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1、我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第1课时基因工程的发展历程和工具学习导航1.结合教材P79，简述基因工程的发展历程。2.结合教材P912，举例说出限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用、特点。3.概述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。重难点击基因工程的基本工具的作用和特点。方式一抗虫棉的研究开发是我国发展农业转基因技术，打破跨国公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。抗虫棉的应用使棉铃虫得到了有效控制，使杀虫剂用量降低了70%80%，有效保护了农业生态环境，减少了农民喷药
2、中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。师：要实现抗虫基因在棉花中的表达，提前要做哪些关键工作？生：要将抗虫基因切割下来；要将抗虫基因整合到棉花的DNA上。师：这里存在一个基因转移的实际问题，就是如何将控制抗虫的基因转入棉花细胞的问题。师：中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活儿”。科学家们在实施基因工程之前，苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。这三种“金刚钻儿”是什么？有什么特点和具体作用？下面我们就来学习这方面的内容。方式二科学设想，能否让禾本科植物也能固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍
3、贵的药物？经过多年努力，科学家于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。这一技术是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！一、基因工程的发展历程1理论与技术基础的发展1953年：沃森和克里克建立DNA分子双螺旋结构模型。 1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。 1958年：梅塞尔森和斯塔尔发现DNA半保留复制的机理。克里克提出中心法则。 19611966年：尼伦伯格等破译遗传密码。 1967年：罗思和赫林斯基等发现运转工具质粒和DNA连接酶。 1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA
4、病毒中发现逆转录酶。史密斯等人分离到限制性核酸内切酶。 1977年：桑格首次完成基因组的测序工作。2重组DNA技术的发展(1)1972年科学家伯格等实验过程重组的杂种DNA分子成就：世界上首次DNA分子体外重组。(2)1973年科学家科恩等实验重组DNA分子大肠杆菌子代大肠杆菌(双重抗性)(3)不同物种间DNA重组实验过程：非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段大肠杆菌质粒重组DNA大肠杆菌转录出相应mRNA。成就：打破了传统的种间遗传物质不能交换的重重壁垒，开创了基因工程。3基因工程的概念方法人工“剪切”和“拼接”等原理对生物的基因进行改造和重新组合(基因重组)操作水平基因(分子)水平目的产生人
5、类需要的基因产物操作环境体外优点定向改造生物的遗传性状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前述基因重组有何区别？答案基因工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。2基因工程的理论基础(1)不同生物的DNA分子能拼接起来的原因分析基本组成单位相同：都是四种脱氧核苷酸。双链DNA分子的空间结构相同：都是规则的双螺旋结构。DNA碱基对之间的关系相同：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，并使受体表现出相应的性状的原因分析基因的功能特点：控制生物体性状的结构和功能单位，具有相对独立性。遗传信息的传递
6、方向都遵循中心法则。生物界共用一套遗传密码。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解析基因工程能按照人们的意愿通过相关技术操作赋予生物以新的遗传特性。2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
7、兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先答案D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的蛋白质，说明控制其合成的信使RNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A正确；基因是通过转录出信使RNA，进而控制蛋白质的合成，B正确；基因是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核苷酸，C正确；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D错误。二、基因工程操作的两种工具酶1“分子手术刀”限制性核酸内切酶(又称限制酶)(1)来源：主要从原核生物中分离出来。(2)特点：具有特异性(专一性)。
8、识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。断开每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)识别序列组成：大多数由6个核苷酸组成。特点：一般具有回文序列。(4)作用结果：产生黏性末端或平口末端。2“分子针线”DNA连接酶(1)作用：连接DNA分子基本骨架之间的磷酸二酯键。(2)结果：形成重组DNA分子。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？答案EcoR的识别序列为GAATTC，切割位点是在G和A之间。Hae的识别序列有AGGCCT，切割位点在G和C之间。(2)由以上分析可知限制酶的作用是什么？有何作用特点？答案限制酶的作用是
9、：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。特点是特异性地识别和切割双链DNA分子。2如图1所示，EcoliDNA连接酶和T4DNA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？答案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，前者是断裂磷酸二酯键，形成DNA片段，后者是形
10、成磷酸二酯键，连接DNA片段。3DNA连接酶和DNA聚合酶的异同(1)DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键，二者的作用对象相同吗？为什么？答案不相同。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来，而DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸加到已有的DNA片段上。(2)比较DNA连接酶和DNA聚合酶的异同点比较项目DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要DNA的一条链为模板作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的DNA分子形成DNA分子的一条链用途基因工程DNA分子复制4.在下图中标出限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的
11、作用部位。答案如图所示限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于a处化学键，而解旋酶作用于b处化学键。3下表为常用的限制性核酸内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法中，正确的是()限制性核酸内切酶识别序列和切割位点限制性核酸内切酶识别序列和切割位点BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRGAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGG注：Y表示C或T，R表示A或GA一种限制酶只能识别一种核苷酸序列B限制酶切割后一定形成黏性末端C不同的限制酶可以形成相同的黏性末端D限制酶的切割位点在识别序列内部答案C解析根据表格内容可以推知，每种限制酶都能识别特定的核苷
12、酸序列，但不一定只能识别一种序列，如限制酶Hind，A项错误；限制酶切割后能形成黏性末端或平口末端，如限制酶Hind切割后露出平口末端，B项错误；不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamH和Sau3A切割后露出的黏性末端相同，C项正确；限制酶的切割位点可以位于识别序列的外侧，如Sau3A，D项错误。一题多变判断正误：(1)一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列()(2)限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响，总有一个最合适的条件()(3)限制性核酸内切酶能破坏相邻脱氧核苷酸之间的化学键()(4)限制性核酸内切酶不只存在于原核生物中，其合成场所是核糖体()答案(1
13、)(2)(3)(4)解析限制性核酸内切酶只能够识别双链DNA分子的某种特定的脱氧核苷酸序列，不能识别RNA分子的核糖核苷酸序列，(1)错误；同其他的酶一样，限制性核酸内切酶同样受温度和pH的影响，而且具有发挥最大催化效率的最适温度和最适pH，(2)正确；限制性核酸内切酶催化的是特定部位磷酸二酯键的断裂，属于水解反应，(3)正确；限制性核酸内切酶主要从原核生物中分离纯化，也有来自真核细胞的，其本质是蛋白质，在核糖体上合成，(4)正确。4下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是()A将单个核苷酸加到某个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键B将断开的2个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键C连接
14、2条DNA链上碱基之间的氢键D只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将两者之间的平口末端进行连接答案B解析DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化2个脱氧核苷酸分子之间形成磷酸二酯键。但DNA连接酶是在2个DNA片段之间形成磷酸二酯键，将2个DNA片段连接成重组DNA分子；DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸分子加到已存在的DNA片段上形成磷酸二酯键，合成新的DNA分子。三、基因工程中的工具载体1常用的载体：质粒、噬菌体的衍生物、动、植物病毒等。质粒是最早应用的载体，它是细菌细胞中的一类祼露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状DNA分子。2质粒的基本结构(1)重组质粒进入受体细胞后要扩增产生更多的带有目的基因的质粒，因此应具备复制原点。(2)重组质粒进入受体细胞后要进行鉴定和筛选，一般利用质粒上特殊的标记基因。(3)为了便于外源DNA分子的插入，要求质粒必须有一个至多个限制性核酸内切酶的切割位点。下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图探究以下问题：1a代表的物质和质粒都能进行自我复制，它们的化学本质都是什么？答案DNA。2某目的基因切割末端为，为使质粒和目的基因连接在一起，质粒应有的一段核苷酸序列及被限制酶切割的末端分别是什么？答案ACGCGTCGCGT TGCGCA
