2016-2017学年高中生物第一单元生物技术与生物工程第1章第1节基因工程的原理教案中图版选修3.docVIP

第一节基因工程的原理

1．简述基因工程的诞生。

2．简述基因工程的原理及技术。(重点)

3．尝试DNA的提取与鉴定。(难点)

基因工程的诞生与操作工具

1．诞生历程

时间

科学家

事件

1967年

发现了DNA连接酶

1970年

史密斯等

首次提取出核酸限制性内切酶

提取了T4DNA连接酶

1972年

伯格等

构建了世界首例体外重组的杂合DNA分子

1973年

科恩等

成功培育出双重抗性大肠杆菌

2.操作工具

(1)核酸限制性内切酶——“基因手术刀”

(2)DNA连接酶——“基因缝纫针”

①作用：将两个DNA片段连接起来，修复被限制性内切酶切开的切口，拼接成新的DNA分子。

②种类：T4DNA连接酶(把限制性内切酶切开的黏性末端的缝隙“缝合”起来)。

(3)载体——“分子运输车”

①载体的特点

ⅰ.外源DNA的插入不影响载体在宿主细胞内的自我复制。

ⅱ.有适宜的限制性内切酶酶切位点，最好是对多种限制性内切酶有单一切点。

ⅲ.具有某些标记基因。

ⅳ.载体应对受体细胞无害。

②载体的种类：

ⅰ.质粒：它是细菌中独立于细菌DNA之外的小型环状DNA分子。

ⅱ.噬菌体或其他一些病毒。

[合作探讨]

探讨1：下图表示限制性内切酶切割某DNA分子的过程，从下图中可知，该限制性内切酶能识别的碱基序列及其切割位点是什么？

提示：GAATTC，切点在G和A之间。

探讨2：结合DNA复制的过程分析，限制性内切酶和DNA解旋酶的作用部位有何不同？

提示：限制性内切酶作用于磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于两个碱基之间的氢键。

探讨3：如图，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生了下述变化，则X酶是什么？

提示：DNA连接酶。

[思维升华]

1．核酸限制性内切酶

(1)来源和种类

切割DNA的工具是核酸限制性内切酶，又叫限制酶，这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。迄今已分离出的约有4000种。

(2)作用

限制酶能够识别双链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。

(3)识别序列的组成

一般由6个核苷酸组成，少数由4、5或8个核苷酸组成。

(4)作用结果

当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。

【特别提示】①限制酶作用的结果通常有两种形式——黏性末端或平末端；

②限制酶的作用特点体现了酶的专一性。

2．DNA连接酶

(1)分类

根据DNA连接酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：

①从大肠杆菌中分离得到的DNA连接酶，称为E·coliDNA连接酶；

②从T4噬菌体中分离出来的DNA连接酶，称为T4DNA连接酶。

(2)作用

这两类酶都是将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

【特别提示】E·coliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。

3．载体

(1)常用载体——质粒

质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的小型环状DNA分子。

(2)载体的条件

①能够在宿主细胞中稳定地保存，并能够复制，以便提供大量的目的基因；

②具有多个限制酶切割位点，便于与外源基因结合；

③具有标记基因，便于进行检测和筛选。

(3)其他载体

在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

1．下列关于限制酶和DNA连接酶的理解正确的是()【导学号

A．其化学本质都是蛋白质

B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键

C．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶

D．它们不能被反复使用

【解析】限制酶和DNA连接酶的化学本质均为蛋白质，DNA连接酶的作用是将两个DNA片段连接起来，DNA聚合酶的作用是把单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链。

【答案】A

2．核酸限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，核酸限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。

(1)请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。

(2)请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。

(3)在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后的片段是否可以连接？为什么？

【解析】本题考查核酸限制性内切酶切割DNA的方式，将限制酶能识别的序列写出，再将限制酶切点处标出，可用虚线画出，