1、第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生,第一章 基因工程,选修3 现代 生物技术专题,一、基因工程的概念和理论基础,二、基因工程的操作工具,达标检测,内容索引,一、基因工程的概念和理论基础,新知导学,遗传工程,遗传物质,细胞,遗传物质,受体细胞,重组DNA分子,DNA是生物遗传物质,DNA双螺旋,DNA连接酶,遗传信息,质粒载体,探究1理性思维 六个方面理解基因工程的含义,互动探究,基因重组,远缘杂交不亲和,定向,体外,受体细胞,基因产物,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 。 (2)双链DNA分子的空间结构都是规则的 。 (3)所
2、有生物的DNA碱基对均遵循严格的“ ”。 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 。 (3)生物界共用一套 。,四种脱氧核苷酸,双螺旋结构,碱基互补配对原则,中心法则,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,解析,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
3、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。,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,解析,解析 基因工程是指按照人类的愿望，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
4、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 中分离出来。 (2)作用：对DNA分子上不同的特定的 进行识别和切割。 (3)结果：把 切割成许多不同的片段。 2.DNA连接酶 (1)作用：具有缝合DNA片段的作用，将具有_连接在一起。 (2)结果：形成 ，将 连接在一起。,新知导学,原核生物,核苷酸序列,双链DNA分子,末端碱基互补的2个DNA,片段,重组DNA分子,外源基因和载体DNA,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
5、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。,思考,答案,3.质粒最常用的载体 (1)本质：具有 能力的很小的 分子。 (2)存在形式：独立于细菌 之外。 (3)质粒作为载体所具备的条件 能 。 具有 基因，例如四环素的抗性基因。 (4)作用：作为基因工程的 。,自主复制,双链环状DNA,拟核DNA,自主复制,抗生素抗性,载体,4.第一个人工DNA重组产物是： 与 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：某些接受了重组DNA分子的大肠杆菌同时具有 和_的性状。,猿猴病毒D
6、NA,噬菌体DNA,抗四环素,抗卡那,霉素,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_。该限制性核酸内切酶的切点在 之间，形成 个粘性末端，其特点是 。,互动探究,限制性核酸内切,酶,G、A,2,碱基序列完全相同,(2)此限制性核酸内切酶识别特点是 ，如图1中的识别序列为 。 (3)如果G碱基发生基因突变，可能发生的情况是_。,只能识别某一特定的核苷酸序列,GAATTC,限制性核酸内切酶不,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 。所以，断裂的位置为 处。,磷酸二酯键,2,观察上图回答相关
7、问题： (1)如图所示，DNA连接酶连接的2个DNA片段具有 的特点，形成 。 (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_。,2.DNA连接酶“分子缝合针”,重组DNA分子,末端碱基互补,磷酸,二酯键,(3)观察下图所示过程，回答相关问题：,是 ，是 ，二者的作用部位都是_。,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,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。,(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
8、会影响受体细胞的生命活动，甚至会破坏受体的生命活动。,答案,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,答案,解析,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
9、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,解析,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，解旋酶作用于氢键，使DNA双链打开，形成DNA单链，综上所述，C正确。,(1)限制性核酸内切酶与DNA连接酶的比较,(2)限制性核酸内切酶与解旋酶的区别 相同点：都作
10、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。,(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,工具酶的发现和基因工程的诞生,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_ 质粒的分子结构特点 质粒对于基因工程诞生的意义,限制性核酸内切酶,化学本质,学习小结,达标检测,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
11、； 限制性核酸内切酶2：CCGCGG； 限制性核酸内切酶3：GGATCC。 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 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,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 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
12、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 A.DNA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,解析,1,2,3,4,5,解析 DNA连接酶的作用对象是磷酸二酯键，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。,A.DNA连
13、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,3.(2017舟山中学期中)对下图所示粘性末端的说法错误的是,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,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
14、、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 B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键 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,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,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；
15、 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DNA聚合酶代替DNA连接酶，D错误。,5.下面是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，请据图回答下列问题：,1,2,3,4,5,答案,解析,(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是_，二者还具有其他共同点，如：_，_(写出两条即可)。,DNA,能够自我复制,具有遗传效应,解析 质粒是基因工程中最常用的载体，是能够自主复制的双链环状DNA分子，具有一至多个限制性核酸内切酶切割位点，进入受体细胞后能自主复制，具有标记基因，便于重组DNA的鉴定与选择。,(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_，其作用是_。 (4)下列常在基因工程中作为载体的是 A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌中RNA分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体,A TGCGC,CGCGTA,DNA连接酶,标记基因,供重组DNA的鉴定和选择,1,2,3,4,5,答案,
