高中生物 11 工具酶的发现和基因工程的诞生(学案)浙科版选修3
高中生物 第一章第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生学案 浙科版选修3
第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1．说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。
2.掌握限制性核酸内切酶的含义及作用特点。
(重点)3．说出DNA连接酶的作用。
(重点) 4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。
(难点)一、基因工程概述1．含义：基因工程是狭义的遗传工程，广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。
2．核心：构建重组DNA分子。
二、基因工程的诞生1．理论基础(1)DNA是生物遗传物质的发现。
(2)DNA双螺旋结构的确立。
(3)遗传信息传递方式的认定。
2．技术上的保障限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒的发现与应用。
三、限制性核酸内切酶1．功能：识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列。
2．结果：把DNA分子切割成许多不同的片段。
1．用限制性核酸内切酶酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？提示：两个。
四、DNA连接酶作用：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。
五、质粒1．实质：是能够自主复制的双链环状DNA分子，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。
3．作用：作为基因工程的载体。
4．最常用的质粒：大肠杆菌的质粒。
2．基因工程的载体只有质粒一种吗？提示：不是。
质粒是最常用的载体。
限制性核酸内切酶1．产物：互补的粘性末端或平末端。
当限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是粘性末端，当在识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。
2．特点：具有专一性，表现在两个方面。
如图：(1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
(2)切割特定序列中的特定位点。
3．切割键：断开的是DNA分子中相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，而不是连接两条链之间的氢键。
如下图：双链DNA结构和磷酸二酯键的位置限制性核酸内切酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。
高中生物1.1工具酶的发现和基因工程教案浙科版选修3
第一节工具酶的发现和基因工程的诞生【教学目标】知识与能力方面：１．简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。
２．简述基因工程的原理和技术。
过程与方法方面：1.运用所学的DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型2．运用基因工程的原理，提出解决某一实际问题的方案情感态度、价值观方面：关注基因工程的发展，体会S、T、S三者之间的关系。
【教学重点】DNA重组技术所需要3种基本工具的作用。
【教学难点】基因工程载体需要具备的条件。
【教学方法】讲授法。
【教学课时】1课时。
【教学过程】（导入新课）1973年转基因微生物──转基因大肠杆菌问世；1980年第一个转基因动物──转基因小鼠诞生；1983年第一例转基因植物──转基因烟草出现，实现了一种生物的某些基因在另一种生物中的表达。
基因工程的理论基础和技术保障分别是什么？理论基础：DNA双螺旋结构的发现，使科学家发现所有生物的DNA都是由四种脱氧核苷酸聚合而成的，为来自异种的DNA拼接提供了结构基础；中心法则揭示了生物的遗传信息传递的过程，而且所有的生物共用一套密码子，这使基因在异种生物细胞内表达成为了可能。
既然科学家意识到了上述可能之后，就开始探索转基因的技术手段，此时，几种基因工程的工具的发现，为使这项技术最终成功了。
基因工程的技术保障：限制性核酸内切酶，DNA连接酶，运载体。
（提出问题）限制性核酸内切酶是从什么生物体内发现的？它的作用有什么特点？限制酶切开的DNA末端有什么特点？（学生活动）阅读课文，总结限制性内切酶的作用特点和作用结果。
（总结归纳）科学家的基本意向也和同学们一样。
单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。
在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。
科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。
迄今已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。
这种酶能够识别双链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。
高中生物 1.1、2工具酶的发现和基因工程的诞生 基因工程的原理和技术配套课件 浙科版选修3
【解析】选C。ada为目的基因，大肠杆菌为受体细胞，将目的基 因导入大肠杆菌时如果能成功表达(biǎodá)说明每个大肠杆菌细 胞至少含一个重组质粒；要让目的基因与质粒形成重组质粒，两者 必须用同种限制性核酸内切酶切割，所以每个重组质粒至少含一个 限制性核酸内切酶识别位点；质粒作为载体的条件之一是有多种限 制性核酸内切酶的识别位点，但每种限制性核酸内切酶只有一个识 别位点，只能插入一个目的基因(ada)；ada导入大肠杆菌成功的 标志是表达(biǎodá)腺苷酸脱氨酶，因此每个插入的ada至少表 达(biǎodá)一个腺苷酸脱氨酶分子。
第二十三页，共40页。
【解题指南】 1.知识储备：抗性基因( jīyīn)的作用。 2.解题关键：(1)图中BamHⅠ的识别切割位点在四环素抗性基因( jīyīn)中； (2)推断出导入目的基因( jīyīn)的重组pBR322质粒的四环素抗性基因( jīyīn) 被破坏。
第二十四页，共40页。
【解析】本题主要考查基因工程的原理及应用。 (1)构建人工质粒时要有抗性基因作为标记基因，以便于筛选(鉴别目 的基因是否导入受体细胞)。 (2)含有目的基因的DNA片段被EcoRⅠ切割后，应形成三个小的 DNA片段。 (3)经BamHⅠ处理后的pBR322质粒与用另一种限制性核酸内切酶 BglⅡ处理得到的目的基因，在DNA连接酶的作用下能恢复两个相邻 脱氧核苷酸之间的化学键，获得了重组(zhònɡ zǔ)质粒，说明两种 限制性核酸内切酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的粘性末端相同。
(3)从功能上看，能_自__主__复__制_。
(4)从结构(jiégòu)上看，抗常生含素有抗__性__基__因__________。
第三页，共40页。
高中生物第一章基因工程第1节工具酶的发现和基因工程的诞生教案浙科版选修3
第一节工具酶发现与基因工程诞生课标解读重点难点1.联系遗传工程含义，说出基因工程主要内容。
2.结合“工具酶作用示意图〞说出限制性核酸内切酶与DNA连接酶作用。
3.结合“质粒分子构造示意图〞明确质粒本质及特性。
1. DNA重组技术所需3种根本工具作用。
(重点) 2. 基因工程载体需要具备条件。
(重难点)遗传工程概念基因工程。
2．广义遗传工程泛指把一种生物遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另一种生物细胞中去，并使这种遗传物质所带遗传信息在受体细胞中表达。
基因工程理论根底与技术保障理论根底DNA 是遗传物质发现DNA双螺旋构造确立中心法那么认定与遗传密码破译技术保障基因转移载体——质粒发现多种限制性核酸内切酶与连接酶以及逆转录酶(工具酶)发现DNA合成与测序技术创造DNA体外重组实现、重组DNA表达实验成功第一例转基因动物问世、PCR技术创造DNA重组技术根本工具(1)作用：对DNA分子上不同特定核苷酸序列进展识别与切割。
(2)作用特点：专一性。
(3)作用结果：产生粘性末端，使DNA重组成为可能。
1.左图中翻开G与C化学键酶c名称是什么？工具a使哪种化学键断裂？【提示】解旋酶；磷酸二酯键。
2．基因——DNA连接酶(1)发现：1967年。
(2)作用：将具有末端碱基互补配对两个DNA分子片断连接在一起。
(3)过程如下图：3．基因工程载体(如图)大肠杆菌质粒分子构造示意图(1)种类①质粒：是一种小型环状DNA分子。
②λ噬菌体。
③动植物病毒等。
(2)特点①能自我复制。
②具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点。
③具有标记基因。
④对受体细胞无害。
(3)作用结果携带外源基因进入受体细胞。
2.尝试写出图示中酶a及X名称？【提示】酶a是DNA连接酶，X是能合成胰岛素细菌细胞。
1．一种限制性核酸内切酶可识别多种特定核苷酸序列。
(×)【提示】一种限制性核酸内切酶只识别一种核苷酸序列。
2．基因工程载体与物质跨膜转运所需要载体化学本质一样。
高中生物 工具酶的发现和基因工程的诞生课件 浙科版选修3
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切 酶
3、作用：
①切断磷酸二酯键
P
A
T
P
CG
P
P
GC
P
P
TA
P
Go back
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切 酶
3、作用：
①切断磷酸二酯键
②一种限制酶只能识别一种特定的 核苷酸序列；
EcoRⅠ GAATTC SamⅠ CCCGGG
CTTAAG
GGGCCC
二酯键连接成一条互补 不需要模板 的DNA链
相同点
形成磷酸二酯键
连接DNA链 连接部位
相同点
DNA连接酶 DNA聚合酶
双链
单链
在两DNA片段之间 形成磷酸二酯键
将单个核苷酸连 接在一起，形成 磷酸二酯键
都能形成磷酸二酯键, 二者都由蛋白质构成
三、基因进入受体细胞的载体 —“分子运输车”
➢ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制 将怎样？
二、“分子缝合针” —— DNA连接 酶
①作用: 把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，
即将脱氧核糖和磷酸连接起来.
②作用原理：
催化磷酸二酯键形成
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”
A、能复制
D
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
3. 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施
工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱
基互补配对的步骤是
（C ）
高中生物《工具酶的发现和基因工程的诞生》素材1 浙科版选修3
第一节工具酶的发现和基因工程的诞生一、区别几组关系1．不能将与遗传有关的酶等同于基因工程中的酶与遗传有关的酶，通常指自然条件下，遗传信息传递及表达过程中的相关酶。
广义地讲，包括遗传物质复制的相关酶和基因表达（转录和翻译）的相关酶；狭义地说，与遗传有关的酶仅指与遗传物质复制有关的酶。
基因工程中的酶，通常指在人工操纵基因的过程中涉及的酶。
有狭义和广义两种：狭义地讲，指的是基因工程中的工具酶，即DNA限制性内切酶（简称限制酶）和DNA连接酶，也是基因工程中一定要有的两种酶；广义地说，除工具酶外，与人工合成目的基因有关的酶、DNA扩增过程中涉及的酶，甚至于基因表达的相关酶，都可以认为与之相关。
2．不能把基因工程中的“工具”等同于“工具酶”基因工程中的工具包括：基因的“剪刀”（限制酶）、基因的“针线”（DNA连接酶）和基因的“运载工具”（运载体）。
其中，运载体是必需的工具，却不是酶，通常利用处理过的病毒DNA或者质粒DNA分子作为运载的工具。
二、相关酶的主要功能1．解旋酶：作用于氢键，是一类解开氢键的酶，由水解ATP来供给能量。
在DNA复制过程中起作用。
需要注意的是，在人工操作条件下，需要解旋时，往往不用解旋酶，而是用加热的方法来解旋，例如PCR技术和DNA分子杂交技术中，都有加热解旋的步骤。
2．DNA聚合酶：以一条单链DNA为模板，将游离（单个的）脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链，并与母链构成一个DNA分子。
在DNA复制中起作用。
3．RNA聚合酶：依赖于于DNA的RNA合成酶，以双链DNA的一条链为模板，边解旋边转录形成RNA（包括rRNA、mRNA和tRNA），转录后DNA仍保持双链结构。
在转录中起作用。
4．逆（反）转录酶：为RNA指导的DNA聚合酶，催化以RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成DNA的过程。
进一步可在DNA聚合酶的作用下，以单链DNA为模板形成双链DNA分子。
浙江高中生物第一章第一节工具酶的发现和基因工程的诞生教学案浙科版选修3
第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生一、工具酶的发现和基因工程的诞生1．基因工程概念：把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另外一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。
2．基因工程的核心：构建重组DNA 分子(基因表达载体的构建)。
3．基因工程的主要理论基础 (1)DNA 是生物遗传物质的发现。
(2)DNA 双螺旋结构的确立。
(3)遗传信息传递方式的认定。
4．基因工程的技术保障：限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒载体的发现与应用。
二、基因工程的工具1．限制性核酸内切酶(又称限制酶)(1)概念：是能够识别和切割DNA 分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。
(2)来源：主要来自原核生物。
(3)功能：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并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。
(4)结果：产生粘性末端或平末端。
2．DNA 连接酶(1)概念：是将具有末端碱基互补的2个DNA 片段连接在一起，形成重组DNA 分子的酶。
(2)作用：缝合DNA 片段，在基因工程中，可以将外源基因和载体DNA 连接在一起。
1.遗传工程泛指把一种生物的遗传物质移到另一种生物的细胞中，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。
2．基因工程的核心是构建重组DNA 分子(基因表达载体的构建)，基因工程的基本原理是基因重组。
3．基因工程的技术保障是限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒载体的发现与应用。
4．限制性核酸内切酶是能够识别和切割DNA 分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。
5．DNA 连接酶是将具有末端碱基互补的2个DNA 片段连接在一起，形成重组DNA 分子的酶。
6．质粒是基因工程的载体，可将外源基因送入宿主细胞。
(3)作用实质：形成核苷酸之间的磷酸二酯键。
3．目的基因的载体——质粒(1)概念：是能够自主复制的双链环状DNA分子。
(2)作用：质粒是基因工程中的载体，将外源基因送入受体细胞中。
高中生物《工具酶的发现和基因工程的诞生》学案1 浙教版选修3
高中生物《工具酶的发现和基因工程的诞生》学案1 浙教版选修3【学习目标】1、简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。
2、简述基因工程的原理和技术。
3、运用所学的DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型。
4、运用基因工程的原理，提出解决某一实际问题的方案。
【学习过程】1、总结基因工程的理论基础和技术保障。
2、阅读课文，了解限制性核酸内切酶。
3、阅读课文，总结DNA连接酶并比较DNA连接酶和DNA聚合酶的区别。
4、阅读课文，总结运载体需要具备的条件以及质粒作为运载体的特点。
【知识梳理】一、“分子手术刀”──限制酶。
1、特点2、作用二、“分子缝合针”──DNA连接酶。
1、作用2、种类三、“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。
1、条件2、种类【典题解悟】下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是（）A、DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接B、RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录C、一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因D、利用纤维素酶和果胶酶能够得到植物的原生质体解析：DNA连接酶能够将两个DNA片段末端的不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接形成磷酸二酯键，故A正确。
RNA聚合酶催化的是转录过程，B正确。
C错在一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列，而不是多种序列。
D是植物细胞工程常用的手段，是正确的，故选C。
【当堂检测】１、把兔控制血红蛋白合成的信使RNA加入到大肠杆菌的提取液中，结果能合成出兔的血红蛋白，这说明 ( )A、兔和大肠杆菌共用一套遗传密码子B、大肠杆菌的遗传物质是RNAC、兔的RNA和大肠杆菌的RNA携带相同的遗传信息D、兔控制血红蛋白合成的基因能进人大肠杆菌2、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（）A、单倍体育种B、杂交育种C、基因工程育种D、多倍体育种3、科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。
把它注射入组织中，可以通过细胞的内吞作用的方式进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程，属于( )A、基因突变B、基因重组C、基因互换D、染色体变异4、下列何种技术能有效地打破物种的界限,定向地改造生物的遗传性状,培育新的农作物优良品种 ( )A、基因工程技术B、诱变育种技术C、杂交育种技术D、组织培养技术5、实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。
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第一节工具酶的发现和基因工程的诞生
【学习目标】
1．简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。
2．简述基因工程的原理和技术。
3．运用所学的DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型。
4．运用基因工程的原理，提出解决某一实际问题的方案。
【学习过程】
1．总结基因工程的理论基础和技术保障。
2．阅读课文，了解限制性核酸内切酶。
3．阅读课文，总结DNA连接酶并比较DNA连接酶和DNA聚合酶的区别。
4．阅读课文，总结运载体需要具备的条件以及质粒作为运载体的特点。
【知识梳理】
一．“分子手术刀”──限制酶。
1．特点
2．作用
二．“分子缝合针”──DNA连接酶。
1．作用
2．种类
三．“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。
1．条件
2．种类
【典题解悟】下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是（）A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接
B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录
C．一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因
D．利用纤维素酶和果胶酶能够得到植物的原生质体
解析：DNA连接酶能够将两个DNA片段末端的不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接形成
磷酸二酯键，故A正确。
RNA聚合酶催化的是转录过程，B正确。
C错在一种限制酶只能识
别一种特定的碱基序列，而不是多种序列。
D是植物细胞工程常用的手段，是正确的，故选
C。
【当堂检测】
１．把兔控制血红蛋白合成的信使RNA加入到大肠杆菌的提取液中，结果能合成出兔的血红
蛋白，这说明 ( )
A．兔和大肠杆菌共用一套遗传密码子
B．大肠杆菌的遗传物质是RNA
C．兔的RNA和大肠杆菌的RNA携带相同的遗传信息
D．兔控制血红蛋白合成的基因能进人大肠杆菌
2．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（）
A．单倍体育种 B．杂交育种
C．基因工程育种 D．多倍体育种
3．科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。
把它注射入组织中，可
以通过细胞的内吞作用的方式进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到
细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程，属于( )
A ．基因突变
B ．基因重组
C ．基因互换
D ．染色体变异
4．下列何种技术能有效地打破物种的界限,定向地改造生物的遗传性状,培育新的农作物优良品种 ( )
A ．基因工程技术
B ．诱变育种技术
C ．杂交育种技术
D ．组织培养技术
5．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限性 内切酶。
一种限制性内切酶能识别DNA 子中的GAATTC 顺序，切点在G 和A 之间， 这是应用了酶的（ ）
A ．高效性
B ．专一性
C ．多样性
D ．催化活性受外界条件影响
6．多数限制性核酸内切酶切割后的DNA 末端为
A ．平头末端
B ．3突出末端
C ．5突出末端
D ．粘性末端
7．研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细胞内，以表达产生生长激素。
已知质粒中存在两个抗性基因：A 是抗链霉素基因，B 是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因A 、B 中，而大肠杆菌不带任何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗抗生素首先应该
A ．仅有链霉素
B ．仅有氨苄青霉素
C ．同时有链霉素和氨苄青霉素
D ．无链霉素和氨苄青霉素
8．限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G ↓GATCC —，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 连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？
8．（1）
（2）
（3）可以连接。
因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）
—↓GA TC —……—↓GATC —
— CTAG ↑—……— CTAG ↑— 用酶Ⅱ切割 目的基因 — GATC —……— GATC — —CTAG —……—CTAG — 目的基因 —G ↓GATC C — —C CTAG ↑G — 用酶Ⅰ切割 —G GA TCC — —CCTAG G —。