3-1-1-重組DNA技術(shù)的基本工具(人教版2019選擇性必修3)

生物學(xué)（新人教版）生物技術(shù)與工程第三章第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具基因工程指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)。

工程別名：操作對(duì)象：操作水平：

工程實(shí)質(zhì)：DNA重組技術(shù)基因DNA分子水平基因重組基因工程發(fā)展歷程1944年艾弗里等人通過肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，不僅證明了遺傳物質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以在同種生物個(gè)體間轉(zhuǎn)移。1961年尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)編碼氨基酸的密碼子。截至19666年，64個(gè)密碼子均被破譯成功。1970年科學(xué)家在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）1972年，伯格首先在體外進(jìn)行了DNA的改造，成功構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。1982年，第一個(gè)基因工程藥物-重組人胰島素被批準(zhǔn)上市?；蚬こ趟幬锍蔀槭澜绺鲊芯亢屯顿Y開發(fā)的熱點(diǎn)。1953年沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。1967年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、DNA連接酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。1973年，科學(xué)家證明了質(zhì)粒可以作為基因工程的載體，構(gòu)建重組DNA，導(dǎo)入受體細(xì)胞，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)了物種間的基因交流。至此，基因工程正式問世。1985年，穆里斯等人發(fā)明PCR,為獲取目的基因提供了有效手段。從社會(huì)中來番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵害。當(dāng)番木瓜受到這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降。科學(xué)家通過精心設(shè)計(jì)用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。討論：DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專門的“分子工具”。那么，科學(xué)家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？非轉(zhuǎn)基因番木瓜轉(zhuǎn)基因番木瓜三種“分子工具”“分子手術(shù)刀”“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”01限制性核酸內(nèi)切酶--分子手術(shù)刀（1）來源：主要從原核生物中分離出來。（2）種類：約4000種。（3）作用:識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。磷酸二酯鍵限制酶識(shí)別序列的長度一般為4-8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸，最常見的為6個(gè)核苷酸。4.識(shí)別序列特點(diǎn)：仔細(xì)觀察以下四種限制酶識(shí)別的特定序列有何特點(diǎn)？EcoRⅠ……G-A-A-T-T-C…………C-T-T-A-A-G……HindⅢ……A-A-G-C-T-T…………T-T-C-G-A-A……BamHⅠ……G-G-A-T-C-C…………C-C-T-A-G-G……TaqⅠ………T-C-G-A………………A-G-C-T………限制酶所識(shí)別的序列的特點(diǎn)是：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的，稱為回文序列?；虻摹凹舻丁?1黏性末端EcoRⅠ例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切割。（1）被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。5.結(jié)果：

黏性末端

黏性末端01SmaⅠ平末端例：另一種限制酶(SmaⅠ)能識(shí)別CCCGGG序列，并在C和G之間切割。（2）當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。平末端平末端02DNA連接酶--分子縫合針什么樣的末端才能連接起來？，1.作用：2.種類：⑴E·coliDNA連接酶⑵T4DNA連接酶將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的兩條單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！3、DNA連接酶的縫合作用

可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，（1）E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶連接粘性末端即恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵（2）T4DNA連接酶連接平末端，效率低E·coliDNA連接酶與T4DNA連接酶比較：類型來源E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶功能大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)相同點(diǎn)差別DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？DNA連接酶DNA聚合酶相同作用實(shí)質(zhì)化學(xué)本質(zhì)不同點(diǎn)模板作用對(duì)象作用結(jié)果用途都能催化形成磷酸二酯鍵都是蛋白質(zhì)

不需要需要DNA的一條鏈作模板形成完整的重組DNA分子形成DNA的一條鏈基因工程DNA復(fù)制只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵4、DNA連接酶與DNA聚合酶的比較：03運(yùn)載體--分子運(yùn)輸車質(zhì)粒將外源基因送入受體細(xì)胞。動(dòng)植物病毒λ噬菌體的衍生物擬核DNA質(zhì)粒大腸桿菌細(xì)胞目的基因插入位點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)氨芐青霉素抗性基因大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖它們的來源不同，在大小、結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差別。1.作用：2.種類：裸露、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA外，具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA。（1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存（2）有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)（3）有某些標(biāo)記基因（4）對(duì)受體細(xì)胞無害、易分離能進(jìn)入受體細(xì)胞并在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并表達(dá)；便于與不同目的基因結(jié)合便于鑒定和篩選大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖3.運(yùn)載體需具備的條件限制酶DNA連接酶載體①對(duì)受體細(xì)胞無害；②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；③有特殊的標(biāo)記基因；④能自我復(fù)制或能整合到宿主DNA上。質(zhì)粒、λ噬菌體衍生