高中生物必修3课件：1-1DNA重组技术的基本工具(选修3)

们根据不同的目的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。
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特别提醒
(1)质粒是基因工程中最常用的载体，它并非只存在
于原核细胞中，某些真核细胞(如酵母菌)中也存在质粒，质粒上
的基因属于细胞质基因。它能自我复制，既可在自身细胞、受体
细胞复制，也可在体外复制。 (2)供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需 要的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。
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基因工程的工具酶
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀” (1)来源
主要来自于 原核生物 。
(2)特点 ①识别双链DNA分子的某种 裂。 (3)作用结果 ①黏性末端：在所识别序列的 中心轴线两侧 将DNA的两条链 分别切开时形成的末端。 特定核苷酸 序列； ②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 断
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思维深化
基因工程的原理：
(1)不同生物DNA分子得以重新拼接的基础：
①DNA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； ③所有生物DNA碱基对均遵循严格的“互补配对”原则，即A总 与T配对，G总与C配对——如此，方可使具相同末端(黏性末端或
平末端)的不同DNA分子得以连接在一起。
2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 DNA连接酶 相同点 模板 作用 DNA聚合酶
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 不需要模板 需要DNA的一条链为模板
不
同 点
对象 作用 结果 用途
游离的DNA片段
单个的脱氧核苷酸
形成完整的DNA分子
基因工程
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形成DNA的一条链
DNA复制
便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—
G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根 据图示判断下列操作正确的是 ( )。
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A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割
B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割
C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 思维导图：
表
DNA连接酶
。
G—A—A—T—T—C 序列，并 互补配对
(2)用剪刀切割时，应找出 在 G—A
之间作切口进行“切割”。 。
(3)若操作正确，不同颜色的黏性末端应能
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[思维激活3] 在重组DNA分子的模拟操作中，剪刀所剪位置应属 何种部位？ 提示 剪刀所剪位置应为3,5-磷酸二酯键。
1．限制酶与DNA连接酶比较
(1)区别
作用 限制酶 应用
使特定部位的磷酸二 用于提取目的基因和
酯键断裂 切割载体
在DNA片段之间重新 用于基因表达载的DNA连接酶 形成磷酸二酯键 构建
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(2)两者的关系可表示为
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DNA片段插入其中。
(3)质粒上有特殊的 标记基因 ，供重组DNA的 鉴定和选择 。 (4)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然 人工改造 质粒的基础上经过 的。
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3．重组DNA分子的模拟操作 (1)所用材料用具中，剪刀代表 EcoR Ⅰ ，透明胶条代
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2．基因工程的理论基础和技术支持 理论 基础 DNA 是遗传物质 DNA双螺旋结构和 遗传密码 基因转移载体—— 中心法则 的破译 的确立
质粒 的发现 逆转录 酶
多种
限制酶 和
连接酶 ，以及
技术 (工具酶)的发现
支持
DNA合成和
测序
技术的发明
DNA体外重组 的实现、 重组DNA表达实验 的成功
C．在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA连接酶
D．限制酶切割后一定能产生黏性末端 解析 答案 限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质。 A
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基因进入受体细胞的载体——
“分子运输车”
1．载体的种类有 质粒 、 λ噬菌体 的衍生物、 动植物病毒 等。
2．常用载体——质粒 (1)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外， 并具有 分子。 双链环状DNA 限制酶切割 (2)质粒DNA分子上有一至多个 外源 能力的 自我复制 位点，供
会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，
限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA，使之失效，从
而达到保护自身的目的。细菌中限制酶之所以不剪切自身 DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的 防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。
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1．载体的作用
(1)用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。
(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 2．作为载体的必备条件 (1)有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。 (2)具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。
解析
若外源基因插入a或b点，则会破坏抗四环素基因或抗青霉
素基因，则在含有四环素或青霉素的培养基上不能生长，若质粒 插入c点，两种基因保持完整，在分别含有每种抗生素的培养基
上都能生长。
答案 B
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基因工程的概念及特点
【例1】 下列有关基因工程的叙述，正确的是 ( )。
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基因工程概念的理解 基因工程的别名 操作环境 操作对象 基因拼接技术或DNA重组技术 生物体外 基 因
操作水平
基本过程
DNA分子水平
剪切→拼接→导入→表达
结
果
人类需要的生物类型和生物产品
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基因工程具有以下五个方面的特点：
(1)它是一种按照人们的意愿，定向地改造生物遗传特性的技术。 (2)在DNA分子水平进行操作。
B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造 D．定向地改造生物的遗传性状
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解析
基因工程的定义就是在生物体外，通过对DNA分子进行
人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，
然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表 达，产生出人类所需的基因产物，也就定向地改造了生物的遗传 性状。 答案 D
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既可以“缝合”双链DNA
片段互补的 黏性末端 ．又
可以“缝合”双链DNA片 段的 平末端 . 切开的两个核苷酸之间
磷酸二酯键
，拼接成新的DNA分子。
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[思维激活2] 限制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何 不切割自身的DNA? 提示 限制酶是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，
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基因工程的概念和理论基础
1．基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过 体外DNA重组 转基因 和 等技术，赋予生
物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物
DNA分子 类型和生物产品。由于基因工程是在 设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。 水平上进行
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的产物对人类都是有益的 C．基因工程产生的变异属于人工诱变 D．基因工程育种的优点之一是目的性强
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深度剖析
本题考查基因工程的概念。基因工程是在生物体外，
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(1)由于氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均
与限制酶和DNA连接酶无关。
(2)限制酶与DNA连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本
单位是氨基酸。
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【巩固2】 下列关于限制酶和DNA连接酶的说法中，正确的是 ( A．其化学本质都是蛋白质 B．DNA连接酶可恢复DNA分子中的氢键 )。
(3)是在体外进行的人为的基因重组。
(4)一旦成功，便可遗传。 (5)主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。
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【巩固1】 科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技 术——基因工程，实施该工程的最终目的是 ( A．定向提取生物体内的DNA分子 )。
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【巩固3】 质粒是基因工程中最常用的载体， 它存在于许多细菌体内，某细菌质粒上
的标记基因如图所示，通过标记基因可