4.1.1基因工程赋予生物新的遗传特性课件高二下学期生物浙科版选择性必修3

学习目标 新知学习 课堂总结
培育荧光斑马鱼
“分子手术刀”
“分子缝合针”
“分子运输车”
准确切割 DNA分子
2024/4/5
将DNA片段连 接起来
将体外重组好的DNA分子 导入受体细胞
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基因工程的工具
（一）分子手术刀---限制性内切核酸酶
重组DNA技术 的基本工具：
（二）分子缝合针---DNA连接酶 （三）分子运输车---运载体
2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？ （1）基因是控制生物性状的独立遗传单位。 （2）遗传信息的传递都遵循中心法则。 （3）生物界共用一套遗传密码。
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2.基因工程的理论基础
1. DNA是遗传物质的证明； 2. 中心法则的确立和完善，阐明了遗 传信息的传递和表达的机制； 3.密码子的破译。
GAA TT C CTTAA G
G AATT C C T TA A G
用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键
学习目标 新知学习 课堂总结
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
种类
DNA聚合酶
DNA连接酶
作用实质 催化单个核苷酸加到已有核 苷酸片段的3’末端的羟基上，
不
形成磷酸二酯键
催化两个DNA片段之间 形成磷酸二酯键
阅资料了解其他提取DNA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DNA的纯度、DNA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。
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基因工程
概念
建立过程
理论发展 技术创新
限制酶
工具 DNA连接酶
载体
活动：DNA的粗提取与鉴定
1953年沃森和克 里克建立了DNA 双螺旋结构模型并 提出了遗传物质自 我复制的假说。
1967年，科学家 发现，在细菌拟核 DNA之外的质粒 有自我复制能力， 并可以在细菌细胞 间转移。
20世纪70年代初， 多种限制酶、DNA 连接酶和逆转录酶 被相继发现。这些 发现为DNA的切割、 连接以及功能基因 的获得创造了条件。
1961年尼伦伯格和 马太破译了第一个 编码氨基酸的密码 子。截至19666年， 64个密码子均被破 译成功。
1970年科学家 在细菌中发现 了第一个限制 性核酸内切酶 （简称限制酶）
1972年，伯格 首先在体外进 行了DNA的改 造，成功构建 了第一个体外 重组DNA分子。
1982年，第一个基 因工程药物-重组人 胰岛素被批准上市。 基因工程药物成为 世界各国研究和投 资开发的热点。
则应该选择的限制酶为__①___。
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1.实验原理：
探究·实践·DNA的粗提取与鉴定
（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。 （2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于 2mol/L NaCl溶液。 （3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。
DNA
1973年，科学家证明了 质粒可以作为基因工程 的载体，构建重组DNA， 导入受体细胞，使外源 基因在原核细胞中成功 表达，并实现了物种间 的基因交流。至此，基 因工程正式问世。
1985年， 穆里斯等人 发明PCR, 为获取目的 基因提供了 有效手段。
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1.基因工程的概念
基因工程是指有意识地把一个人们所需要的基因转入另一个生 物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。
原理 基因重组或基因突变
从水母中分离出荧光基因
荧光斑马鱼
操作水平 分子水平
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1.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？ （1）DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 （2）双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
同
催化形成与模板链互补的DNA 催化具有互补黏性末端或平
点 作用结果 链，形成新的双链DNA分子
末端的DNA片段连接起来，形
成重组DNA分子
模板
需要
不需要
相同点
①化学本质都是蛋白质②都是催化形成磷酸二酯键
2024/4/5
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3.DNA连接酶、DNA聚合酶、限制酶、解旋酶的比较
溶 解
度0 0.14
NaCI浓度（mol/L）
2.实验设计思路：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，选用适当的物理或化学方法去除其他成分，对DNA进行提取。
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3.方法步骤 研磨 称取10 g香蕉果肉，放入研钵中，倒入10mL_研__磨___液_充分研磨
在基因工程操作中，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。
学习目标 新知学习 课堂总结
例1.选用下图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。
（1）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为_①___或___②。
（2）在培养细菌的培养基中添加抗生素A，
过滤 在漏斗中垫上_尼__龙__纱__布__，将研磨液过滤入离心管中
离心 以3000 r/min的转速离心2 min，取_上__清___液__倒入小烧杯中
加冷 酒精
向小烧杯中倒入体积是上清液两倍的_冷__酒__精__静置3-5 min，可见白 色的絮状物出现。用_玻__璃__棒__缓缓搅动，絮状物会缠在玻璃棒上
含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列， 或者细菌自身DNA经过相应的化学修饰，使限制酶不能将其切开。
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（二）DNA连接酶——“分子缝合针”
1.作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。注意：不 是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）。 2.分类：
观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA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DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。
2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？
本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。
3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。 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
最常用的载体——质粒: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
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3.作为载体需具备的条件 （1）含复制起点，能够独立自主复制并稳定存在
（2）含有一种或多种限制酶的识别序列，方便外源DNA片段（基因）插入其中。 （3）具有筛选作用的标记基因，便于 重组DNA分子的筛选。如四环素抗性基 因、氨苄青霉素抗性基因、产物具有颜 色反应的基因等。
不同限制酶的识别序列一般也各不相同。
4.作用结果
DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端
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（1）实例1—EcoRⅠ限制酶：EcoRⅠ识别序 列为GAATTC，EcoRⅠ切割部位为GA之间的 磷酸二酯键。
形成黏性末端
（2）实例2——SmaⅠ限制酶：SmaⅠ识 别序列为CCCGGG，SmaⅠ切割部位为CG 之间的磷酸二酯键。
鉴定
取两支试管，一支试管中加入提取出的絮状物，并加入 2mL二苯胺剂；另一支只加入2mL二苯胺剂。用95 ℃水 浴锅加热10 min，注意观察两支试管中溶液颜色的变化
学习目标 新知学习 课堂总结
用冷却的酒精析出DNA
鉴定DNA
鉴定结果
学习目标 新知学习 课堂总结
结果分析与评价
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？
形成平末端
黏性末端 黏性末端
平末端
学习目标 新知学习 课堂总结
写出下列限制酶切割形成的黏性末端
学习目标 新知学习 课堂总结
你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作 用是什么吗？为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？
限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利 用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身的安全。
浙科版 选择性必修3
第1节
基因工程赋予生物新的遗传 特性
第1课时
学习目标 新知学习 课堂总结
1.能概述基因工程的建立过程 2.能说明基因工程工具酶和载体的作用 3.尝试进行DNA的粗提取与鉴定
学习目标 新知学习 课堂总结
基因工程的建立过程
1944年艾弗里等人通 过肺炎链球菌的转化 实验，不仅证明了遗 传物质是DNA，还证 明了DNA可以在同种 生物个体间转移。
种类 DNA连接酶
作用底物 DNA分子片段
作用部位 磷酸二酯键
形成产物 重组DNA分子
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
磷酸二酯键
新的DNA分子
限制酶
DNA分子
磷酸二酯键
含黏性末端或平 末端的DNA片段
解旋酶
DNA分子
氢键
单链DNA
学习目标 新知学习 课堂总结
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.作用：将外源基因送入受体细胞。 2.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复 制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。
学习目标 新知学习 课堂总结
（一）限制性内切核酸酶---“分子手术刀”
1.来源：主要来自细菌等微生物
磷酸二酯键
学习目标 新知学习 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ堂总结
3.识别序列 识别序列通常是4~8个核苷酸对，
以6个核苷酸对最为常见。 例如，发现于大肠杆菌中的限制酶EcoR Ⅰ 的识别序列如图所示，两条链从5’→3’ 方向的识别序列均为GAATTC。
种类 来源
E·coli DNA连接酶
大肠杆菌
T4 DNA连接酶 T4噬菌体
功能特 性
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）
相同点
恢复的都是磷酸二酯键
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