1、第1页专题一 基 因 工 程 第2页11 DNA重组技术的基本工具 第3页目标定位重点突破1.结合教材 P23，了解基因工程的发展历程2结合教材 P45，掌握限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的作用、特点3结合教材 P6，掌握质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用1.了解基因工程的概念、诞生及发展2掌握限制酶及 DNA 连接酶的种类及作用(重、难点)3掌握运载体的种类及应具备的条件(难点)第4页自 主 学 习 第5页一、基因工程的概念(阅读 P1)1对概念的理解别名_技术操作环境生物体外操作对象_操作水平_水平原理基因重组结果创造出人类需要的新的_和_第6页2.基因工程的理论基础和技术支持(阅
2、读 P23)DNA 是遗传物质的证明基因转移载体的发现工具酶的发现 A理论基础遗传密码的破译DNA 体外重组的实现重组 DNA 表达实验的成功PCR 技术的发明B技术支持DNA 双螺旋结构和中心法则的确立DNA 合成和测序技术的发明第7页二、限制性核酸内切酶“分子手术刀”(阅读 P45)1来源：主要来自_。2特点(1)识别双链 DNA 分子的某种_序列。(2)使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_断开。第8页3作用结果(1)黏性末端：限制酶在所识别序列的_将 DNA的两条链分别切开时形成的末端。(2)平末端：限制酶在所识别序列的_处切开时形成的末端。第9页三、DNA 连接酶“分子缝合针”(阅
3、读 P56)1种类Ecoli DNA 连接酶来源：作用：只连接互补的 末端T4 DNA 连接酶来源：作用：对于黏性末端和平末端都能连接，但对 末端的连接效率较低第10页2作用 将切开的 DNA 片段“缝合”，恢复被限制酶切开的_，拼接成新的 DNA 分子。第11页四、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”(阅读 P6)1种类 质粒、_的衍生物、动植物病毒等。第12页2质粒(常用的载体)(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_能力的很小的_分子。(2)质 粒 DNA 分子 上有一个 至多个 _位 点，供_DNA 片段插入其中。(3)质粒 DNA 分子上有特殊的_，供
4、重组 DNA 的_。(4)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经过_的。第13页自我校对一、1.DNA 重组 基因 DNA 分子 生物类型 生物产品 2.A B二、1.原核生物 2.(1)特定核苷酸(2)磷酸二酯键 3.(1)中心轴线两侧(2)中心轴线三、1.大肠杆菌 黏性 T4 噬菌体 平 2.两个核苷酸之间的磷酸二酯键四、1.噬菌体 2.(1)自我复制 双链环状 DNA(2)限制酶切割 外源(3)标记基因 鉴定和选择(4)人工改造第14页课 堂 探 究 第15页考点一 基因工程的理论基础1不同生物 DNA 分子得以重新拼接的基础(1)基本组成单位相同：不同生物的
5、DNA 分子都是由脱氧核苷酸构成的。(2)空间结构相同：不同生物的 DNA 分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。(3)碱基配对方式相同：不同生物的 DNA 分子中两条链之间的碱基配对方式均是 A 与 T 配对、G 与 C 配对。第16页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遗传物质的结构和功能的基本单位，其表达具有相对独立性。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。第17页1有性生殖中的基因重组是随机的，且只能在同一物种间进行。基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组有何区别？【提示】基因工
6、程可以在不同物种间进行基因重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。第18页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。第19页下列叙述符合基因工程概念的是()A在细胞内将 DNA 进行重组，赋予生物新的遗传特性B将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其 DNA 发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其 DNA 整合到细菌 DNA 上第20页【解析】基因工程是在生物体外将 DNA 进行重组，
7、赋予生物新的遗传特性，故 A 项不符合基因工程的概念，B 项符合基因工程的概念；C 项属于诱变育种；D 项外源基因导入细菌不是人为操作的，不属于基因工程的范畴。【答案】B第21页【变式训练 1】目前，科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列不是这一先进技术的理论依据的是()A所有生物共用一套遗传密码B基因能控制蛋白质的合成C兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的 DNA 都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循相同的碱基互补配对原则D兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先第22页【解析】题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同
8、的蛋白质，说明控制其合成的 mRNA 上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A 项正确；基因是通过转录获得 mRNA，进而控制蛋白质的合成，B 项正确；基因是有遗传效应的 DNA 片段，由四种脱氧核苷酸组成，都遵循相同的碱基互补配对原则，都具有相同的空间结构，C 项正确；生物之间是否有共同的原始祖先与 DNA 重组技术之间没有必然关系，D 项错误。【答案】D第23页基因重组的三种主要类型(1)减数第一次分裂四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体间发生交叉互换，导致染色单体上的基因重新组合。(2)减数第一次分裂后期，随着非同源染色体的自由组合，非同源染色体上的非等位基因也自由组合。
9、(3)人工操作导致的基因重组，即基因工程。第24页考点二 基因工程的工具酶1限制性核酸内切酶(又称限制酶)(1)来源：主要来自原核生物。(2)功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并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)结果：产生黏性末端或平末端。(4)特点：具有特异性(专一性)第25页(5)识别序列：组成：大多数由 6 个核苷酸组成，少数由 4、5、8 个核苷酸组成。特点：一般具有回文序列。第26页2DNA 连接酶(1)作用：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。(2)种类：项目Ecoli DNA 连接酶T4 D
10、NA 连接酶来源大肠杆菌T4 噬菌体特点只能连接黏性末端既可以连接黏性末端，又可以连接平末端(效率较低)(3)结果：形成重组 DNA 分子。第27页3与 DNA 相关的五种酶的比较 名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键 将 DNA 切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键 将两个 DNA 片段连接为一个 DNA 分子DNA聚合酶磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键 将 DNA 片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键将双链 DNA 分子局部解旋为单链，形成两条长链第28页4.归纳拓展 磷酸二酯键磷酸二酯键指的是下图圆圈中的化学键，而限制酶切割或DNA 连接酶
11、连接的只能是箭头所指处的化学键，因为圈中另一个化学键属于一个核苷酸的内部结构。第29页1仔细观察下列两种限制酶作用示意图，尝试回答下列问题：(1)两种限制酶的识别序列和切割位点分别是什么？(2)由以上分析可知限制酶的作用是什么？有何作用特点？第30页【提示】(1)EcoR的识别序列为GAATTC，切割位点在 G 和 A 之间。Sma的识别序列为CCCGGG，切割位点在 C 和 G 之间。(2)限制酶的作用是：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。其作用特点是特异性地识别和切割双链 DNA 分子。第31页2如图 1 所示，Eco
12、li DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶均可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，相当于把梯子两边的扶手的断口连接起来。DNA 连接酶和限制性核酸内切酶的关系如图 2所示：由图可知 DNA 连接酶的作用部位是“”还是“”，形成了什么化学键？与限制性核酸内切酶相比作用部位和作用结果有何异同？第32页【提示】DNA 连接酶的作用部位为，形成了磷酸二酯键。DNA 连接酶和限制性核酸内切酶作用部位都是磷酸二酯键，但作用结果不同，前者是形成磷酸二酯键，连接 DNA 片段，后者是断裂磷酸二酯键，形成 DNA 片段。第33页下表所示为常用的限制酶及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法，正确的是()限制酶名
13、称识别序列和切割位点限制酶名称识别序列和切割位点BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRGAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGG注：YC 或 T，RA 或 G。A限制酶切割后不一定形成黏性末端B限制酶的切割位点一定在识别序列的内部C不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列第34页【解析】由表中信息可知，Hind能识别 4 种不同的核苷酸序列；Sau3A的切割位点在识别序列的外部；BamH与Sau3A切割后能形成相同的黏性末端；Sma切割后产生的是平末端。【答案】A第35页【变式训练 2】限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割D
14、NA 分子上特定的核苷酸序列。如图为四种限制酶 BamH、EcoR、Hind以及 Bgl的识别序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割部位。其中哪两种限制酶所切割出来的 DNA 片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是什么？()第36页ABamH和 EcoR；末端互补序列为AATTBBamH和 Hind；末端互补序列为GATCCEcoR和 Hind；末端互补序列为AATTDBamH和 Bgl；末端互补序列为GATC第37页【解析】BamH切出的末端序列为GATC，EcoR切 出 的 末 端 序 列 为 AATT，Hind 切 出 的 末 端 序 列 为AGCT，Bgl切出的末端序列为GATC，
15、故 BamH与Bgl切割出来的 DNA 片段末端可以互补黏合。【答案】D第38页【方法链接】黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方法是将黏性末端或平末端之一旋转 180后，看它们是否是完全相同的结构，若是，则为相同限制酶切割形成的；若否，则为不同限制酶切割形成的。第39页考点三 基因进入受体细胞的载体“分子运输车”1种类 质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。第40页2作为载体必须具备的条件(1)必须有一个至多个限制酶切割位点。(2)必须能在受体细胞中稳定存在并具备自我复制的能力，或整合到染色体 DNA 上，随染色体 DNA 进行同步复制。(3)必须有标记基因，便于重组 DNA 的筛
16、选和鉴定。(4)对受体细胞无害。(5)载体的大小适合，便于提取和在体外进行操作。第41页3质粒(常用载体)(1)化学本质：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很小的双链环状 DNA 分子。第42页(2)质粒作为载体所具备的条件及原因：条件原因能在受体细胞中稳定存在并能自我复制或整合到染色体 DNA 上能使目的基因稳定存在且数量可扩增有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组 DNA 的鉴定和选择无毒害作用对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤第43页(3)作用：作为运输工具，将目的基因导入受体细胞。质粒携带目的基因
17、在受体细胞内大量复制。第44页4标记基因的筛选原理 载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了基因表达载体的受体细胞，如图所示：第45页霍乱弧菌中也含有质粒，能否用来作为载体？【提示】不能。因为选择的载体应该对受体细胞无害。第46页质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否导入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不
18、同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有 a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()第47页项目细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况细菌在含四环素的培养基上的生长状况能生长能生长能生长不能生长不能生长能生长A是 c，是 b，是 aB是 a 和 b，是 a，是 bC是 a 和 b，是 b，是 aD是 c，是 a，是 b第48页【解析】细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因没有被破坏，所以插入点是 c；细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，说明其氨苄青霉素抗性基因正常而
19、四环素抗性基因被破坏，故插入点为 b；细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而能在含四环素的培养基上生长，说明其氨苄青霉素抗性基因被破坏而四环素抗性基因正常，故插入点为 a。【答案】A第49页【变式训练 3】质粒是基因工程最常用的载体，下列关于质粒的说法正确的是()A质粒在宿主细胞内都要整合到染色体 DNA 上B质粒是独立于细菌拟核 DNA 之外的小型细胞器C基因工程使用的质粒一定含有标记基因和复制原点D质粒上碱基之间数量存在 AGUC第50页【解析】基因工程使用的载体需有一至多个限制酶切割位点，具有自我复制的能力，有标记基因(便于重组 DNA 的筛选和鉴定)，对受体细胞安全，且分子大小适合。
20、质粒进入宿主细胞后不一定都要整合到染色体 DNA 上，如宿主细胞是无染色体结构的细菌细胞。质粒是小型双链环状 DNA 分子而不是细胞器，也不会有碱基 U(RNA 特有的碱基)。【答案】C第51页细胞膜上的载体与基因工程中的载体比较(1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)、噬菌体的衍生物，也可能是生物，如动植物病毒等。(2)功能不同：细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。第52页随 堂 训 练 第53页1下列说法中不正确的有()限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的DN
21、A 连接酶都是从原核生物中分离得到的所有限制酶识别的核苷酸序列均由 6 个核苷酸组成不同限制酶切割 DNA 的位点不同有的质粒是单链 DNAA BCD第54页答案 B解析 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，有很少量是来自真核生物酵母菌，错误；T4 DNA 连接酶来源于 T4噬菌体(一种病毒)，错误；EcoR、Sma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，错误；不同限制酶切割 DNA 的位点不同，切割出不同的黏性末端或平末端，正确；所有的质粒都是双链环状DNA 分子，错误。第55页2下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的()A1 种
22、B2 种C3 种D4 种第56页答案 C解析 黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方法是将黏性末端或平末端之一旋转 180后，看它们是否是完全相同的结构，若是，则为相同限制酶切割形成的；若否，则为不同限制酶切割形成的。图中为相同的平末端，可能由同一种限制酶切割所得，故图示四种末端至少是由 3 种限制酶作用产生的。第57页3下列关于基因工程中的 DNA 连接酶的叙述不正确的是()ADNA 连接酶的化学本质是蛋白质BDNA 连接酶能够连接两个 DNA 片段之间的磷酸二酯键C基因工程中可以用 DNA 聚合酶代替 DNA 连接酶D根据来源不同，DNA 连接酶可分为 Ecoli DNA 连接
23、酶和 T4 DNA 连接酶两大类第58页答案 C解析 DNA 连接酶的化学本质是蛋白质，根据来源不同可分为 Ecoli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶两大类，DNA 连接酶连接的是两个 DNA 片段之间的磷酸二酯键，而 DNA 聚合酶连接的是 DNA 片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，因此在基因工程中不能用 DNA 聚合酶代替 DNA 连接酶。第59页4下图表示一项重要的生物技术，对图中物质 a、b、c、d的描述，正确的是()A通常情况下，a 与 d 需要用同一种限制酶进行切割Bb 能识别特定的核苷酸序列，并将 A 与 T 之间的氢键断开Cc 连接双链间的 A 和 T，使黏性末端
24、处碱基互补配对Db 代表的是限制酶，c 代表的是 RNA 聚合酶第60页答案 A解析 b 是限制酶，能识别特定的核苷酸序列，并使 DNA分子的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，而不是使氢键断开；通常情况下，用同一种限制酶切割质粒和目的基因，以便形成相同的黏性末端或平末端；c 是 DNA 连接酶，能连接两个 DNA 片段，即在两个 DNA 片段之间重新形成磷酸二酯键。第61页5番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术抑制某种促进果实成熟的激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。请回答下列问题：(1)促进果实成熟的重要激素是_。(2)在培
25、育转基因番茄的操作中，所用的“分子手术刀”是_，“分子缝合针”是_，“分子运输车”是_。第62页(3)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是_。第63页答案(1)乙烯(2)限制性核酸内切酶(或限制酶)DNA 连接酶 载体(3)定向改变生物性状、育种周期短、克服远缘杂交不亲和的障碍(顺序可颠倒)解析(1)促进果实成熟的重要激素是乙烯。(2)在培育转基因番茄的操作中，所用的“分子手术刀”是限制酶，“分子缝合针”是 DNA 连接酶，“分子运输车”是载体。(3)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是能定向改变生物性状、育种周期短、克服远缘杂交不亲和的障碍。第64页基因工程的基本工具 限制性核 酸内切酶（分子手术刀）来源：主要从原核生物中分离纯化出来作用：识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，并切割特定部位的磷酸二酯键结果：产生黏性末端或平末端第65页DNA连接酶（分子缝合针）种类：Ecoli DNA连接酶、T4 DNA连接酶作用实质：在两个DNA片段之间形成 磷酸二酯键 载体（分子运输车）种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等必备条件能在受体细胞中复制并稳定保存具有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA片段插入其中具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择对受体细胞无害，不影响受体细胞的正常生 命活动请做：限时规范训练（一）