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1、专题1 基因工程 题图：题图： 科技探索之路：科技探索之路： 1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 1.3 基因工程的应用基因工程的应用 1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起专题1 基因工程 从题图中可以看出：从题图中可以看出： 1.沃森和克里克对沃森和克里克对 结构的重大发现和随后的技术创新结构的重大发现和随后的技术创新孕育了基因工程。孕育了基因工程。 2.在复制的在复制的DNA双螺旋结构上展示的双螺旋结构上展示的 工程菌、牛、羊、工程菌、牛、羊、鱼、番茄、甜椒、牵牛花等，代表了基因工程三个重要方面鱼、番茄、甜椒、牵牛花
2、等，代表了基因工程三个重要方面的研究成果：转基因的研究成果：转基因微生物微生物、转基因、转基因 和转基因和转基因 。 综上所述，基因工程的主题：基因工程是按照人们的愿望，综上所述，基因工程的主题：基因工程是按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。型和生物产品。专题1 基因工程 从科技探索之路中可以看出：从科技探索之路中可以看出： 说明没有说明没有 的研究成果，没有的研究成果，没有 的创新发明，基因工的
3、创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。程不可能诞生，也不可能迅速崛起。 阅读选修阅读选修3现代生物科技专题，找出现代生物现代生物科技专题，找出现代生物科技包括哪些工程？科技包括哪些工程？1.1 DNA重组技术的基本工具 一、教学目标：一、教学目标： 1.简述简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。重组技术所需三种基本工具的作用。 2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 二、教学重点：二、教学重点： DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。重组技术所需的三种基本工具的作用。 三、教学难点：三、教学难点： 基因工程载体需
4、要具备的条件。基因工程载体需要具备的条件。一、自学导引： 阅读课本阅读课本P4P4P7P7，完成优化设计的自学导引。完成优化设计的自学导引。 二、基因工程的原理：二、基因工程的原理： 1.1.概念：概念： 2.2.基因工程又叫基因工程又叫DNADNA重组技术。重组技术。 3.3.过程：这种技术是在生物体过程：这种技术是在生物体 ，通过对，通过对 分子进行人分子进行人工工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行，对生物的基因进行 和重新组合，和重新组合，然后导入受体细胞内，进行然后导入受体细胞内，进行 繁殖，使重组基因在受体细繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，非姐妹染色单体间的交叉互换。胞
5、内表达，非姐妹染色单体间的交叉互换。二、基础知识： 4.基因工程的特点：基因工程的特点： 1）它是一种按照人们意愿，定向改造生物遗传特性的技术。）它是一种按照人们意愿，定向改造生物遗传特性的技术。 2）在）在DNA分子水平上进行操作。分子水平上进行操作。 3）是在体外进行的人为的基因重组。）是在体外进行的人为的基因重组。 4）一旦成功，便可遗传。）一旦成功，便可遗传。 5）主要技术是体外）主要技术是体外DNA重组技术和转基因技术。重组技术和转基因技术。三、DNA重组技术的基本工具： 1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶-“分子手术刀分子手术刀”： (1)(1)来源：来源： （2）特点：）特点：
6、 （3）切割后的形式：）切割后的形式：2种种 分别为：黏性末端和平末端分别为：黏性末端和平末端 注：限制性酶是一大类酶，不是一种酶。注：限制性酶是一大类酶，不是一种酶。 限制酶大多可以专一性识别双链限制酶大多可以专一性识别双链DNA分子上的某种特定核分子上的某种特定核苷酸序列，限制酶所识别的序列，无论是苷酸序列，限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是个碱基还是4个个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称，重复排列的。上的碱基是反向对称，重复排列的。实例 1： 1、下列关于限制酶的说法正确的是（、下列关于限制酶的说法正
7、确的是（ ） A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少 B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端后都会形成黏性末端 D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键（四）DNA连接酶“分子缝合针” 1.作用：作用： 2.种类种类：（：（1）EcoliDNA连接酶连接酶 （2）T4DNA连接酶连接酶 3.实例实例2、见课本、见课本P5，图，图1-4，回答下列问题：，回答下列问题： （1）EcoR I是一种是一种 酶，其识
8、别序列是酶，其识别序列是 ，切割位点，切割位点是是 与与 之间的之间的 键。切割结果产生的键。切割结果产生的DNA片段末片段末端形式为端形式为 。 （2）不同来源）不同来源DNA 片段结合，在这里需要的酶应是片段结合，在这里需要的酶应是 连接酶，此酶的作用是在连接酶，此酶的作用是在 与与 之间形成之间形成 键而起键而起“缝合缝合”作用的。还有一种连接平末端的连接酶是作用的。还有一种连接平末端的连接酶是 。（五）基因进入受体细胞的载体“分子运输车” 1.使用载体的目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转使用载体的目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内进行大
9、量的复制。移到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内进行大量的复制。 2.载体的种类：（载体的种类：（1）质粒）质粒 （2）噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物 （3 3）某些动植物病毒）某些动植物病毒3.作为基因工程使用的载体必需满足以下条件： 1）载体）载体DNA 必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处因可以插入到载体上。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，才不至于因的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，才不至于因目的基因的插入而失活。目的基因
10、的插入而失活。 2）载体）载体DNA 必须具备自我复制能力，或整合到受体染色体必须具备自我复制能力，或整合到受体染色体DNA 上，随染色体上，随染色体DNA 的复制而同步复制。的复制而同步复制。 3）载体）载体DNA必须有标记基因，以便重组后进行筛选。必须有标记基因，以便重组后进行筛选。 4）载体）载体DNA 必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入必须是安全的，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。到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 5）载体）载体DNA分子大小应适合，以便提取和体外操作。分子大小应适合，以便提取和体外操作。（六）模拟操作：重组DNA分子的模拟操
11、作 注意：这两条注意：这两条DNA分子的碱基对不是随意乱写的。分子的碱基对不是随意乱写的。 首先，每个首先，每个DNA分子上的两条链上的碱基要互补配对；分子上的两条链上的碱基要互补配对； 第二，每个第二，每个DNA分子中每条链都存在一个分子中每条链都存在一个G-A-A-T-T-C的的碱基序列，也就是说是碱基序列，也就是说是EcoRI限制酶的识别位点，并存在限制酶的识别位点，并存在G-A的切割位点。的切割位点。 以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析： GC AATTC GC CTTAA CG G CG G (1)其中和其中和 是由一种限制酶切割形成的是由一种限制酶切割形成的 末端，两者
12、要重末端，两者要重组成一个组成一个DNA 分子，所用分子，所用DNA连接酶通常是连接酶通常是 。 （2） 和和 是由另一种限制酶切割形成的是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形末端，两者要形成重组成重组DNA片段，所用的连接酶通常是片段，所用的连接酶通常是 。实例3，本节内容小结： 1.知识梳理：知识梳理： DNA重组技术的基本工具：重组技术的基本工具： 限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并切割两限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并切割两核苷酸之间的磷酸二酯键；核苷酸之间的磷酸二酯键； DNA连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的磷酸二连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之
13、间的磷酸二酯键；酯键； 基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用的是细基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用的是细菌质粒，还有菌质粒，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。噬菌体的衍生物、动植物病毒等。2.方法、技巧、规律总结： 限制酶切割的是磷酸二酯键，而限制酶切割的是磷酸二酯键，而DNA连接酶连接的正是两个连接酶连接的正是两个断开此键的断开此键的DNA片段。片段。“分子运输车分子运输车”是目的基因进入受体是目的基因进入受体细胞的载体，它具有的若干特点是基因工程鉴定、选择、表细胞的载体，它具有的若干特点是基因工程鉴定、选择、表达的关键，可以说，没有它，目的基因即使进入受体细胞，达的关键
14、，可以说，没有它，目的基因即使进入受体细胞，也难以稳定保存，更谈不上复制和表达。也难以稳定保存，更谈不上复制和表达。 3.思维误区提示：思维误区提示： DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶根本不是同类酶，其功能特点大不聚合酶根本不是同类酶，其功能特点大不相同，注意其区别。相同，注意其区别。4.DNA连接酶和 DNA聚合酶的异同： 基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌中分离得到的基因工程中所用的连接酶有两种：从大肠杆菌中分离得到的Ecoli连接酶、从连接酶、从T4噬菌体中分离得到的噬菌体中分离得到的T4连接酶。这两种酶的连接酶。这两种酶的催化反应基本相同，都是连接双链催化反应基本相同，都是连接
15、双链DNA的缺口，而不能连接单的缺口，而不能连接单链链DNA。连接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯键。连接酶和聚合酶的作用都是形成磷酸二酯键。 DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的3末端的末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而连接酶是在两个羟基上，形成磷酸二酯键；而连接酶是在两个DNA片段之间形片段之间形成磷酸二酯键。成磷酸二酯键。 DNA聚合酶是以一条聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成子链；而连接酶是将酯键形成子链；而连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接双链上的两个缺口同时连接起来，因此连接酶不需要模板。起来，因此连接酶不需要模板。 两者都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。两者都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。
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