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1、第一节第一节工具酶的发现和基因工程的诞生工具酶的发现和基因工程的诞生 核心要点突破核心要点突破情景导引情景导引基础自主梳理基础自主梳理知能过关演练知能过关演练第一节第一节“转基因生物转基因生物”一词越来越为人们所熟知，如转一词越来越为人们所熟知，如转基因鱼、转基因棉等，这些生物都不同程度地影基因鱼、转基因棉等，这些生物都不同程度地影响着人们的生产和生活。响着人们的生产和生活。情景导引情景导引思考：思考：(1)转基因生物是利用什么技术获得的？转基因生物是利用什么技术获得的？(2)获获得得转转基基因因生生物物所所需需要要的的特特殊殊工工具具有有哪哪些些呢呢？【提示】【提示】(1)基因工程。基因工程
2、。(2)限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体。连接酶和载体。基础自主梳理基础自主梳理一、基因工程概述一、基因工程概述1概概述述：基基因因工工程程是是狭狭义义的的遗遗传传工工程程，广广义义的的遗遗传传工工程程泛泛指指把把一一种种生生物物的的遗遗传传物物质质移移到到另另一一种种生生物物的的细细胞胞中中去去，并并使使这这种种遗遗传传物物质质所所带带的的遗传信息在遗传信息在_中表达。中表达。2核心：核心：_。二、基因工程的诞生二、基因工程的诞生1时间：时间：20世纪世纪70年代。年代。受体细胞受体细胞构建重组构建重组DNA分子分子2理论基础理论基础(1)DNA是生物遗传物质的发现。是
3、生物遗传物质的发现。(2)DNA双螺旋结构的确立。双螺旋结构的确立。(3)_传递方式的认定。传递方式的认定。3技术上的保障技术上的保障限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶、_和和质质粒粒载载体体的发现与应用。的发现与应用。三、限制性核酸内切酶三、限制性核酸内切酶1 功功 能能 ： 识识 别别 和和 切切 割割 DNA分分 子子 内内 一一 小小 段段_。2结结果果：把把_切切割割成成许许多多不不同同的的片片段。段。遗传信息遗传信息DNA连接酶连接酶特殊核苷酸序列特殊核苷酸序列DNA分子分子思考感悟思考感悟1限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶的的识识别别序序列列是是GAATTC，只能在只能在G和和A之
4、间切断之间切断DNA，对吗？，对吗？【提示】【提示】不对。限制性核酸内切酶有数千种，不对。限制性核酸内切酶有数千种，其中一种限制性核酸内切酶的识别序列是其中一种限制性核酸内切酶的识别序列是GAATTC。四、四、DNA连接酶连接酶作用：将具有作用：将具有_的的2个个DNA片段连片段连接在一起，形成重组接在一起，形成重组DNA分子。分子。五、质粒五、质粒1实质：是能够自主复制的实质：是能够自主复制的_，是一种特殊的遗传物质。，是一种特殊的遗传物质。2存在方式：在细菌中独立于染色体之外。存在方式：在细菌中独立于染色体之外。3作用：作为基因工程的作用：作为基因工程的_。4最常用的质粒：最常用的质粒：_
5、的质粒。的质粒。末端碱基互补末端碱基互补双链环状双链环状DNA分子分子载体载体大肠杆菌大肠杆菌思考感悟思考感悟2基因工程的载体只有质粒一种，对吗？基因工程的载体只有质粒一种，对吗？【提示】【提示】不对。最常用的载体是质粒。不对。最常用的载体是质粒。 核心要点突破核心要点突破要点一要点一限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶1特点：具有专一性表现在两个方面：如图特点：具有专一性表现在两个方面：如图(1)识别双链识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。分子中特定的核苷酸序列。(2)切割特定序列中的特定位点。切割特定序列中的特定位点。2用限制性核酸内切酶切割时断开的是用限制性核酸内切酶切割时断开的是DNA分
6、子分子中的磷酸二酯键中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键即相邻脱氧核苷酸间的键)而不是而不是连接两条链之间的氢键。如下图：连接两条链之间的氢键。如下图：双链双链DNA结构和磷酸二酯键位置结构和磷酸二酯键位置3产产物物：用用同同一一种种限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶切切割割形形成成的的DNA片段末端的碱基互补。片段末端的碱基互补。 限制性核酸内切酶，可辨识并切割限制性核酸内切酶，可辨识并切割DNA分分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸内切酶内切酶BamH ，EcoR ，Hind 以及以及Bgl 的辨的辨识序列。箭头表示每一种限制性核酸内切酶的
7、特识序列。箭头表示每一种限制性核酸内切酶的特定切割部位，其中哪两种限制性核酸内切酶所切定切割部位，其中哪两种限制性核酸内切酶所切割出来的割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是末端互补序列是()例例1ABamH 和和EcoR ；末端互补序列；末端互补序列AATTBBamH 和和Hind ；末端互补序列；末端互补序列GATCCEcoR 和和Hind ；末端互补序列；末端互补序列AATTDBamH 和和Bgl ；末端互补序列；末端互补序列GATC【思路点拨】【思路点拨】【尝试解答】【尝试解答】_D_特别提醒特别提醒(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不是
8、一种酶。限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶。(2)限制性核酸内切酶不是一般的限制性核酸内切酶不是一般的DNA水解酶，限水解酶，限制性核酸内切酶只对制性核酸内切酶只对DNA中特定的核苷酸序列识中特定的核苷酸序列识别和切割。别和切割。(3)限制性核酸内切酶所识别的序列，无论是限制性核酸内切酶所识别的序列，无论是6个碱个碱基还是基还是4、5、8个碱基，都可以找到一条中心轴线，个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复上的碱基是反向对称重复排列的。排列的。跟跟踪踪训训练练限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶的的作作用用实实际际上上就就是是把把DNA上上某
9、某些些化化学学键键打打断断，如如一一种种能能对对GAATTC专一识别的限制性核酸内切酶，打断的化学键是专一识别的限制性核酸内切酶，打断的化学键是()AG与与A之间的键之间的键BG与与C之间的键之间的键CA与与T之间的键之间的键 D磷酸与脱氧核糖之间的键磷酸与脱氧核糖之间的键答案：答案：D要点二要点二DNA连接酶连接酶1DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较连接酶与限制性核酸内切酶的比较2DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶都能催化两个核苷酸之聚合酶都能催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键，但两者之间存在差异，表现间形成磷酸二酯键，但两者之间存在差异，
10、表现如下：如下：DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶连接连接DNA链链双链双链单链单链连接部连接部位位在两在两DNA片段之片段之间形成磷酸二酯间形成磷酸二酯键键将单个核苷酸加到已将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的存在的核酸片段的3端的羟基上，形成磷端的羟基上，形成磷酸二酯键酸二酯键 下列下列DNA连接酶的作用叙述正确的是连接酶的作用叙述正确的是()ADNA连接酶的基本组成单位是脱氧核苷酸连接酶的基本组成单位是脱氧核苷酸B将将单单个个核核苷苷酸酸加加到到DNA片片段段的的骨骨架架上上连连接接起起来来，重新形成磷酸二酯键重新形成磷酸二酯键C连接连接DNA链上碱基之间的氢键链上碱基之间的氢键D将将断
11、断开开的的两两个个DNA片片段段的的骨骨架架连连接接起起来来，重重新新形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键【尝试解答】【尝试解答】_D_例例2【解解析析】(1)DNA聚聚合合酶酶只只能能将将单单个个的的核核苷苷酸酸添添加加到到已已有有的的核核苷苷酸酸链链上上，形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键，而而DNA连连接接酶酶是是在在两两个个DNA片片段段之之间间形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键。(2)DNA聚聚合合酶酶是是一一条条DNA链链为为模模板板将将单单个个核核苷苷酸酸通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接成成一一条条与与模模板板链链互互补补的的DNA链链；而而DNA连连接接酶酶是是将将两两个个缺缺口口同同时时连连
12、接接起起来来，选选项项B是是DNA聚聚合合酶酶的的作作用用，DNA连连接接酶酶的的基基本本组组成成是是氨基酸。氨基酸。【互互动动探探究究】(1)DNA连连接接酶酶和和限限制制性性核核酸酸内内切切酶的作用部位都具有特异性吗？酶的作用部位都具有特异性吗？(2)DNA连连接接酶酶和和DNA聚聚合合酶酶催催化化形形成成的的化化学学键键相相同吗？同吗？【提示】【提示】(1)DNA连接酶的作用部位不具特异性。连接酶的作用部位不具特异性。(2)相同。相同。【探规寻律】【探规寻律】(1)工具酶的关系可表示为工具酶的关系可表示为(2)DNA聚合酶只能将单个的核苷酸加到已有核聚合酶只能将单个的核苷酸加到已有核苷酸
13、片段的末端羟基上，形成磷酸二酯键，而苷酸片段的末端羟基上，形成磷酸二酯键，而DNA连接酶是在两个连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二片段之间形成磷酸二酯键。酯键。(3)DNA聚合酶是以一条链为模板将单个核苷酸聚合酶是以一条链为模板将单个核苷酸连接成一条与模板链互补的连接成一条与模板链互补的DNA链；而链；而DNA连连接酶是将接酶是将DNA双链上的两个缺口连接起来，因双链上的两个缺口连接起来，因此此DNA连接酶不需要模板。连接酶不需要模板。要点三要点三基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体1载体的作用：一是作为运载工具，将外源基载体的作用：一是作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。
14、二是利用载体在受体细因转移到受体细胞中去。二是利用载体在受体细胞内的增殖，对外源基因进行大量复制。胞内的增殖，对外源基因进行大量复制。2作为载体必须具备的条件作为载体必须具备的条件(1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。(2)载体载体DNA必须有一个或多个限制性核酸内切必须有一个或多个限制性核酸内切酶切点，以便目的基因插入到载体上去。酶切点，以便目的基因插入到载体上去。(3)具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物有颜色反应的基因等。抗性基因、产物有颜色反应的基因等。(4)载体载体DNA必须是安全的，不
15、会对受体细胞有害，必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。3类型类型(1)细菌的质粒，是细菌细胞中核区外的细菌的质粒，是细菌细胞中核区外的DNA分子，分子，绝大多数细菌质粒都是闭合环状绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子，有的一分子，有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。(2)噬菌体或某些动植物病毒。一般来说，天然载体噬菌体或某些动植物病毒。一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据自己往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据自己的目的和需要，对某些天
16、然载体进行人工改造。的目的和需要，对某些天然载体进行人工改造。特别提醒特别提醒供供目目的的基基因因插插入入的的酶酶切切位位点点所所处处的的位位置置必必须须是是在在载载体体本本身身需需要要的的基基因因之之外外，这这样样才才不不至至于于因因目目的的基因的插入而使其失活。基因的插入而使其失活。 质质粒粒之之所所以以能能做做基基因因工工程程的的运运载载体体，是是由于它由于它()A含蛋白质，从而能完成生命活动含蛋白质，从而能完成生命活动B能自我复制，保持连续性能自我复制，保持连续性C是是RNA，能指导蛋白质的合成，能指导蛋白质的合成D具有环状结构，能携带目的基因具有环状结构，能携带目的基因【尝试解答】【
17、尝试解答】_B_例例3【解解析析】质质粒粒存存在在于于细细菌菌和和酵酵母母菌菌等等生生物物中中，是是一一种种很很小小的的环环状状DNA分分子子，有有标标记记基基因因，便便于于在在受受体体细细胞胞中中检检测测，质质粒粒在在受受体体细细胞胞中中，能能随随受受体体细细胞胞DNA复复制制而而复复制制，进进行行目目的的基基因因的的扩增和表达。答案为扩增和表达。答案为B。【易误警示】【易误警示】误区表现误区表现错解归因错解归因正确观点正确观点基因运载基因运载体的本质体的本质为病毒为病毒据教材所述错据教材所述错误地理解所致误地理解所致运载体的化学本质为运载体的化学本质为DNA，噬菌体、动植物病毒作，噬菌体、
18、动植物病毒作运载体时实质上是它们内运载体时实质上是它们内部部DNA充当运载体充当运载体运载体属运载体属于工具酶于工具酶不理解工具酶不理解工具酶的内涵，片面的内涵，片面根据根据“工具工具”二字错误地推二字错误地推理所致理所致运载体属于基因工程的基运载体属于基因工程的基本工具，不属于工具酶，本工具，不属于工具酶，限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNA连接酶才属于工具酶连接酶才属于工具酶跟跟踪踪训训练练质质粒粒是是基基因因工工程程常常用用的的载载体体，它它的的特点是特点是()能自主复制能自主复制不能复制不能复制结构简单结构简单单链单链DNA环状环状DNA含有标记基因含有标记基因ABC D解解析析：选选A。在在基基因因工工程程中中，通通常常用用质质粒粒作作为为载载体体。质质粒粒是是裸裸露露的的、结结构构简简单单、独独立立于于细细菌菌染染色色体体之之外外，并并能能自自主主复复制制的的双双链链环环状状DNA分分子子。在在质质粒粒上上有有一一个个至至多多个个限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶切切割割位位点点，供供外外源源DNA片片段段插插入入其其中中，另另外外质质粒粒上上还还有有标标记记基因，如抗四环素基因等。基因，如抗四环素基因等。
