DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具PPT
利用图解限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成，例
如EcoRI、Sma I限制酶的识别序列，也有少数限
制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。 2 ．限制酶都是切割识别特定的核苷酸序列的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键。
3．限制酶切出的黏性末端和平末端的区别：
例1 (2011年雅礼中学高二检测)基因工程中，须使
用特定的限制酶切割目的基因和质粒，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(
)
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
思考感悟
限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
【提示】
相同。都是磷酸二酯键。
3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 1载体 的种类 ①质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核 DNA之外，并具有自我复制 _________能力的双链环状DNA 分子 ②λ噬菌体的衍生物 ③动植物病毒
2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶 磷酸二酯键 。 切开的两个核苷酸之间的___________ (2)种类
黏性 ①E.coliDNA 连接酶：只能缝合双链 DNA 的 ______
末端 。 _______ ②T4DNA连接酶：既可缝合双链DNA的黏性末端， 平末端 。 又可缝合双链DNA的________
哪种类型的末端？
【提示】
黏性末端。
(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不
【易误警示】
是一种酶。
(2)限制性核酸内切酶作用的化学键为磷酸二酯键， 而不是氢键。 (3)不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点 不同，这与酶的专一性是一致的。
学案17：DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具【学习目标】1.说出基因工程的概念。
2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
3.说出DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
【学习重点】DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
【学习难点】基因工程载体需要具备的条件。
【知识链接】1、DNA分子的结构特点2、噬菌体侵染细菌的实验3、原核生物的结构特点【自主学习】1、――“分子手术刀”，又称为。
（1）主要来源：主要存在于中。
（2）作用：能够识别双链DNA分子的某种序列，切开的是每条链特定部位的两个核苷酸之间的。
（3）结果：形成DNA末端。
限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式，即和。
前者是限制酶切割中轴线的产生的，后者是沿切割而形成的。
2、――“分子缝合针”（1）作用：将切下的DNA片段“缝合”，恢复被限制酶切开的，拼接成新的DNA分子。
（2）种类：E.coli DNA连接酶只能连接互补的；T4 DNA连接酶两种末端都能连接，但对的连接效率比较低。
3、基因进入受体细胞的载体――“”（1）载体的条件：①能够在细胞中；②有多个，便于外源基因的插入；③具有，便于重组DNA的鉴定和选择；④能在宿主细胞内友好借居，不影响宿主细胞的生命活动。
（2）载体的种类：①最常用的是，它是一种裸露的、结构简单、独立于之外、能够的链状。
含有一个至多个，供外源基因插入其中，并带有特定的，可供重组DNA的鉴定和选择。
②除此之外，还有、也可以充当基因工程载体。
【合作探究】探究一：从结构上分析，为什么不同生物的DNA能够重组？探究二：DNA重组技术的基本工具一限制性核酸内切酶——“分子手术刀”问题1：原核生物中存在的限制酶有什么作用呢？想一想，为什么限制酶不切割自身的DNA？问题2：限制性核酸内切酶的作用问题3：限制酶切割的是什么化学键？什么是黏性末端？什么是平末端？问题4：下列限制酶切割DNA后都会形成黏性末端吗？请大家画出这几种DNA片段被对应的限制酶切割后的结果。
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。
这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。
DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。
首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。
通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。
PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。
限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。
通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。
其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。
限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。
这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。
常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。
当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。
接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。
DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。
常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。
通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。
此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。
质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。
载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。
通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。
在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。
通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具“工欲善其事，必先利其器”。
我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。
培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。
实现这一精确的操作过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针”将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。
科学家已经找到并运用了这三种必需的工具，才使培育抗虫棉这一奇妙构想变成了现实（图1-1）。
图1-1 抗虫棉（左侧为对照）寻根问底根据你所掌握的知识，你能推测这类酶存在于原核生物中的作用是什么吗限制性核酸内切酶——“分子手术刀”切割DNA的工具是限制性核酸内切酶（restrictionen donucleases)，又称限制酶（restriction enzyme）。
这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。
迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。
它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（图1-2）断开。
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如，Eco RI、Sma I限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式—黏性末端和平末端（图1-3）。
当限制酶在它识别序列的中心轴线（图中虚线）两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。
生物技术资料卡限制酶的名字怎么起限制酶的名字是怎么起的呢是用生物属名的头一个字母与种名的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪个生物中分离出来的。
例如，一种限制酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母Eco R表示；如果它是从大肠杆菌R菌株中分离出来的第一个限制酶.则进一步表示成Eco RI 。
DNA重组技术的基本工具定稿
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
高中生物人教版选修三同步导学：1.1 DNA重组技术的基本工具(理解+掌握+应用)
1．1DNA重组技术的基本工具1．基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。
2．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。
3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。
4．限制性核酸内切酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。
5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。
6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
基因工程的概念及其诞生与发展[自读教材·夯基础]1．基因工程的概念2．基因工程的诞生和发展(1)基础理论的重大突破：①DNA是遗传物质的证明；②DNA双螺旋结构和中心法则的确立；③遗传密码的破译。
(2)技术发明使基因工程的实施成为可能：①基因转移载体和工具酶相继发现；②DNA合成和测序技术的发明；③DNA体外重组得到实现及重组DNA表达实验获得成功。
(3)基因工程的发展与完善：1983年，世界第一例转基因烟草培养成功，基因工程进入迅速发展阶段。
1988年PCR 技术的发明，使基因工程进一步发展和完善。
1．通过分析基因工程的概念，讨论基因工程的原理是什么。
提示：基因重组。
2．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。
请分析人胰岛素基因能在大肠杆菌体内表达的理论基础是什么。
提示：生物共用一套遗传密码。
[跟随名师·解疑难]1．对基因工程概念的理解操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因DNA分子水平剪切→连接→导入→表达定向地改造生物的遗传性状2．基因工程的原理和理论基础(1)原理：基因重组。
(2)理论基础：①拼接：不同生物DNA的基本组成单位相同，都是4种脱氧核苷酸；空间结构相同，都是规则的双螺旋结构。
②表达：生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质。
基因工程操作的基本工具1．限制性核酸内切酶(1)来源：主要从原核生物中分离出来。
生物重组dna技术的基本工具
生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。
下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。
限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。
DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。
DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。
DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。
在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。
电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。
通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。
载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。
载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。
转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。
通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。
DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。
它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。
这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。
1.1 DNA重组技术的基本工具0
切割位点：磷酸二酯键
举 例：EcoRI限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A 之间切开 结果：形成两种末端
限制性内切酶
限制 酶
黏性末端和平末端
限制酶在原核生物中有什么作用？
• 限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA 侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保而达到保护自 身的目的。 • 限制酶不会将自己的DNA 切割吗？ • 含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具 备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化 酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 不能将其切开。
1.1 DNA重组技术的基本工具
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
DNA连接酶——“分子缝合针”
• 种类：两种：
一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。 一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。
• 特点：
E·coli连接酶只能连接黏性末端；
T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。
DNA重组技术的基本工具
新课导入你敢吃这些“转基因”辣椒吗？角似鹿、鼻似狮、目似虎、唇似牛、爪似鹰、髭似马、鳞似鱼、身似蛇呼风唤雨腾云驾雾专题一基因工程1.1 DNA重组技术的基本工具教学目标知识目标简述DNA重组技术所需三种基本工具及其作用。
认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
能力目标情感态度与价值观1、关注基因工程的发展前景。
2、了解国内外科研成果，唤起学习积极性。
重点难点教学重难点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
基因工程载体需要的条件。
基因工程需要哪些基本工具?基因工程的“专用工具”一“分子手术刀”——限制性核酸内切酶二“分子缝合针”——DNA连接酶三“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体主要是从原核生物中分离纯化出来的一种酶。
能将外来的DNA 切断，由于这种切割作用是在DNA 分子内部进行的，故名限制性内切酶。
4000种1、来源：2、种类：一、“分子手术刀”—限制性核酸内切酶3、限制酶切割DNA分子示意图A PC PG P T P APCPGPT4、限制酶切割的是哪个部位的键?在特定位点水解磷酸二酯键一5、限制酶的作用结果是什么？形成黏性末端或平末端当限制酶从识别序列的中心轴线两侧切开时，被限制酶切开的DNA 两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
特点：单链凸出G//CTTAA AATTC//G什么叫黏性末端？⑴当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA 两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
特点：没有单链凸出CCC GGG GGG CCC CCC GGG GGG CCC什么叫平末端？⑵6、内切酶与解旋酶的区别二、“分子缝合针”——DNA连接酶DNA 连接酶的作用是什么？分为哪两类？DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？G A A T T C C T T A A G G A A T T CC T T A A GG C T T A AA A T T CGG C T T A AA A T T C GG C T T A A A A T T CG Ecol Ⅰ切割在脱氧核糖与磷酸基之间形成磷酸二酯键1、种类①从大肠杆菌中分离得到：EcolⅠDNA连接酶，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接。
《DNA 重组技术的基本工具》 教学设计
《DNA 重组技术的基本工具》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）简述 DNA 重组技术所需的三种基本工具的作用。
（2）理解限制酶的来源、特点及作用结果。
（3）理解 DNA 连接酶的种类、作用及与 DNA 聚合酶的区别。
（4）了解载体需要具备的条件及常用载体的种类。
2、能力目标（1）通过分析和讨论限制酶的作用特点，培养学生的逻辑思维能力。
（2）通过比较 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶，提高学生的对比分析能力。
3、情感态度与价值观目标（1）感受生物技术在现代社会中的重要作用，激发学生对生物科学的兴趣。
（2）体会科学研究的严谨性和创新性，培养学生的科学精神。
二、教学重难点1、教学重点（1）限制酶的作用特点和作用结果。
（2）DNA 连接酶的作用。
（3）载体需要具备的条件。
2、教学难点（1）限制酶的切割位点和切割方式。
（2）DNA 连接酶的作用机制。
三、教学方法讲授法、讨论法、直观演示法四、教学过程1、导入新课通过展示一些基因工程的实际应用成果，如转基因作物、基因治疗等，引起学生的兴趣，进而提出问题：这些成果是如何实现的？引出DNA 重组技术，从而导入本节课的主题——DNA 重组技术的基本工具。
2、讲解限制酶（1）介绍限制酶的来源：主要来自原核生物。
（2）展示限制酶切割 DNA 的动画或图片，讲解其特点：能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割 DNA 分子。
（3）以具体的例子说明限制酶的作用结果：产生黏性末端或平末端。
（4）组织学生讨论限制酶切割 DNA 的特异性，加深对其特点的理解。
3、讲解 DNA 连接酶（1）介绍 DNA 连接酶的种类：E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶。
（2）讲解两种连接酶的作用：将两个具有相同黏性末端或平末端的 DNA 片段连接起来。
（3）通过对比 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的作用，帮助学生理解它们的区别。
4、讲解载体（1）提出问题：如何将目的基因导入受体细胞？引出载体的概念。
DNA重组技术的基本工具
（1）种类： E·coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶 （2）作用： 形成磷酸二酯键
基因A
基因B
将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制 酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 ,这样一个 重组的DNA分子就形成了。
4
载体--质粒
（1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中 （2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制
载体的作用
（1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
载体的必要 条件
（2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接
（3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择
载体的种类
（1）细菌的质粒 （2）病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等
பைடு நூலகம்
黏性末端
2
限制性核酸内切酶
②SmaⅠ: 只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。 在G与C 之间切割
中轴线
2
限制性核酸内切酶
②SmaⅠ: 只能识别CCCGGG序列。
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的 DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
平末端
平末端
３
DNA连接酶
1.1 DNA重组技术的基本工具
具有绿色荧光蛋白基因的水母能发出绿色的荧光
1.1 DNA重组技术的基本工具
转入水母绿色荧光蛋白基因后的小鼠
1
基因工程
（1）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重组和转基因等技术，赋予 生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要 的新的生物类型和生物产品。 （2）别名： DNA重组技术 （3）原理： 基因重组 （4）操作环境：体外操作 （5）操作水平：DNA分子水平
生物：1.1《DNA重组技术的基本工具》
有标记基因的存 在，将来可用含 青霉素的培养基 鉴别。 鉴别。
有切割位点
能复制并带着插 入的目的基因一 起复制
• 基因工程中作为载体使用的 基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid）， 分子很多都是质粒（ 分子很多都是质粒 ）， 即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双 之外的一种可以自我复制、 即独立于细菌拟核处染色体 之外的一种可以自我复制 链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程 链闭环的裸露的 分子。 分子 载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下 载体使用呢？其实不然， 条件。 条件。 • （1） 载体 必需有一个或多个限制酶的切割位点， ） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的 必需有一个或多个限制酶的切割位点 基因可以插入到载体上去。 基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点 所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外， 所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才 不至于因目的基因的插入而失活。 不至于因目的基因的插入而失活。 • （2） 载体 必需具备自我复制的能力， ） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体 必需具备自我复制的能力 DNA上随染色体 上随染色体DNA的复制而同步复制。 的复制而同步复制。 上随染色体 的复制而同步复制 • （3） 载体 必需带有标记基因， ） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛 必需带有标记基因 选。 • （4） 载体 必需是安全的， ） 载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进 必需是安全的 不会对受体细胞有害， 入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 • （5） 载体 分子大小应适合， ） 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作， 分子大小应适合 以便提取和在体外进行操作， 太大就不便操作。 太大就不便操作。 • 实际上自然存在的质粒 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 分子并不完全具备上述条件， 分子并不完全具备上述条件 进行人工改造后才能用于基因工程操作。 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
3.1.1 DNA重组技术的基本工具
能连接黏性末端 能连接黏性末端和 黏性末端和 T4噬菌体 二酯键 平末端(效率较低) 平末端(效率较低)
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
载体需要的条件： ⒈载体需要的条件： ⑴有1-多个限制酶切点 ⑵对受体细胞无害 导入基因能在受体细胞中复制 能在受体细胞中复制、 ⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达 有某些标记基因， ⑷有某些标记基因，便于筛选 常用运载体： ⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒 ⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具 重组技术
基因工程
提取目的基因 目的基因与运 载体结合 目的基因导入 受体细胞 目的基因的检 测与鉴定
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”——限制性核酸内切 限制性核酸内切 酶 基因的“针线” 基因的“针线”—— DNA连接酶 连接酶 基因的运载体
• 常用的载体：质粒 常用的载体：
重组DNA分子： 重组DNA分子： DNA分子 启动子 终止子 目的基因 标记基因
有切 割位 点 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有标记 基因的 存在， 存在， 可用含 氨苄青 霉素的 培养基 鉴别
注意： 注意：真正用作运载体的质粒都是人 工改造过的。 工改造过的。
不需要模板
连接酶——“分子缝合针” 分子缝合针” 二、DNA连接酶 连接酶 分子缝合针
1、种类： 种类：
E·coli DNA连接酶 coli DNA连接酶 DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 功能 相同点 差别 只能连接黏性末端 只能连接黏性末端
DNA重组技术的基本工具
G
DNA聚合酶
A A T C A A T A G T T A G T
G
DNA聚合酶
A A T C A A T A G T T A G T T
G
DNA聚合酶
A A T C A A T A G T T A G T T A
G
DNA聚合酶
A A T C A A T A G T T A ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ T T A T
最常用的质粒——大肠杆菌的质粒
试分析其作为载体的优点？
有标记基 因的存在， 可用含氨 苄青霉素 的培养基 鉴别
有切割位点
质粒是一种裸 露的、结构简 单独立于细菌 染色体之外、 具有自我复制 能力的双链环 状DNA分子。
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
实际上自然存在的质粒DNA 分子并不完全具备上述条件，都 要进行人工改造后才能用于基因 工程操作。
下课了!
什么叫磷酸二酯键？
P
G
P A
生物 选修3 专题1 基因工程 1.1DNA重组技术的基本工具
蓝色妖姬
蓝色素基因 (目的基因)
蓝色妖姬是怎么培 育出来的呢?
导入
表达
三色紫罗兰
玫瑰 (受体细胞)
蓝色妖姬
基因工程的概念
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA 重组技术。通俗地说，就是按照人们的意 愿，把一种生物的某种基因提取出来，加 以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞 里，定向地改造生物的遗传性状。
T4DNA连接酶
E· coliDNA连接酶与T4DNA连接酶
类型 来源 功能 相同点 差别
E· coliDNA连接酶 大肠杆菌 恢复 只能连接黏性末端 磷酸 二酯键 能连接黏性末端和 T4DNA连接酶 T4噬菌体 平末端(效率较低)
DNA重组技术的基本工具概述
DNA重组技术的基本工具概述DNA重组技术是一种能够将不同生物体中的基因或DNA片段进行重组的技术。
它的出现使得科学家们能够更容易地研究和改变生物体的遗传信息，从而促进了生物学、医学等领域的发展。
DNA重组技术有许多的基本工具，其中包括限制性内切酶、DNA连接酶、质粒、转基因技术等。
本文将对这些基本工具进行详细介绍。
首先，限制性内切酶是DNA重组技术中最重要的工具之一。
限制性内切酶是从细菌中分离出来的一类特殊酶，它能够识别和切割DNA中的特定序列，产生黏性末端或平滑末端的DNA片段。
这种特殊的切割方式使得科学家们可以将不同来源的DNA片段进行精确地连接。
限制性内切酶的种类非常多，每一种限制性内切酶都有特定的切割序列，这使得科学家们可以选择适当的酶来进行重组操作。
其次，DNA连接酶也是DNA重组技术中的重要工具。
DNA连接酶能够将DNA片段进行连接，形成新的DNA分子。
在DNA分子连接过程中，科学家们通常使用DNA连接酶来催化连接反应。
DNA连接酶有许多种类，其中最常用的是DNA接头酶和DNA连接酶。
DNA接头酶能够将不同DNA片段的末端连接起来，而DNA连接酶则能够在两个DNA片段之间形成一个新的连接。
质粒也是DNA重组技术中不可或缺的工具之一。
质粒是存在于细菌和其他生物体中的一种小型DNA分子，它通常能够自主地复制和传递。
在DNA重组技术中，科学家们首先将需要重组的DNA片段插入到质粒中，然后将质粒转化到细菌中，使其能够在细菌内部大量复制。
通过这种方式，科学家们可以得到大量的重组质粒，用于其后的基因功能研究和基因工程等领域。
最后，转基因技术也是DNA重组技术中的重要内容。
转基因技术是指将外源基因导入到目标生物的基因组中，从而使其获得新的性状或功能。
转基因技术在农业、医学等领域有着广泛的应用。
通过DNA重组技术，科学家们可以将外源基因插入到质粒中，然后将质粒导入到目标生物体中，使其获得新的基因组成。
3.1重组DNA技术的基本工具
第三章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具（课前+课中+课后，三案一体）课前案【预习新知】一、基因工程的概念二、基因工程操作的基本工具1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”2.DNA连接酶——“分子缝合针”3.载体——“分子运输车”三、DNA的粗提取与鉴定实验1.实验原理（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。
利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。
（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。
（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可作为鉴定DNA的试剂。
2.实验步骤（1）称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。
（2）在漏斗上垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。
也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。
（3）在上清液中加入体积相等的、预冷的95%酒精溶液，静置23min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。
用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或在1000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物晾干。
（4）DNA的鉴定：取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。
将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。
然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。
混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。
待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。
【预习自测】1.限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
（√）2.限制酶只能用于切割目的基因。
（X）3.限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。
（√）4.将制备的含有DNA的滤液加入预冷的95%酒精溶液，静置23min，可以将DNA析出。
DNA重组技术的基本工具PPT课件
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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 DN特A 定核分苷酸子 的 某 种
序列；
磷酸二酯键
②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的
断裂。
(3)作用结果
中心轴线两侧
①黏性末端：在所识别序列的
将
DNA的两条链分别切开时形成中的心末轴端线。
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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
动植的物衍病生毒物、
等。
2．常用载体——质粒
(1)质粒是一种自裸我露复的制、结构简单双、链独环立状于DN细A 菌拟核DNA之外，
并具有
限制酶切割 能 力 的
分子外。源
(2)质粒DNA分子上有标一记至基多因个
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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：
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2024/10/15
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3．载体的种类 (1)细菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状DNA，有 的细菌只有一个，有的细菌有多个。 (2)λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。 一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人 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。
《DNA 重组技术的基本工具》 知识清单
《DNA 重组技术的基本工具》知识清单DNA 重组技术是现代生物技术的核心之一，它让我们能够按照自己的意愿对生物的遗传物质进行改造和重组，从而实现对生物性状的精准调控和创新。
要实现 DNA 重组，就离不开一系列基本工具，下面让我们来详细了解一下这些重要的工具。
一、限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制酶是能够识别特定核苷酸序列，并在特定的位点切割 DNA 分子的酶。
1、来源限制酶主要来源于原核生物，原核生物可以利用限制酶来抵御外来DNA 的入侵。
2、作用特点具有特异性，能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且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开。
3、切割方式（1）错位切：产生的是黏性末端。
（2）平切：产生的是平末端。
4、作用结果产生 DNA 片段末端。
不同的限制酶识别的核苷酸序列和切割位点不同，这为 DNA 重组提供了多种可能性。
二、DNA 连接酶DNA 连接酶的作用是将两个具有相同末端的 DNA 片段连接起来。
1、种类（1）E·coli DNA 连接酶：只能连接黏性末端。
（2）T4 DNA 连接酶：既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率相对较低。
2、作用部位连接磷酸二酯键。
DNA 连接酶就像是“胶水”，将被切割开的 DNA 片段重新连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。
三、载体载体是将目的基因送入受体细胞的“运输工具”。
1、作用（1）携带目的基因进入受体细胞。
（2）在受体细胞中稳定保存并复制，从而使目的基因能够大量表达。
2、具备的条件（1）能在受体细胞中稳定保存并大量复制。
（2）具有一个或多个限制酶切割位点，以便插入目的基因。
（3）具有标记基因，便于筛选含有目的基因的受体细胞。
3、种类（1）质粒：是一种小型的环状 DNA 分子，是基因工程中最常用的载体。
（2）λ噬菌体的衍生物。
（3）动植物病毒。
以质粒为例，它通常含有抗生素抗性基因作为标记基因，当受体细胞在含有相应抗生素的培养基中能够生长，就说明其可能已成功导入了含有目的基因的质粒。
高中生物选择性必修三 第1节 重组DNA技术的基本工具
4．作用
(1)用它作为__运__输__工__具_______，将___目__的___基__因________送入受体细胞
中。
目的基因
(2)利用它在受体细胞内对__________________进行大量复制。
三．思考与讨论
（1）剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”? 提示：剪刀代表限制酶;透明胶条代表DNA连接酶。
(3)限制性内切核酸酶与DNA连接酶的关系 作用
应用
限制性内 切核酸酶
使特定部位的磷酸二 酯键断裂
用于提取目的基 因和切割载体
DNA连接 酶
在DNA片段之间重新形 成磷酸二酯键
用于目的基因 和载体的连接
思考与讨论：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
提示：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
一、基因工程及其诞生与发展
1．基因工程的概念
(1)操作场所：_______生__物__体___外_________。
(2)操作技术：_____转__基__因_____________等技术。
(3)操作结果：赋予生物新的_____遗__传__特__性_________，创造出更符
合
生物类型
人们需要的新的___D__N__A_分___子_______和生物产品。
从社会中来
番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当 番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。 科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出 了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。
DNA双螺旋的直径只有2 nm，对如此微 小的分子进行操作是一项非常精细的工作,更 需要专门的“分子工具”。那么,科学家究竞 用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具” 各具有什么特征呢?
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DNA重组技术的基本工具
专题1 基因工程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重组和转基因等技术，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类型和生物产品。
由于基因工程是在DNA 分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。
能否培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？
胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低成本高。
而微生物生长迅速，容易控制。
于是科学家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生物体内，并得以表达，就不仅能解决产量问题，还能大大降低生产成本，使药品价格大幅下降。
能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？
这些定向改造生物的设想能实现么？经过多年的努力，科学家终于在20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术
――基因工程
一、基因工程的概念：优点：又叫做基因拼接技术或DNA 重组技术。
通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物定向地改造生物的遗传性状；的某种基因提取出来，加以修饰改造，
然后实现基因在不同物种之间的转移，迅速培育放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物出生物新品种的遗传性状。
原理操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因重组生物体外基因/DNA 分子水平剪切→拼接→导入→表达人类需要的基因产物
一、基因工程诞生的理论基础1.基因拼接的理论基础(1)大多数生物的遗传物质是DNA。
(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
(3)双链DNA 分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
2.外源基因在受体内表达的理论基础(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。
基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌提取
普通棉花(无抗虫特性)与运载体DNA拼接，导入
抗虫基因
棉花细胞(含抗虫基因)表达
棉花植株(有抗虫特性)
解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
DNA重组技术的基本工具“分子手术刀” ──限制酶“分子缝合针” ──DNA连接酶“分子运输车” ──基因进入受体细胞的载体。