024/1/221.1.你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？2.2.你能分析出粗提取的你能分析出粗提取的DNADNA中可能含有哪些杂质吗？中可能含有哪些杂质吗？3.3.与其他同学提取的与其他同学提取的DNA

21、DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。观察提取的观察提取的DNADNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNADNA中的杂质较多。二苯胺中的杂质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNADNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。本实验粗提取的本实验粗提取的DNADNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。本

22、实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料；也可以查阅资料本实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料；也可以查阅资料了解其他提取了解其他提取DNADNA的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，如如DNADNA的纯度、的纯度、DNADNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。取方法的效果更好。结果分析与评价结果分析与评价学习目标学习活动学习总结学习总结限制酶DNA连接酶载体对受体细胞无害；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因；能自我复制或能整合到宿主DNA上。质粒、噬菌体衍生物、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特点：作用部位：具有专一性结果：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