基因工程的基本工具(公开课)
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能否培养抗虫棉呢？
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Байду номын сангаас生出人的 胰岛素等珍贵药物？
这些定向改造基因 的设想能实现吗？
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
A T
T
A
G
C
C
G
常见的两种限制酶
1、大肠杆菌的一种限制酶 （EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在 G和A之间切开形成黏性末端。 2、SmaⅠ能识别CCCGGG序列， 并在C和G之间切割形成平末端 。
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
• 什么叫黏性末端？
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。
3、种类：
类型
来源 大肠杆菌
功能 相同点 差别
E〃coliDNA
连接酶
T4DNA连接酶
恢复 只能连接黏性末端 磷酸 二酯键 能连接黏性末端和 T4噬菌体 平末端(效率较低)
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
G C T T A A A T T A G
DNA连接酶 在两DNA片断之间形成 磷酸二脂键，不需要模 板
SmaⅠ
平末端
平末端
什么叫平末端？ 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。
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶 1、作用：
2、作用部位： 磷酸二酯键
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连 接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
D、它是环状DNA
二、分子缝合针——DNA连接酶
DNA连接酶的作用过程：
A T
T
A
G
C
连接酶连接磷酸二酯键
C G
作用部位： 是磷酸二酯键（扶手）
不是氢键（梯子）
DNA连接酶将两条DNA链连接起来的酶。
连接酶种类： 分类
E.coli DNA连接酶
T4DNA连接酶 作用 连接黏性末端 连接黏性末端和平末端
分子运输车
质粒、噬菌体、动植物病毒
认识常用的载体——质粒
质粒——细菌细胞中一种很小的环状DNA分子。 裸露的、结构简单、独立于细菌之外，并且有自我 复制能力
质粒
拟核 大肠杆菌细胞
目的基因插入位点
氨苄青霉素 抗性基因
复制原点
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
人工改造
的
小结
限制酶 DNA连 接酶 主要存在于原核生物中 具有专一性(识别序列) 切开DNA分子的磷酸二酯键 连接磷酸二酯键 种类 E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
基因工程 的工具
运载 工具
具备的 条件
结构简单,大小适中对受体细胞 无害能在宿主细胞中自 我复制并稳定存在 具一个至多个限制酶切位点
操作环境
操作对象 操作水平 基本过程 实质 结果
生物体外 基因 DNA分子水平 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组 赋予生物新的遗传特性，从而 创造出更符合人们需要的生物 类型和生物产品
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
——基因工程
基因工程的概念
基因工程：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,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 作DNA重组技术或基因拼接技术。
基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
平末端
4、“分子缝合针” —— DNA连接酶 1、种类：
两类
E· coli DNA连接酶
连接黏性末端
T4 DNA连接酶
连接黏性末端和平末端
2、作用部位：
磷酸二酯键
4、基因进入受体细胞的载体
通常有三种:
质粒 λ 噬菌体衍生物 动植物病毒
作为载体的条件： 能自我复制；有切割位点； 有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离 在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是 在 天然质粒 基础上进行过
载体应具备的条件
(1)能在宿主细胞内稳定保存并自我复制。
(2)有一个至多个限制酶切点，以便与外源基 因连接
(3)具有某些标记基因，以便进行筛选
（4）对受体细胞无害、易分离 (5)结构简单,大小适中
课本知识回顾
1、基因工程又叫做 基因拼接技术 DNA重组技术 或 。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，
具标记基因
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
练习
1.以下说法正确的是 （C ）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多 个限制酶切点，以便与外源基因连接 D 、 DNA 连接酶使黏性末段的碱基之间形 成氢键
2. 不属于质粒被选为基因运载体的理由 是 D A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因
棉花细胞(含抗虫基因)
表达
棉花植株(有抗虫特性)
• 抗虫棉的培育有哪些关键步骤？
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
专题一
基因工程
本节知识内容
§1-1 DNA重组技术的基本工具
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
DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和 不同点？
DNA连接酶 连接DNA链 DNA聚合酶
双链
单链
连接部位
在两DNA片 将单个核苷酸加 断之间形成 到已存在的核酸 磷酸二脂键 片断3’末端形成 磷酸二脂键
定向地 改造生物的遗传性状。
2、DNA 重组技术的基本工具
限制（性核酸内切）酶 “分子手术刀” ──
“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
3、限制性核酸内切酶
主要是从 原核生物中分离纯化出来 的一种酶。 识别双链DNA 分子的某种 ，并 特定的核苷酸序列 且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。磷酸二酯键 黏性末端 形成两种末端
DNA聚合酶
将单个核苷酸加到已存在 的核酸片断3’末端形成 磷酸二脂键,需要模板
三、分子运输车——基因进入受体细胞的载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生 物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的 细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具就是 载体。
1、基因工程的载体被喻为：
2、基因工程的载体来源：
一、“分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源： 主要是原核生物 2、种类： 约4000种。 3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
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。
4、切割方式：错切和平切 5、结果：形成两种末端
黏性末端 平末端
限制酶切割磷酸二酯键
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Байду номын сангаас生出人的 胰岛素等珍贵药物？
这些定向改造基因 的设想能实现吗？
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
A T
T
A
G
C
C
G
常见的两种限制酶
1、大肠杆菌的一种限制酶 （EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在 G和A之间切开形成黏性末端。 2、SmaⅠ能识别CCCGGG序列， 并在C和G之间切割形成平末端 。
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
• 什么叫黏性末端？
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。
3、种类：
类型
来源 大肠杆菌
功能 相同点 差别
E〃coliDNA
连接酶
T4DNA连接酶
恢复 只能连接黏性末端 磷酸 二酯键 能连接黏性末端和 T4噬菌体 平末端(效率较低)
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
G C T T A A A T T A G
DNA连接酶 在两DNA片断之间形成 磷酸二脂键，不需要模 板
SmaⅠ
平末端
平末端
什么叫平末端？ 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。
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶 1、作用：
2、作用部位： 磷酸二酯键
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连 接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
D、它是环状DNA
二、分子缝合针——DNA连接酶
DNA连接酶的作用过程：
A T
T
A
G
C
连接酶连接磷酸二酯键
C G
作用部位： 是磷酸二酯键（扶手）
不是氢键（梯子）
DNA连接酶将两条DNA链连接起来的酶。
连接酶种类： 分类
E.coli DNA连接酶
T4DNA连接酶 作用 连接黏性末端 连接黏性末端和平末端
分子运输车
质粒、噬菌体、动植物病毒
认识常用的载体——质粒
质粒——细菌细胞中一种很小的环状DNA分子。 裸露的、结构简单、独立于细菌之外，并且有自我 复制能力
质粒
拟核 大肠杆菌细胞
目的基因插入位点
氨苄青霉素 抗性基因
复制原点
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
人工改造
的
小结
限制酶 DNA连 接酶 主要存在于原核生物中 具有专一性(识别序列) 切开DNA分子的磷酸二酯键 连接磷酸二酯键 种类 E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
基因工程 的工具
运载 工具
具备的 条件
结构简单,大小适中对受体细胞 无害能在宿主细胞中自 我复制并稳定存在 具一个至多个限制酶切位点
操作环境
操作对象 操作水平 基本过程 实质 结果
生物体外 基因 DNA分子水平 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达 基因重组 赋予生物新的遗传特性，从而 创造出更符合人们需要的生物 类型和生物产品
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
——基因工程
基因工程的概念
基因工程：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,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 作DNA重组技术或基因拼接技术。
基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
平末端
4、“分子缝合针” —— DNA连接酶 1、种类：
两类
E· coli DNA连接酶
连接黏性末端
T4 DNA连接酶
连接黏性末端和平末端
2、作用部位：
磷酸二酯键
4、基因进入受体细胞的载体
通常有三种:
质粒 λ 噬菌体衍生物 动植物病毒
作为载体的条件： 能自我复制；有切割位点； 有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离 在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是 在 天然质粒 基础上进行过
载体应具备的条件
(1)能在宿主细胞内稳定保存并自我复制。
(2)有一个至多个限制酶切点，以便与外源基 因连接
(3)具有某些标记基因，以便进行筛选
（4）对受体细胞无害、易分离 (5)结构简单,大小适中
课本知识回顾
1、基因工程又叫做 基因拼接技术 DNA重组技术 或 。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，
具标记基因
质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
练习
1.以下说法正确的是 （C ）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多 个限制酶切点，以便与外源基因连接 D 、 DNA 连接酶使黏性末段的碱基之间形 成氢键
2. 不属于质粒被选为基因运载体的理由 是 D A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因
棉花细胞(含抗虫基因)
表达
棉花植株(有抗虫特性)
• 抗虫棉的培育有哪些关键步骤？
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
专题一
基因工程
本节知识内容
§1-1 DNA重组技术的基本工具
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
DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和 不同点？
DNA连接酶 连接DNA链 DNA聚合酶
双链
单链
连接部位
在两DNA片 将单个核苷酸加 断之间形成 到已存在的核酸 磷酸二脂键 片断3’末端形成 磷酸二脂键
定向地 改造生物的遗传性状。
2、DNA 重组技术的基本工具
限制（性核酸内切）酶 “分子手术刀” ──
“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
3、限制性核酸内切酶
主要是从 原核生物中分离纯化出来 的一种酶。 识别双链DNA 分子的某种 ，并 特定的核苷酸序列 且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。磷酸二酯键 黏性末端 形成两种末端
DNA聚合酶
将单个核苷酸加到已存在 的核酸片断3’末端形成 磷酸二脂键,需要模板
三、分子运输车——基因进入受体细胞的载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生 物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的 细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具就是 载体。
1、基因工程的载体被喻为：
2、基因工程的载体来源：
一、“分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源： 主要是原核生物 2、种类： 约4000种。 3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
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。
4、切割方式：错切和平切 5、结果：形成两种末端
黏性末端 平末端
限制酶切割磷酸二酯键