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1、1 第 1 课时工具酶的发现和基因工程的诞生 知识内容要求考情解读 工具酶的发现和 基因工程的诞生 a 1. 说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。 2. 说出限制性核酸内切酶的含义及作用特点。 3. 说出 DNA连接酶的作用。 4. 简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。 5. 解释限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒对基因 工程诞生的作用。 一、基因工程的概念和理论基础 基因工程的概述 基因工程是狭义的遗传工程。广义的遗传工程泛 指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核 糖核酸等 )移到另一种生物的细胞中去，并使这种 遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达 基因工程的核心构
2、建重组DNA分子 基因工程的诞生时间20 世纪 70 年代 诞生条件 基因工程诞生 的理论基础 DNA是生物遗传物质的发现；DNA双螺旋结构 的确立；遗传信息传递方式的认定 基因工程诞生 的技术保障 限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现 与应用 2 探究 1理性思维 六个方面理解基因工程的含义 基因工程的 核心 构建重组DNA分子 原理基因重组 优点 克服远缘杂交不亲和的障碍；定向改造生物的遗传性状( 因此 所产生的变异为定向变异) 操作环境体外 ( 培养液 ) 构建重组 DNA分子 操作水平分子水平 本质 外源基因导入受体细胞，实现受体细胞对该基因的表达，基 因本质未变，合成蛋白质
3、未变，只是蛋白质合成场所的转移 结果获得人类需要的基因产物或生物类型 探究 2学会总结 1不同生物的DNA分子能拼接起来的理论基础 (1)DNA 分子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) 所有生物的DNA碱基对均遵循严格的“碱基互补配对原则”。 2外源基因能够在受体内表达的理论基础 (1) 基因是控制生物体性状的结构和功能单位，具有相对独立性。 (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。 例 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
4、的DNA分子 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 答案D 解析基因工程是在体外进行基因重组，然后导入受体细胞内。 重组基因在受体细胞内表达， 产生人类所需的生物类型和生物产品，也就是定向地改造了生物的遗传性状。 3 例 2(2017浙江镇海中学月考) 关于基因工程的叙述，错误的是( ) A利用体外DNA重组技术定向改造生物的遗传性状 B在细胞水平上设计施工，需要限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体 C打破物种界限获得人们需要的生物类型或生物产品 D抗虫烟草的培育种植降低了生产成本，减少了环境污染 答案B 解析基因工程是指按照人类的
5、愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组 后转入细胞内进行扩增，并表达产生所需蛋白质的技术，可定向改造生物的遗传性状，A正 确；基因工程是在分子水平上设计施工的，B错误；基因工程可在不同生物间进行，故可打 破物种界限获得人们需要的生物类型或生物产品，C正确；抗虫烟草的培育种植减少了农药 的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，D正确。 二、基因工程的操作工具 1限制性核酸内切酶 (1) 来源：从原核生物中分离出来。 (2) 作用：对DNA分子上不同的特定的核苷酸序列进行识别和切割。 (3) 结果：把双链DNA分子切割成许多不同的片段。 2DNA连接酶 (1) 作用：具有缝合DNA片
6、段的作用，将具有末端碱基互补的2 个 DNA片段连接在一起。 (2) 结果：形成重组DNA分子，将外源基因和载体DNA连接在一起。 思考DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用和作用部位是否相同？ 答案DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用正好相反，前者是“缝合”， 后者是“切割”； 但二者作用部位相同，都作用于特定部位的磷酸二酯键。 3质粒最常用的载体 (1) 本质：具有自主复制能力的很小的双链环状DNA分子。 (2) 存在形式：独立于细菌拟核DNA之外。 (3) 质粒作为载体所具备的条件 能自主复制。 具有抗生素抗性基因，例如四环素的抗性基因。 (4) 作用：作为基因工程的载体。 4第一个人工D
7、NA重组产物是：猿猴病毒DNA与噬菌体DNA连接物。 5基因工程诞生的标志基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验是：某些接受了 4 重组 DNA分子的大肠杆菌同时具有抗四环素和抗卡那霉素的性状。 探究图示解读 1限制性核酸内切酶“分子手术刀” 据图回答相关问题： (1) 把如图 1 所示 DNA分子切割成2 个片段的酶称为限制性核酸内切酶。该限制性核酸内切 酶的切点在G、A之间，形成2 个粘性末端，其特点是碱基序列完全相同。 (2) 此限制性核酸内切酶识别特点是只能识别某一特定的核苷酸序列，如图1 中的识别序列 为 GAATTC 。 (3) 如果 G碱基发生基因突变，可能发生的情况是限制性核
8、酸内切酶不能识别切割位点。 (4) 如图 2所示， 限制性核酸内切酶断裂的化学键是磷酸二酯键。所以， 断裂的位置为2 处。 5 2DNA连接酶“分子缝合针” 观察上图回答相关问题： (1) 如图所示， DNA连接酶连接的2 个 DNA片段具有末端碱基互补的特点，形成重组DNA分 子。 (2) 作用实质：恢复被限制性核酸内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 (3) 观察下图所示过程，回答相关问题： 是限制性核酸内切酶，是DNA连接酶，二者的作用部位都是磷酸二酯键。 3分析质粒载体结构模式图，回答下列问题： (1) 质粒上抗生素抗性基因有什么作用？ 答案作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择
9、。 (2) 作为基因进入受体细胞的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？ 答案载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响受体细胞的生命活动， 甚至会破坏受体的生命活动。 例 3(2017杭州七校联考) 用两种限制性核酸内切酶Xba和Sac( 两种酶切出的粘 性末端不同 ) 切割某 DNA ，获得含目的基因的片段( 注：图中箭头所指的位置是限制性核酸内 切酶识别和切割的位点) 。若利用该片段形成重组DNA ，应选用下图中( ) 6 答案A 解析该 Ti 质粒中含有限制性核酸内切酶Xba和Sac的切割位点，且用这两种酶切割 可将目的基因插入TDNA中，A正确；该 Ti 质粒中不含限制性
10、核酸内切酶Sac的切割位 点， B错误；该Ti 质粒中含有限制性核酸内切酶Xba和Sac的切割位点，但用这两种 酶切割不会将目的基因插入TDNA中，C错误；该 Ti 质粒中不含限制性核酸内切酶Xba 的切割位点， D错误。 例 4(2018浙江金华调研) 下图为 DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次 表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、 DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( ) A B C D 答案C 解析限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、 DNA连接酶三者均作用于磷酸二酯键处，限制性核 酸内切酶使键断开，而DNA聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸，DNA连接酶作用于DNA片段， 解旋酶
11、作用于氢键，使DNA双链打开，形成DNA单链，综上所述，C正确。 易混易错(1) 限制性核酸内切酶与DNA连接酶的比较 项目限制性核酸内切酶DNA连接酶 作用使特定部位的磷酸二酯键断裂 在 DNA片段之间重新形成磷酸二酯 键 应用提取目的基因和切割载体用于重组DNA分子的构建 两者关系 限制性核酸内切酶和DNA连接酶都作用于相邻两个脱氧核苷酸之间的 磷酸二酯键，但作用不同，一个是切割，一个是连接 (2) 限制性核酸内切酶与解旋酶的区别 相同点：都作用于DNA分子中的化学键。 不同点：作用部位不同，前者作用于磷酸二酯键，后者作用于氢键。 7 (3)DNA 连接酶与DNA聚合酶的比较 项目DNA连
12、接酶DNA聚合酶 作用本质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 连接 DNA链双链单链 是否需要模板不需要需要 DNA的一条链为模板 作用部位 在两个 DNA片段之间 形成磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸加到已存在的DNA 片段上，形成磷酸二酯键 作用结果 将两个 DNA片段连接 成重组 DNA分子 合成新的DNA分子 用途基因工程DNA复制 工具酶的发现和基因工程的诞生 限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶的发现 限制性核酸内切酶的作用及作用特点 限制性核酸内切酶的发现对基因工程诞生 的意义 DNA 连接酶 DNA 连接酶的作用 DNA 连接酶的发现对基因工程诞生的 意义 质粒 质粒的化学本质
13、 质粒的分子结构特点 质粒对于基因工程诞生的意义 1下面是 3 种限制性核酸内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图( 箭头表示切点， 切出 的断面为粘性末端)。下列叙述错误的是( ) 限制性核酸内切酶1： GATC ； 限制性核酸内切酶2： CCGC GG ； 限制性核酸内切酶3： G GATCC 。 A不同的限制性核酸内切酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性 8 B限制性核酸内切酶2 和 3 识别的序列都包含6 个脱氧核苷酸 C限制性核酸内切酶1 和 3 剪出的粘性末端相同 D能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制性核酸内切酶2 答案D 解析不同的限制性核酸内切酶
14、有不同的识别序列和切割位点，体现了酶具有专一性；限制 性核酸内切酶2 和限制性核酸内切酶3 识别的序列分别是CCGCGG和 GGATCC，均含有 6个脱 氧核苷酸；限制性核酸内切酶1 和限制性核酸内切酶3 剪出的粘性末端相同，均为GATC ； 三种限制性核酸内切酶均不能识别和切割RNA中的核苷酸序列。 2(2017东阳期中) 下列有关基因工程的叙述，正确的是( ) ADNA连接酶的作用是将两个粘性末端的碱基连接起来 B目的基因导入受体细胞后，受体细胞即发生基因突变 C目的基因与载体结合的过程发生在细胞外 D常使用的载体有大肠杆菌、噬菌体和动植物病毒等 答案C 解析DNA连接酶的作用对象是磷酸二
15、酯键，A错误；目的基因导入受体细胞属于基因重组， B错误；目的基因与载体在体外重组，重组好之后导入受体细胞中，C正确；常使用的载体 有质粒、噬菌体和动植物病毒等，D错误。 3(2017舟山中学期中) 对下图所示粘性末端的说法错误的是( ) ADNA连接酶作用位点在b 处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键 B甲、乙具相同的粘性末端可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能 C甲、乙、丙粘性末端是由各自不同的限制性核酸内切酶催化产生的 D切割甲的限制性核酸内切酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子 答案A 解析DNA连接酶的作用位点为磷酸二酯键，即图示中的a 位置， A错误；甲、乙具有相同 的
16、粘性末端 ( TTAA)可形成重组DNA分子，但甲、丙粘性末端不同，两者不能形成重组DNA 分子， B正确；限制性核酸内切酶特异性识别DNA序列，甲、乙、丙的DNA序列不同，因此 粘性末端是由各自不同的限制性核酸内切酶催化产生的，C正确；甲与乙片段形成的重组DNA 分子序列与甲的序列不同，识别甲的限制性核酸内切酶不能识别由甲、乙片段形成的重组 DNA分子， D正确。 4(2017浙江名校协作体联考) 下列关于DNA连接酶的理解正确的是( ) A其化学本质是蛋白质 BDNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键 9 C它不能被反复使用 D在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 答案A 解析DNA连接酶的化学本质为蛋白质，其功能是将末端碱基互补的2 个 DNA片段连接在一 起，形成重组DNA分子， A正确； DNA连接酶的作用部位为磷酸二酯键，B错误；酶可以被 反复使用， C 错误； DNA聚合酶以一条脱氧核苷酸链为模板，将单个脱氧核苷酸连接成DNA 单链片段，与DNA连接酶的作用机理不同，基因工程中不可用
