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1、1高二高二选选修修3学学习习提提纲纲（教案）（教案）第一章：基因工程第一章：基因工程一、基因工程一、基因工程1. 概念及基本工具概念及基本工具概念：按照人概念：按照人们们的愿望，的愿望，进进行行严严格的格的设计设计，并通，并通过过_和和_ _等技等技术术， ，赋赋予生物以新的予生物以新的_，从而，从而创创造出更符合人造出更符合人们们需要的需要的 新的生物新的生物类类型或生物型或生物产产品，又叫品，又叫_技技术术。 。2. 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序基本工具来源：主要从原核生物中分离、纯化作用：能够特异性地识别双链DNA分子的 ，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开
2、结果：形成 或 DNA连接酶EcoliDNA连接酶 来源：大肠杆菌作用：只连接 T4DNA连接酶 来源：T4噬菌体作用：既能连接 又能连接 ，但连接的效率较低载体 常用载体：质粒其他载体： 、动植物病毒等目的基因的获取 从基因文库中获取 基因组文库cDNA文库利用 扩增 目的基因DNA受热变性解旋为单链 与单链相应互补序列结合在 作用下延伸形成新的DNA分子重复循环以 形式扩增2表达载体的构建 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。同时，使目的基因能够表达和发挥作用零件及其作用目的基因：一段特殊结构的DNA片段，位于基因的 ，是 识别和结合部位，驱动基因转录产生mRNA：
3、一段特殊结构的DNA片段，位于基因的 ，终止mRNA的转录标记基因： 导入受体细胞导入植物细胞基因枪法导入动物细胞： 导入微生物细胞：感受态细胞法目的基因的检测与鉴定分子水平的检测 是否插入目的基因： 是否转录出mRNA：分子杂交技术是否翻译成蛋白质： 个体生物学水平的鉴定34二、蛋白二、蛋白质质工程工程目目标标：根据人：根据人们对们对蛋白蛋白质质_的特定需求，的特定需求，对对蛋白蛋白质质的的_ 进进行分子行分子设计设计。 。原理：基因改造原理：基因改造基本途径：基本途径：预预期蛋白期蛋白质质功能功能设计设计蛋白蛋白质结质结构构推推测应测应有有_ 序列序列找到找到对应对应的的_序列序列(基因基
4、因)5【 【自我校自我校对对】 】一、一、1. 体外体外DNA重重组组 转转基因基因 遗传遗传特性特性 DNA重重组组 限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶 某种特定的核苷酸序列某种特定的核苷酸序列 磷酸二磷酸二酯键酯键 黏性末端黏性末端 平末端平末端 黏性末端黏性末端 黏性末端黏性末端 平末端平末端 平末端平末端 噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物 2. PCR技技术术 引物引物 DNA聚合聚合酶酶 指数指数 启启动动子子 首端首端 RNA聚合聚合酶酶 终终止子止子 尾端尾端 鉴别鉴别受体受体细细胞中是否含有目的基因胞中是否含有目的基因 农农杆菌杆菌转转化法化法 花粉管通道法花粉管通道法 显显微注射技
5、微注射技术术 DNA分子分子杂杂交技交技术术 抗原抗原抗体抗体杂杂交法交法3. （ （1） ）Bt毒蛋白基因毒蛋白基因 蛋白蛋白酶酶抑制抑制剂剂基因基因 病毒外壳蛋白抗毒素合成病毒外壳蛋白抗毒素合成 渗透渗透压调节压调节 抗除草抗除草剂剂 （ （2） ）肠肠乳糖乳糖酶酶 乳腺蛋白基因的启乳腺蛋白基因的启动动子子 （ （3）正常基因）正常基因二、功能二、功能 结结构构 氨基酸氨基酸 脱氧核苷酸脱氧核苷酸基因工程的工具基因工程的工具 1. 几种几种酶酶的比的比较较限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶与与DNA连连接接酶酶的比的比较较 1项项目目 种种类类 作用底物作用底物 作用部位作用部位 作用作用结
6、结果果 限制限制酶酶 DNA分子分子 磷酸二磷酸二酯键酯键 形成黏性末端形成黏性末端 或平末端或平末端 DNA连连接接酶酶 DNA分子片段分子片段 磷酸二磷酸二酯键酯键 形成重形成重组组DNA 分子分子 DNA聚合聚合酶酶 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 磷酸二磷酸二酯键酯键 形成新的形成新的DNA 分子分子 DNA(水解水解) 酶酶 DNA分子分子 磷酸二磷酸二酯键酯键 形成脱氧核苷形成脱氧核苷 酸酸 DNA解旋解旋酶酶 DNA分子分子 碱基碱基对间对间的的氢氢 键键 形成形成单链单链DNA 分子分子 6限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶与与DNA连连接接酶酶的比的比较较DNA连连接接酶酶 限制性核酸内
7、切限制性核酸内切酶酶 Ecoli DNA 连连接接酶酶 T4DNA 连连接接酶酶 来来 源源 大多是原核生物大多是原核生物 大大肠肠杆菌杆菌 T4噬菌体噬菌体 作作 用用 (1)识别识别双双链链DNA分子分子 的特定核苷酸序列的特定核苷酸序列 (2)切开特定部位的两切开特定部位的两 个核苷酸个核苷酸间间的磷酸二的磷酸二酯酯 键键 双双链链DNA 片段互片段互补补的的 黏性末端之黏性末端之 间连间连接接既能既能连连接双接双链链 DNA片段互片段互 补补的黏性末端的黏性末端 ，也，也连连接平末接平末 端，但后者效端，但后者效 率低率低 结结 果果 形成黏性末端或平末端形成黏性末端或平末端 “缝缝合
8、合”互互补补的双的双链链DNA片片 段段 实实 质质 使特定部位的两核苷酸使特定部位的两核苷酸 间间的磷酸二的磷酸二酯键酯键断开断开 恢复被限制恢复被限制酶酶切开了的两核切开了的两核 苷酸之苷酸之间间的磷酸二的磷酸二酯键酯键 1. 限制限制酶酶不切割自身不切割自身DNA的原因是：原核生物不存在的原因是：原核生物不存在该酶该酶的的识别识别序列序列 或或识别识别序列已序列已经经被修被修饰饰。 。2. DNA连连接接酶酶起作用起作用时时不需要模板。不需要模板。2. 载载体体(1)作用作用将目的基因将目的基因转转移到宿主移到宿主细细胞内。胞内。利用它在宿主利用它在宿主细细胞内胞内对对目的基因目的基因进
9、进行大量复制。行大量复制。7(2)具具备备的条件的条件能在宿主能在宿主细细胞内胞内稳稳定保存并大量复制。定保存并大量复制。有多个限制有多个限制酶酶切割位点。切割位点。具有特殊的具有特殊的标记标记基因，以便基因，以便进进行行筛选筛选。 。导导入的目的基因的表达需要入的目的基因的表达需要调调控序列，因此在插入目的基因的部位之控序列，因此在插入目的基因的部位之 前需有启前需有启动动子，之后需有子，之后需有终终止子。止子。(3)种种类类质质粒：独立于粒：独立于细细菌菌拟拟核核DNA之外，能之外，能够够自我复制的很小的双自我复制的很小的双链环链环状状 DNA分子。分子。噬菌体的衍生物。噬菌体的衍生物。动
10、动植物病毒。植物病毒。【 【例例1】 】 (2010江江苏苏高考高考T27)下表中列出了几种限制下表中列出了几种限制酶识别酶识别序列及其切割位序列及其切割位 点，点，图图1、 、图图2中箭中箭头头表示相关限制表示相关限制酶酶的的酶酶切位点。切位点。请请回答下列回答下列问题问题： ：限制限制酶酶 BamH Hind EcoR Sma 识别识别序列序列 及及 切割位点切割位点 GGAT C C C CTAG G AAGC T T T TCGA A GAATT C C TTAAG CCC GGG GGGCC C 8(1)一个一个图图1所示的所示的质质粒分子粒分子经经Sma 切割前后，分切割前后，分别
11、别含有含有_个游离的磷酸基个游离的磷酸基团团。 。(2)若若对图对图中中质质粒粒进进行改造，插入的行改造，插入的Sma 酶酶切位点越多，切位点越多，质质粒的粒的热稳热稳定性越定性越_。 。(3)用用图图中的中的质质粒和外源粒和外源DNA构建重构建重组质组质粒，不能使用粒，不能使用Sma 切割，原因是切割，原因是_。 。(4)与只使用与只使用Eco R相比相比较较，使用，使用Bam H和和Hind 两种限制两种限制酶酶同同时处时处理理质质粒、外源粒、外源DNA的的优优点在于可以防止点在于可以防止_ _。 。(5)为为了了获获取重取重组质组质粒，将切割后的粒，将切割后的质质粒与目的基因片段混合，并
12、加入粒与目的基因片段混合，并加入 _酶酶。 。(6)重重组质组质粒中抗生素抗性基因的作用是粒中抗生素抗性基因的作用是为为了了_。 。(7)为为了从了从cDNA文文库库中分离中分离获获取蔗糖取蔗糖转转运蛋白基因，将重运蛋白基因，将重组质组质粒粒导导入入 丧丧失吸收蔗糖能力的大失吸收蔗糖能力的大肠肠杆菌突杆菌突变变体，然后在体，然后在_的培养基因培的培养基因培 养，以完成目的基因表达的初步养，以完成目的基因表达的初步检测检测。 。【解析】(1)质粒是双链环状DNA分子，在Sma 切割前没有游离的磷酸基团，切割产生的DNA片段末端是平末端， 因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团。(2)质粒的热稳定
13、性主要 由氢键的数量决定；DNA分子中A与T之间存在2个氢键，C与G之间存 在3个氢键，因此DNA分子中GC碱基对越多，热稳定性越高。Sma 识别CCCGGG序列，并在C和G之间将这段序列切开，也就是质粒 中Sma 酶切位点越多，G C碱基对越多，热稳定性越高。(3)据图1可知，Sma 切割的位点在抗生素抗性基因之中，据图2可知Sma 切割的位点在目的基因之中，所以不能使用Sma 切割。(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因，在基因表达载体 构建时，常形成三种连接方式，其中目的基因与目的基因的连接、质 粒与质粒的连接是无效的连接，用两种限制酶可避免此类现象。(5)基 因表达载体的构建过程中需
14、加DNA连接酶，连接脱氧核糖和磷酸。(6) 抗生素抗性基因属于标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。(7)因为蔗 糖是唯一碳源，故无重组质粒的大肠杆菌突变体不能存活(饿死)。9【 【答案答案】 】(1)0、 、2 (2)高高 (3)Sma 会破坏会破坏质质粒的抗性基因、外源粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因中的目的基因 (4)质质粒和含目的基因的外源粒和含目的基因的外源DNA片段自身片段自身环环化化 (5)DNA连连接接 (6)鉴别鉴别和和筛选筛选含有目的基因的含有目的基因的细细胞胞 (7)蔗糖蔗糖为为唯一含碳唯一含碳营营养物养物质质规规律方法律方法1. 获获取目的基因和切割取目的基因和切割载
15、载体体时时使用同一种限制使用同一种限制酶酶，目的是，目的是产产生相同的黏生相同的黏 性末端。性末端。2. 获获取一个目的基因需限制取一个目的基因需限制酶酶切割两次，共切割两次，共产产生生4个黏性末端或平末端个黏性末端或平末端 。 。3. 限制限制酶酶切割位点的切割位点的选择选择必必须须保保证标记证标记基因的完整性，以便于基因的完整性，以便于检测检测和和筛筛 选选。 。1. 苏苏云金杆菌云金杆菌(Bt)能能产产生具有生具有杀杀虫能力的毒素蛋白。下虫能力的毒素蛋白。下图图是是转转Bt毒素蛋毒素蛋 白基因植物的培育白基因植物的培育过过程示意程示意图图(ampr为为抗氨抗氨苄苄青霉素基因青霉素基因)，据，据图图回答回答 下列下列问题问题。 。(1
