3-1-重組DNA技術(shù)的基本工具(第一課時(shí))(人教版2019選擇性必修3)

第3章基因工程?為什么傳統(tǒng)的雜交育種方法培育不出抗蟲棉，

基因工程卻可以呢？?基因工程是如何進(jìn)行操作的？?它給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了怎樣的影響？我國(guó)成為世界第二個(gè)擁有抗蟲基因自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家！

指按照人們的愿望,通過(guò)轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性,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)?；蚬こ?/p>

操作環(huán)境：

操作對(duì)象：

操作水平：

工程實(shí)質(zhì)：

工程產(chǎn)物：生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物基因重組基因工程發(fā)展歷程1944年艾弗里等人通過(guò)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(jiǎn)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?guó)研究和投資開(kāi)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(shuō)。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)?？梢宰鳛榛蚬こ痰妮d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(wèn)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。1.不同生物的基因?yàn)槭裁茨芷唇樱?.外源基因?yàn)槭裁茨茉谑荏w細(xì)胞中表達(dá)？(1)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(2)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(1)基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位。(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。(3)生物界共用一套遺傳密碼。相同的遺傳信息在不同的生物體內(nèi)表達(dá)出相同的蛋白質(zhì)?；蚬こ陶Q生的理論基礎(chǔ)基因工程重組DNA技術(shù)的基本工具基因工程的基本操作程序基因工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具（第1課時(shí)）趙全華轉(zhuǎn)基因番木瓜非轉(zhuǎn)基因番木瓜

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?？茖W(xué)家通過(guò)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。從社會(huì)中來(lái)

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？DNA重組技術(shù)的基本工具：“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體本節(jié)聚焦1、基因工程中需要哪些基本工具？2、這些基本工具的作用分別是什么？3、基因工程載體需要具備什么條件？（一）分子手術(shù)刀---限制性內(nèi)切核酸酶（限制酶）

來(lái)源：主要從原核生物中分離純化來(lái)的特點(diǎn):作用部位:特定切點(diǎn)上的磷酸二酯鍵結(jié)果：形成黏性末端、平末端

種類：數(shù)千種能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。①原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原體的侵害。②限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中起到切割外源DNA、使之失效的作用，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。③因?yàn)橄拗泼缸R(shí)別DNA的特定核苷酸序列，所以不會(huì)傷害到自身的遺傳物質(zhì)。為什么原核生物中存在限制酶？這些酶的作用是什么？為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？

通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，細(xì)菌中含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過(guò)甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。1分子磷酸1分子脫氧核糖1分子含氮堿基DNA分子的基本組成單位1分子脫氧核苷酸=

+

+_______________

堿基AGCT磷酸脫氧核糖12534如何理解限制酶對(duì)雙鏈DNA分子的特異性識(shí)別和切割？3',5'-磷酸二酯鍵每相鄰兩個(gè)脫氧核苷酸之間通過(guò)形成3ˊ,5ˊ-磷酸二酯鍵連接，多個(gè)脫氧核苷酸形成一條長(zhǎng)鏈。

OHOH脫去H2O，形成磷酸二酯鍵仔細(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……SmaⅠ……C-C-C-G-G-G…………G-G-G-C-C-C……回文序列大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成兩種常用的限制酶：EcoRⅠ和SmaⅠ試一試下面哪項(xiàng)不具有限制酶識(shí)別序列的特征（）

A．GAATTCB．GGGGCCCCCTTAAGCCCCGGGGC．CTGCAGD．CTAAATCGACGTCGATTTAGD基因的針線：DNA連接酶G

AA

TT

CC

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CC

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GGC

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G用EcoRI切割DNA片段1DNA片段2重組DNA片段這兩種酶連接什么樣的末端？一樣嗎？（二）分子縫合針---DNA連接酶作用：種類：①E.coliDNA連接酶②T4DNA連接酶將雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。思考類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)源________________________功能只縫合____________縫合____________和____________結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的_________________大腸桿菌T4噬菌體黏性末端黏性末端平末端（效率低）磷酸二酯鍵判斷對(duì)錯(cuò)（1）兩個(gè)DNA片段的黏性末端必須互補(bǔ)才能通過(guò)DNA連接酶連接

起來(lái)。（2）T4DNA連接酶連接平末端的效率和連接黏性末端的效率相同。（3）DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事。因?yàn)轲ば阅┒说膲A基是互補(bǔ)的，在連接時(shí)，黏性末端可以通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，加快DNA連接酶的連接速度，而平末端則不能。DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)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（三）分子運(yùn)輸車---運(yùn)載體項(xiàng)目?jī)?nèi)容載體類型作用條件質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等將外源基因送入受體細(xì)胞的工具假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制，轉(zhuǎn)基因生物能產(chǎn)生預(yù)想的性狀嗎？霍亂弧菌的質(zhì)粒有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，你會(huì)用它做載體嗎？如果載體沒(méi)有切割位點(diǎn)將會(huì)怎樣？如何確定目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞中了？對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源基因插入能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存具有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇質(zhì)粒——基因工程中常用的基因載體

質(zhì)粒是基因工程常用的載體，一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核之外，能自我復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子，對(duì)宿主細(xì)胞沒(méi)有影響，主要存在于細(xì)菌和酵母菌體內(nèi)。其中最常用的是大腸桿菌質(zhì)粒。真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的AATTCGGCATAC……TATCGTACGATAGGTACTTAA

…ATAGCATGCTATCCATGGCCGTATG…目的基因…

TCCTAG…

AGGATCTTAAAATTCCATAC…

GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATGGGTATG…重組DNA分子的模擬操作AATTCGGCATAC……TATCGTACGATAGGTACTTAA

…ATAGCATGCTATCCATG目的基因…

TCCTAG…

AGGATCTTAAAATTCCATAC…

GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATGGGTATG…GCCGTATG…1、選目的基因兩端和運(yùn)載體都有的酶切位點(diǎn)；2、所選酶切位點(diǎn)不能破壞目的基因以及標(biāo)記基因規(guī)律：---選擇酶切位點(diǎn)的原則：HindIII和EcoRI下列操作中選用哪種限制酶切割來(lái)構(gòu)建重組質(zhì)粒？限