1.基因工程的基本工具
人教版生物选修三1.1基因工程的基本工具
思考：
不同的DNA分子用同一种限制酶切割产生的 黏性末端是否都相同？ 相同
同一DNA分子用不同的限制酶切割产生的黏
性末端是否相同？
不一定
将一个基因从DNA分子中切割下来，需要几 个限制酶，同时产生几个黏性末端？
2
4
二、 DNA连接酶——“分子缝合针”
1、种类： E·coli DNA连接酶（黏性末端） T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端）
2、作用部位：磷酸二酯键
三、载体——“分子运输车”
1、载体的作用 将 目的基因 转移到受体细胞中去。
2、常用的载体 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
3、作为载体必须具备的5个条件
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）有一个至多个限制酶切割位点，以便与外源基因 连接。
3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。 4）必须是安全的 ，对受体细胞无害。 5）载体DNA 分子应大小适中，以便于提取和操作
终止子
AGGTCACGTCG TCCAGT TCCAGTGCAGC AGGTCA
A G G U C A C G U C G RNA聚合酶
mRNA
RNA聚合酶
多肽链
真核细胞的基因结构
非编码区
编码区
外显子
非编码区
启动子
与RNA聚合酶 结合位点
内含子
终止子
真核 细胞 的 基因 结构
编码区 间隔的、不连
续的
外显子 内含子
非编码区
不能编码蛋白质的区段，调 控遗传信息的表达
非编RNA聚合酶 结合位点
mRNA前体
1
2
34
5
外显子
内含子
转录
1
生物高中选修：基因工程部分提纲
专题1 基因工程基因工程，也称作DNA重组技术或DNA拼接技术或转基因技术。
是在体外对不同生物的DNA分子进行拼接,获得重组DNA，从而定向改变生物性状的技术。
基因工程的原理：基因重组一、基因工程的基本工具基因工程的基本工具包括限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体1.限制性核酸内切酶（也叫作限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离、提纯得到。
（2）特点：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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，因此限制酶具有专一性。
例如：EcolR I识别的序列是GAATTC，切割位点在GA碱基之间。
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
其中在中轴线两侧进行切割形成的是黏性末端，沿中轴线切割形成的是平末端。
2. DNA连接酶，包括E·coliDNA连接酶（从大肠杆菌内提取得到）和T4-DNA连接酶（从T4-噬菌体中提取得到）两种DNA连接酶作用：能将DNA片段连接起来，并形成磷酸二酯键。
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：缝合的都是磷酸二酯键。
②区别：E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶不仅能连接黏性末端也能连接平末端。
(2)DNA连接酶与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段的末端DNA连接酶是将两个DNA片段连接。
3.载体载体的功能是将目的基因运到受体细胞内。
（1）作为载体具备的条件：①能自我复制②具有一个至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的选择和鉴定（筛选出含有目的基因的受体细胞）。
④对受体细胞无害；（2）最常用的载体是质粒,存在于细菌拟核之外，具有自我复制能力的裸露的小型环状DN A分子。
（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒二、基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取；第二步：基因表达载体的构建第三步：将目的基因导入受体细胞；第四步：目的基因的检测与鉴定第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：人们所需要的，能控制蛋白质的基因。
《基因工程的基本工具》 作业设计方案
《基因工程的基本工具》作业设计方案一、作业目标1、帮助学生深入理解基因工程中三种基本工具（限制性内切酶、DNA 连接酶、运载体）的作用和特点。
2、培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
3、增强学生对基因工程技术的兴趣，激发其探索科学的热情。
二、作业内容1、知识梳理（1）让学生总结限制性内切酶的来源、作用部位、作用特点，并举例说明其在基因工程中的应用。
（2）要求学生阐述 DNA 连接酶的种类、作用部位和作用结果，比较不同种类 DNA 连接酶的异同。
（3）使学生明确运载体的种类、具备的条件以及常见的运载体有哪些。
2、案例分析提供一些基因工程的实际案例，如利用基因工程生产胰岛素、转基因抗虫棉等，让学生分析在这些案例中基本工具是如何发挥作用的。
3、实践操作（1）给定一段含有特定序列的 DNA 片段，要求学生模拟限制性内切酶的切割过程，并画出切割后的结果。
（2）给出两段已被限制性内切酶切割的 DNA 片段，让学生尝试用DNA 连接酶将它们连接起来，并写出连接后的序列。
4、拓展思考（1）假如没有限制性内切酶，基因工程还能实现吗？为什么？（2）随着科技的发展，未来可能会出现哪些新型的基因工程工具？三、作业形式1、书面作业（1）完成知识梳理部分的内容，以填空、简答的形式呈现。
（2）针对案例分析，撰写一份详细的分析报告。
2、实践作业（1）在纸上完成模拟切割和连接的过程，并拍照上传。
（2）通过网络搜索或阅读相关资料，回答拓展思考的问题，并以文档形式提交。
四、作业难度作业难度分为基础、提高和拓展三个层次。
1、基础层次主要涵盖知识梳理部分的内容，让学生对基本工具的概念和作用有初步的了解。
2、提高层次包括案例分析和实践操作中的部分内容，需要学生运用所学知识进行分析和操作。
3、拓展层次涉及拓展思考部分，鼓励学生发挥想象力和创新思维，探索基因工程的未来发展。
五、作业时间本次作业预计总时长为一周。
1、知识梳理和书面作业：2 3 天。
基因工程的基本工具
(二)基因工程的基本操作程序
• 第一步：目的基因的获取 • 第二步：基因表达载体的构建 • 第三步：将目的基因导入受体细胞 • 第四步：目的基因的检测和鉴定
9
第一步：目的基因的获取
• 1.目的基因是指： __编_码__蛋__白__质_的结构基因 • 原核基因采取直__接__分__离_获得，真核基因是人
工合成。人工合成目的基因的常用方法有 _反_转__录___法和___化__学_合__成_法。
10
(二)利用PCR技术扩增目的基因
① 概念：PCR全称为_聚__合__酶__链__式__反__应__，是一项 在生物__体__外复制__特__定__D_N__A_片_的段核酸合成技术
②原理：_D__N_A_复__制___
• （3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段 末端通常有两种形式：
黏性末端和平末端。 __________________________________
4
2.“分子缝合针”——DNA连接酶
• (1)两种DNA连接酶（E•coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：
• ①相同点：都缝合___磷_酸__二__酯__键__。 • ②区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，
只能将双链DNA片段互补的____末黏端性 之间的 磷酸二酯键连接起来； 而T4DNA连接酶能缝合__黏_性__和末平端，但连接 平末端的之间的效率较____低__。
5
3.“分子运输车”——载体
• （1）载体具备的条件： • ①能在受体细胞中复制并稳定保存 • ②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片
③条件：一__段__已_知__目__的__基_因__的__核__苷_酸__序__列 前提条件 ___四__种__脱__氧__核__苷__酸、 _____一__对__引__物、 _____热__稳__定__D__N_A_聚___合__酶__（___T_a_q_酶__）___.
基因工程的基本工具(A)
基因工程的基本工具（A）［知识梳理］实现这一精确的操作过程至少需要三种工具即准确切割DNA的“手术刀”——限制性核酸内切酶、将DNA片段再连接起来的“缝合针”——DNA连接酶、将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”——（运）载体（一）、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”1、又称限制酶或（限制性内切酶）2、主要是从原核生物中分离纯化出来的是原核生物的防御机制) 3*、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，（大多数限制酶识别序列6个核苷酸组成）并在特定的切点（两个核苷酸之间的磷酸二酯键）上切割DNA分子（体现酶的专一性；注意与解旋酶的区别）4、切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——错位切：产生黏性末端。
平切：产生平口末端。
例：1）GAA TTC(写出)CTTAAG2) CCCGGGGGGCCC(二)DNA连接酶——“分子缝合针”1、两种来源不同的DNA用同种限制酶切割后，末端可以相互黏合，这种只能使互补的碱基连接起来，脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（磷酸二酯键），需要靠DNA连接酶来“缝合”。
2、根据酶的来源不同，可以将这些分为两类：一类：从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coliDNA连接酶；只能将双链DNA另一类；从T4噬菌体中分离出来的，称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”平末端，但连接平末端之间的效率比较低。
（三）基因进入受体细胞的（运）载体——“分子运输车”1、通常利用质粒，质粒存在于许多细菌以及酶母菌等生物中。
质粒是独立于细菌（细胞）染色体外（即拟核DNA）之外，具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
质粒上有决定固氮、抗药性、抗生素生成的基因（可作为标记基因）。
2、作为运载体的特点：1）、有一个到多个限制酶的切割位点；(供外源DNA片段(基因)插入其中)2）、能进行自我复制；(在细胞中自称复制，或整合到染色体DNA上，随染色体进行同步复制)。
1.1基因工程的基本工具
三、“分子运输车”
——基因进入受体细胞的载体 ⒈载体需要的条件：
(1)有一至多个限制酶切点
(2)能在受体细胞中复制、表达 (3)有某些标记基因，便于筛选 (4)对受体细胞无害
⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒
⑵噬菌体或某些动植物病毒
质粒的特点
质粒的特点
1.细胞染色体(或 拟核DNA分子) 外能自主复制的 小型环状DNA 分子；
G AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
C T T AA G
用同种限制酶 切割
G AA T T C G G AA T T C G C T T AA C T T AA
“分子缝合针” : DNA连接酶
G AA T T C
C T T AA G
二、“基因的针线” —— DNA连接酶 ⒈ 分类：
基因工程
基因工程
按照人们的愿望，进行严格设 计，并通过体外DNA重组和转基因
技术，创造出新生物类型和产品。
基因工程
按照人们的愿望，进行严格设 计，并通过体外DNA重组和转基因
技术，创造出新生物类型和产品。
转基因或DNA重组技术
问题探讨
苏云金杆菌
毒蛋白
普通棉花 抗虫棉
苏云金杆菌含有一种可以合成毒蛋白 的基因。 让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表 达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。
质粒的特点
1.细胞染色体(或 拟核DNA分子) 外能自主复制的 小型环状DNA 分子； 2.质粒的存在对宿 主细胞无影响；
模拟制作：
载体的 一段DNA
含毒蛋白 基因的细 菌DNA片 段
在特定部位对载体DNA进行模拟切 割，并将模拟毒蛋白基因取出，再用胶 纸模拟基因种间连接。
基因工程的基本工具(一)
基因工程的基本工具（一）1．基因工程是指在______通过人工“______”和“____________”等方法，对生物的基因进行的______和重新组合，然后______受体细胞并使重组基因在受体细胞中______，产生人类需要的____________的技术，又称为________技术。
基因工程是在______水平上操作、改变生物的______________的技术，包括基因的______、____________、______以及在受体细胞内的______和______等过程。
2．限制性核酸内切酶（分子手术刀）(1)第一种限制酶从________________中分离并纯化。
(2)作用：每种限制性核酸内切酶只能识别DNA分子的________________，且在特定位点上切割DNA分子。
(3)切割结果：大部分限制性核酸内切酶在切开DNA双链时，切口处两个末端都带有由若干____________组成的单链，这种单链被称为______末端。
3．下列关于基因工程的叙述，不正确的是()A．基因工程的原理是基因重组B．运用基因工程技术，可使生物发生定向变异C．一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上，属于基因工程的内容D．是非同源染色体上非等位基因的自由组合4．以下有关基因工程的叙述，正确的是()A．基因工程是细胞水平上的生物工程B．基因工程的目的是获得目的基因表达的蛋白质产物C．基因工程产生的变异属于人工诱变D．基因工程育种的优点之一是可以定向地使生物产生可遗传的变异5．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。
请回答下列问题：图1图2(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前、后，分别含有________个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
2024届高考一轮复习生物课件(人教版)：基因工程的基本工具和基本操作程序
4.目的基因的检测与鉴定
拓展 提升科学思维
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各 种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在 该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题： (1)什么是引物？ 提示 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 (2)PCR技术为什么需要引物？ 提示 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。
拓展 提升科学思维
构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA
片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
，限制性内切
核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是
，根据图示分析回答下列问题：
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形 成黏性末端的过程。
提示 限制性内切核酸酶Ⅰ： 限制性内切核酸酶Ⅱ：
本质
DNA
DNA
mRNA
mRNA
位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端
RNA聚合酶识 别和结合的部 功能 位，驱动基因 转录出mRNA
翻译的起始 使转录在所需要
信号(编码氨 的地方停下来
基酸)
翻译的结束信 号(不编码氨 基酸)
3.将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法 农杆菌转化法、花__粉__管__通__道__法__ 显微注射法 Ca2＋ 处理法
(6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？ 第n轮循环需要消耗多少个引物数？ 提示 经过n轮循环需要消耗引物数为(2n＋1－2)个，第n轮循环需要消耗 的引物数为2n个。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DNA连接酶
质粒
D
DNA连接酶
限制性内切酶
接受目的基因的生物
3、以下有关基因工程的叙述，正确的是
（
）
A、基因工程是细胞水平上的生物工程
B 、基因工程的产物对人类都是有益的
C、基因工程产生的变异属于人工诱变
D、基因工程育种的优点之一是目的性强
4、下列关于限制酶的说法不正确的是
（
）
A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布
和
（二）基因工程的基本工具：
限制性内切酶
来源：主要从
中分离
功能：能够识别 双链 DNA 分子 的某种特定
中特定部位的两个核苷酸之间的
错位切
切割方式 平 切
， 并使每一条链 断开。
切割后的 DNA 末端
末端 : 在识别序列中心轴线两侧将 DNA两条链分别 切开
DNA 连接酶 （分子缝合针）
末端：在识别序列中心轴线处切开
较项目 不 形成磷酸二酯键 同 的方式 点 是否需要模板
相 同点
DNA聚合酶
DNA连接酶
只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核
是在两个 DNA片段之间形成磷酸二
酸片段上，形成磷酸二酯键
酯键，不能连接单个脱氧核苷酸。
以一条 DNA链为模板，形成一条与模板 链互补的 DNA链
是将 DNA双链上的两个缺口同时连 接起来，因 DNA连接酶不需要模板
3.限制酶在 DNA 的任何部位都能将 DNA 切开吗？
任何一种限制酶都只识别和切断特定的核苷酸序列，这是由限制酶的性质所决定的。 五、随堂检测：
1、下列关于 DNA连接酶的叙述中，正确的是
（
A. DNA 连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键
B. DNA 连接酶连接的是黏性末端两条链主 链上的磷酸和脱氧核糖
C、质粒只有在导入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制
D、细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的
（ ）6．科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是
A．提高受体细胞在自然环境中的耐热性
B．有利于检测目的基因否导入受体细胞
C．增加质粒分子的相对分子质量
D
．便于与外源基因连接
2011 年秋学期高二生物教学案（选修三） （01）
一、课题： DNA 重组技术的基本工具
编写 ：徐洪敏
二、教学目标：
1.DNA 重组技术所需三种基本工具的作用； 2. 基因工程载体需要具备的条件
三、知识预习和导学
（一）、基因工程的概念：又叫
。
①操作环境
（体内、体外） ；②操作对象
③操作水平
④目的：定向改变生物的遗传性状，创造出人类需要的新的
限制性内切酶。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．酶的高效性 B．酶的专一性 C．酶的多样性 D ．酶的催化活性受外界条件影响
（ ） 2．以下说法正确的是
A．所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列
B．质粒是基因工程中惟一的运载体
C．运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
（ ） 7．下图是基因工程主要技术环节的一个基本步
骤，这一步需用到的工具是
A．DNA连接酶和解旋酶
B ．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C．限制性核酸内切酶和 DNA连接酶
D．DNA聚合酶和 RNA聚合酶
（
） 8．限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割
DNA 分子上特定的核苷酸碱基序列。下
图为四种限制酶 BamHI，EcoRI ，Hind Ⅲ 以及 Bgl Ⅱ 的辨识序列。 箭头表示每一种限制酶的特定
①两者均为酶，它们的化学本质都是蛋白质。具有酶的基本属性和特点。
③两者都能形成磷酸二酯键
④两者均参与 DNA的复制、逆转录等过程。
2.限制酶所识别的序列有什么特点？ 限制酶所识别的序列，无论是 6 个碱基还是 4 个碱基，都可以找到一条中心轴线（图
1-1），中
轴线两侧的双链 DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。
种类
小型的
。
末端连接
能够
的
衍生物 动植物病毒 运载体使用的目的：①作为运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。
②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 四、重难热归纳 1、注意：比较与 DNA有关的酶 （ 1）DNA水解酶：能够将 DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基 （ 2）DNA解旋酶：能够将 DNA或 DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的 氢键。适当的高温（如 94℃）也可使 DNA解旋。
C. DNA 连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖
D. 同一种 DNA连接酶可以切出不同的黏性末端 2、下表关于基因工程中有关基因操作的工具及对应的内容，正确的组合是
()
分子手术刀
分子缝合针
分子运输车
பைடு நூலகம்
） 。
A
限制性内切酶
B
DNA连接酶
DNA连接酶 限制性内切酶
提供目的基因的生物 质粒
C
限制性内切酶
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 DNA限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因
D．胃蛋白酶的最适 PH为 2 左右
（
） 5. 下列关于质粒的叙述，正确的是
A、质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B、质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状
DNA分子
B．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 DNA的切点不同
D ．限制酶可用来提取目的基因
5．不属于质粒被选为基因运载体的理由是
（
）
A．能复制
B
．有多个限制酶切点
C．具有标记基因
D ．它是环状 DNA
2011 年秋学期高二生物（选修三）练习（ 01）
（ ）1．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
功能：将切下来的
拼接成新的 DNA 分子
T4 DNA 连接酶：既能“缝合”双链 DNA 片段互补的
种类
也能“缝合”双链 DNA 的
末端
末端，
运载体 （分子运输车）
E·coli DNA 连接酶：只能将双链片段互补的
能在宿主细胞中
条件： 有一个至多个
，
有特殊的
，便于筛选。
常用的是
。是一种独立于细菌拟核外，
D．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
（ ） 3．依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是
A．切断 a 处的酶为限制核酸性内切酶
B．连接 a 处的酶为 DNA连接酶
C．切断 b 处的酶为解旋酶
D．切断 b 处的为限制性内切酶
（
） 4．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