【生物】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（2019）选择性必修3.pptx

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1、3.1 3.1 重组重组DNADNA技术的基本工具技术的基本工具1.1.基因是什么？基因是什么？2.2.基因的功能是什么？基因的功能是什么？基因通过控制蛋白质的合成，直接或间接控制生物的性状。转录DNAmRNA蛋白质翻译体现相关的生物性状体现相关的生物性状知识回顾基因基因是有遗传效应的DNA片段。基因是控制生物性状的基本单位DNADNA中文全称中文全称:组成元素组成元素:基本单位基本单位:脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖核酸核酸核酸核酸C H O N PC H O N P脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸=磷酸磷酸 +脱氧核糖脱氧核糖 +含氮碱基含氮碱基脱氧核糖含氮碱基磷

2、酸14325A T C G脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸(4(4种种)知识回顾DNA胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸 胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧脱氧核糖核糖A磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖G磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖T磷酸磷酸T磷酸磷酸脱氧核糖C磷酸磷酸脱氧核糖A磷酸磷酸脱氧核糖磷酸二酯键磷酸二酯键脱氧核苷酸如何连接成脱氧核苷酸链的呢？知识回顾DNA氢键氢键双螺旋结构知识回顾DNADNA的结构特点：5335知识回顾DNA 和和 交替连接，排列在交替连接，排列在外侧，构成外侧，构成 ；排列在内侧。排列在内侧。两条链上

3、的碱基通过两条链上的碱基通过 连接成连接成碱基碱基对对，且遵循，且遵循 。DNADNA是由两条单链组成的，这两条链是由两条单链组成的，这两条链按按 方式盘旋成双螺旋结构。方式盘旋成双螺旋结构。反向平行反向平行脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸碱基碱基基本骨架基本骨架氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则 ATGCCGTGGAATTCC ATGCCGTGGAATTCC TACGGCACCTTAAGG TACGGCACCTTAAGG 磷酸二酯键氢键简图：知识回顾DNA基因工程的诞生和发展1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是_，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。1953

4、年，沃森和克里克建立了_模型并提出了遗传物质自我复制的假说。20世纪70年代初，多种限制酶、_酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接创造了条件。1973年，科学家证明_可以作为基因工程的载体，构建_，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。1985年，穆里斯等人发明_，为获取目的基因提供了有效手段。DNADNA双螺旋结构DNA连接质粒重组DNAPCR基因工程 是指按照人们的愿望，通过是指按照人们的愿望，通过转基因转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，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创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，从

5、技术操作层面看，从技术操作层面看，由于基因工程是在由于基因工程是在DNADNA分子水平分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作上进行设计和施工的，因此又叫作重组重组DNADNA技术技术。操作结果操作水平原理：原理：优点：优点：基因重组基因重组定向改造生物体的性状定向改造生物体的性状别名我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中，常常会受到一些害虫的侵袭，其中以棉铃虫最为常见。普通棉花如何能培育出自身就能抵抗虫害 的棉花新品种呢？转基因抗虫棉已知：苏云金芽孢杆菌含有一种抗虫基因。已知：苏云金芽孢杆菌含有一种抗虫基因。普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)抗虫基因抗虫基因剪下来的抗虫基因能否剪下

6、来的抗虫基因能否直接直接直接直接把它导入到棉花体内？把它导入到棉花体内？不能。大多数生物会排斥外来的基因，若直接导入不能。大多数生物会排斥外来的基因，若直接导入不能。大多数生物会排斥外来的基因，若直接导入不能。大多数生物会排斥外来的基因，若直接导入会被降解。会被降解。会被降解。会被降解。普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)“分子缝合针分子缝合针”“分子运输车分子运输车”抗虫基因抗虫基因与载体与载体DNADNA拼接，再导入拼接，再导入“分子缝合针分子缝合针”“分子运输车分子运输车”抗虫基因抗虫基因与载体与载体DNADNA拼接，再导入拼接，再导入抗虫棉抗虫棉抗虫棉抗虫棉“分子手术刀”准确切割D

7、NA分子“分子缝合针”“分子运输车”将DNA片段连接起来将体外重组好的DNA分子导入受体细胞重组DNA技术所需的三种基本工具：资料:如图为不同的限制酶识别序列和切割位点。新知探究一基因工程的工具酶请回答下列问题。(1)限制酶的全称是什么?其作用是什么?提示:限制性内切核酸酶。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。(2)限制酶存在于原核生物中的作用是什么?它会不会切割自己的DNA分子?提示:原核生物容易受到外源DNA的入侵,原核生物中的限制酶能够切割入侵的外源DNA而保护自身。不会,因为原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)若

8、某链状DNA分子中含有两个Hind的识别序列,该DNA分子将被切成几个片段,断裂几个磷酸二酯键?提示:3;4。(4)画出Spe、EcoR切割后产生的末端图。-ACTAGT-TGATCA-Spe-GATATC-CTATAG-EcoR(5)哪两个限制酶切割形成的黏性末端互补?可以用哪种DNA连接酶连接?画出连接后的DNA分子片段。(6)为什么不同生物的DNA分子能拼接起来?提示:DNA分子的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构;DNA分子都遵循碱基互补配对原则。1.如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是()A.甲、乙、

9、丙都属于黏性末端B.甲、乙片段可形成重组DNA分子,但甲、丙不能C.DNA连接酶的作用位点在乙图中b处D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子2.下列有关DNA连接酶的叙述,正确的是()A.T4DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来B.E.coliDNA连接酶能将双链DNA片段平末端之间进行连接C.DNA连接酶能恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键D.DNA连接酶可连接DNA双链的氢键,使双链延伸资料:基因工程所使用的转移目的基因的载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因,而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞

10、,抗性基因在受体细胞内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上,能够生存的是被导入了载体的受体细胞。新知探究二基因工程的载体(1)将目的基因直接导入受体细胞可行吗?为什么?提示:不可行;因为目的基因直接导入受体细胞后无法稳定存在和进行自我复制以及表达。(2)如何利用工具酶将目的基因插入质粒中?提示:首先用可以形成相同黏性末端的限制酶处理质粒载体和含目的基因的DNA分子,然后用DNA连接酶将质粒和目的基因之间互补黏性末端连接起来。(3)细胞膜上的载体与基因工程中的载体有什么不同?提示:化学本质不同:细胞膜上的载体化学本质是蛋白质;基因工程中的载体可能是核酸,如质粒,也可能是生物

11、,如噬菌体、动植物病毒等。功能不同:细胞膜上的载体功能是控制物质进出细胞;基因工程中的载体是一种“分子运输车”,把目的基因导入受体细胞。(4)目的基因插入的位置不同,转基因细菌在培养基上生长情况也不同,下图所示是目的基因插入位置(插入点有A、B、C),写出下列情况下转基因细菌的生长情况。插入点插入点接种接种到含到含氨氨苄青霉素培苄青霉素培养基的养基的生长生长状况状况接种接种到含四到含四环素培养基环素培养基的的生长生长状况状况A AB BC C不生长生长生长生长生长不生长(5)选用如图所示载体将目的基因导入细菌中并将含有目的基因的细菌筛选出来。在培养细菌的培养基中添加抗生素B,则应该选择的限制酶

12、为;在培养细菌的培养基中添加抗生素A,则应该选择的限制酶为。或3.质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()A.质粒是只存在于原核细胞中能自我复制的小型环状双链DNA分子B.在基因工程操作中,天然质粒可直接用作载体C.携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制D.质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA分子的筛选4.下面是四种不同质粒的示意图,其中ori为复制必需的序列,AmpR为氨苄青霉素抗性基因,Tetr为四环素抗性基因,箭头表示同一种限制酶的酶切位点。下列有关叙述正确的是()A.基因AmpR和Tetr是一对等位基因,常作为基因

13、工程中的标记基因B.质粒指细菌细胞中能自我复制的小型环状的DNA和动植物病毒的DNAC.限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的氢键D.用质粒4将目的基因导入大肠杆菌,该菌不能在含四环素的培养基上生长活动:甲、乙两图为“DNA的粗提取与鉴定”实验中涉及的两个操作图。新知探究三DNA的粗提取与鉴定(1)兔血和鸡血提取DNA效果更好的是哪一种?为什么?提示:鸡血;鸡血细胞的核DNA含量丰富,材料易得,而兔为哺乳动物,其成熟的红细胞无细胞核和线粒体,几乎不含DNA。(2)选取洋葱作为实验材料时要充分地研磨,如果研磨不充分,会对实验结果产生怎样的影响?提示:研磨不充分会使细胞核内的DNA释

14、放不完全,提取的DNA量变少,导致白色丝状物较少,用二苯胺鉴定时蓝色不明显。(3)图甲实验过程中应如何使用玻璃棒搅拌?为什么?提示:搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部,搅拌要轻缓,并向一个方向搅拌以便获得较完整的DNA分子。(4)析出DNA需要使用冷酒精的原因是什么?提示: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。(5)图乙中鉴定DNA的试剂是什么?使用时要注意什么?提示:二苯胺试剂。使用时要现配现用,且鉴定DNA需要沸水中加热。5.(2023广东卷)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解分离沉淀鉴定。下列叙

15、述错误的是()A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色6.DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异,可以利用这些差异,选择适当的物理或化学方法对它们进行提取。在利用洋葱进行“DNA的粗提取与鉴定”实验中,下列有关叙述正确的是()A.DNA在NaCl溶液中的溶解度随着溶液浓度的升高而升高B.常温下洋葱匀浆中有些酶类会影响DNA的提取C.DNA溶于95%的冷酒精,所以可用95%的冷酒精进一步提纯D.用同样方法从等体积牛血和鸡血中提取的DNA量相近1.下列关于DNA连接酶

16、的叙述,正确的是()A.DNA连接酶连接的是两个DNA片段碱基对之间的氢键B.DNA连接酶连接的是DNA单链上的磷酸和脱氧核糖C.DNA连接酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端D.E.coliDNA连接酶能将双链DNA片段互补的平末端连接起来随堂检测2.下列关于利用洋葱进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是()A.将研磨液加入切碎的洋葱中,充分研磨后过滤,要弃去上清液B.采用体积分数为95%酒精溶液析出DNA的方法可去除部分杂质C.鉴定粗提取的DNA时,对照组与实验组的区别是加不加二苯胺试剂D.将白色丝状物溶解在NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后振荡,观察颜色变化3.(2023

17、新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是()A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA连接酶连接B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA连接酶连接C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA连接酶连接D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA连接酶连接4.如图表示将人乳铁蛋白基因整合到质粒上的过程,图中Tetr表示四环素抗性基因,AmpR表示氨苄青霉素抗性基因

18、,五种限制酶的识别序列及切割位点如表所示,请回答以下问题。(1)图示过程需要用到的工具酶包括。解析:(1)图中将人乳铁蛋白基因整合到质粒上的过程需要限制酶、DNA连接酶的参与。限制酶、DNA连接酶(2)要将人乳铁蛋白基因插入质粒,若只允许使用一种限制酶,应选择的限制酶是,酶能起催化作用的原理是。Sau3A可以降低化学反应的活化能(3)据图分析筛选含有重组质粒的受体细胞首先需要在含(填“四环素”“氨苄青霉素”或“四环素和氨苄青霉素”)的培养基上进行,原因是。氨苄青霉素用限制酶切割后破坏了Tetr,但不会破坏AmpR,导入重组质粒的受体细胞(对氨苄青霉素具有抗性)能在含氨苄青霉素的培养基上生存下来(4)若将BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接起来,连接部位的6个碱基对序列为,对于该部位,这两种酶(填“都不能”或“只有一种能”)切开。都不能