2018-2019学年高二生物浙科选修3课件：第1章-第1节工具酶的发现和基因工程的诞生
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 第一章 基因工程 第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生学案 浙科版选修3
亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……学习资料专题第1课时工具酶的发现和基因工程的诞生一、基因工程的概念和理论基础探究1——理性思维六个方面理解基因工程的含义探究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四种脱氧核苷酸。
(2)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
(3)所有生物的DNA碱基对均遵循严格的“碱基互补配对原则”。
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中心法则。
(3)生物界共用一套遗传密码。
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 D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 B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。
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。
高中生物浙科版选修3知识条理整理
选修3《现代生物科技专题》知识条理第一章基因工程第一节工具酶的发现和基因工程的诞生一、基因工程的概念——操作环境、对象、水平、过程、结果、实质二、基因工程的理论基础——DNA是遗传物质、DNA双螺旋结构、中心法则三、基因工程的技术保障1、限制性核酸内切酶——作用、特点、部位、结果。
（知道教材中的2种限制性核酸内切酶的碱基识别序列和切割位点）2、DNA连接酶——作用、部位3、载体——作用、原理、种类、质粒的概念四、克隆的条件：理论条件与实际条件第二节植物的克隆一、植物细胞的全能性：定义、原理、体现、关键二、植物组织培养1、培养基及其他条件2、程序3、应用（1）植物细胞培养和器官培养的方法（调控激素配比）和意义（2）原生质体培养的方法（酶解法）和意义（容易摄取外来遗传物质或进行细胞融合）（3）植物细胞工程的方法（基因工程、细胞工程）和意义（转基因植物、新物种）[“植物克隆的发展”不作要求。
“小资料：植物体细胞杂交”不要求。
]第三节动物的克隆一、动物细胞细胞的培养1、动物组织培养技术的发展历程2、动物组织培养的概念——原理：细胞分裂3、培养条件、过程及有关概念：细胞系及细胞株、原代培养与传代培养4、细胞克隆：概念、最基本的要求（单个细胞）、措施、用途二、动物的克隆繁殖1、动物细胞全能性的表现程度二、动物体细胞克隆带来的挑战三、基因专利、基因安全、基因资源，生物武器[“课外读：转基因食品安全吗？”不要求。
]第二节现代生物技术对人类社会的总体影响一、现代生物技术在可持续发展战略中的积极作用二、现代生物技术对社会和环境的影响第五章生态工程第一节生态工程的主要类型一、生态工程的原理与对象二、生态工程的主要类型[“小资料：我国生态学家马世骏先生”，不要求。
第二节生态工程在农业中的应用一、农业发展的历史二、庭院生态工程——就是一个小型的农业生态工程三、农业生态工程1、概念与意义2、农业生态工程的主要技术3、农业生态工程中调整种植业和畜牧业结构的意义4、农业生态工程是实现农业可持续发展的必然措施。
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出生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．基因工程的中心是成立重组DNA 分子 (基因表达载体的成立 )，基因工程的基本源理是基因重组。
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鉴别和切割DNA 分子内一小段特别核苷酸序列的酶。
5． DNA 连接酶是将拥有尾端碱基互补的 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。
一、工具酶的发现和基因工程的出生1．基因工程看法：把一种生物的遗传物质( 细胞核、染色体脱氧核糖核酸等) 移到其他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．基因工程的中心：成立重组DNA分子 ( 基因表达载体的成立) 。
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)遗传信息传达方式的认定。
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) 看法：是能够鉴别和切割DNA分子内一小段特别核苷酸序列的酶。
(2)本源：主要来自原核生物。
(3)功能：能够鉴别双链 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：产生粘性尾端或平尾端。
2．DNA连接酶(1)看法：是将拥有尾端碱基互补的 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，能够将外源基因和载体DNA连接在一起。
(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) 看法：是能够自主复制的双链环状DNA分子。
(3)最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。
2018-2019学年高中生物课件：1.1工具酶的发现和基因工程的诞生(浙科版选修三)
高中生物1.1工具酶的发现和基因工程的诞生名师精编课件选修三
作为载体的必要条件
能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 具多个限制酶切点，以便与外源基因连
接。 能进入受体生物细胞并在受体生物细胞
内复制并表达； 具有某些标记基因，便于进行筛选。 对受体细胞无害
3、基因的运输工具——运载体
有标记基因
的存在，将来可 用含青霉素的培 养基鉴别。
不属于质粒被选为基因运载体的理由是（ D ）
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
下图表示限制酶切割某DNA的过程，从图中可知
，该限制酶能识别的碱基序列及切点是A．CTTAAG，切点在和T之间 B．CTTAAG，切
点在G和A之间
C．GAATTC，切点在G和A之间 D．CTTAAC，切
*什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处切 开时，切开的DNA两条单链的切口，是平 整的，这样的切口叫平末端。
思考
• 要想获得某个特定性状的基因必须要 用限制酶切几个切口？可产生几个黏 性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端。
• 如果把两种来源不同的DNA用同一种 限制酶来切割，会怎样呢？
思考
在自然界中有一些生物的DNA可能进入另 一种生物的细胞中。我们有没有学过相关 的实例？
现今存在的生物为什么没有在长期的进化 过程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保 持一种稳定状态？
怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶
1、来源：微生物
2、种类：4000种。
1.1 工具酶的发现和 基因工程的诞生
（一）基因工程的概念
基因工程又叫DNA重组技术。该技术 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工 “剪切”和“拼接”，然后导入受体细胞 内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞 内表达，产生出人类所需要的基因产物。
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1.左图中打开 G 与 C 化学键的酶 c 的名称是什么？工具 a 使 哪种化学键断裂？
【提示】 解旋酶；磷酸二酯键。
2．基因的 (1)发现：1967 年。
——DNA 连接酶
(2)作用：将具有末端碱基 互补配对的两个 DNA 分子片断连接在一起。 (3)过程如图所示：
3．基因工程的载体(如图)
遗传工程的概念
1.狭义的遗传工程指基因工程。 2．广义的遗传工程泛指把一种生物的 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。
基因工程的理论基础和技术保障
理论 基础
DNA 是遗传物质的发现
DNA 双螺旋 结构的确立 中心法则的认定和遗传密码 的破译 基因转移载体—— 质粒 的发现
【提示】 酶 a 是 DNA 连接酶，X 是能合成胰岛素的细菌细胞。
1．一种限制性核酸内切酶可识别多种特定的核苷酸序列。(×)
【提示】 一种限制性核酸内切酶只识别一种核苷酸序列。 2．基因工程的载体与物质跨膜转运所需要的载体化学本质相同。(×) 【提示】 前者的化学本质是 DNA，后者的化学本质是蛋白质。 3．不同限制性核酸内切酶切割 DNA 后形成的粘性末端可能相同。(√) 4．DNA 连接酶可将任意两个 DNA 片断连接在一起。(×) 【提示】 可将两个粘性末端相同的 DNA 片断连接在一起。 5．质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定。(×) 【提示】 有利于导入目的基因的受体细胞的筛选。
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
(1)种类 ①质粒：是一种小型的环状 DNA分子 。 ② λ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.
尝试写出图示中的酶 a 及 X 的名称？
点 GGTAC↓C
↓
GATC
↓
CCC GGG
(注：Y＝C 或 T，R＝A 或末端 B．限制性核酸内切酶的切割位点一定在识别序列的内部 C．不同限制性核酸内切酶切割后一定形成不同的粘性末端 D．一种限制性核酸内切酶一定只能识别一种核苷酸序列
【审题导析】
限制性核酸内切酶是一类酶，含有多种酶，区分这些酶种
1．不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点不同，这与酶催化作用 的专一性特点是一致的。 2．限制性核酸内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列，也就是在切 割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。 3．限制性核酸内切酶切点数与切后 DNA 条数的关系 (1)线形 DNA 分子：切后 DNA 分子数＝切点数＋1。 (2)环状 DNA 分子：切后 DNA 分子数＝切点数。
【答案】 A
现有一长度为 1 000 个碱基对(bp)的 DNA 分子， 用限制性核酸内切 酶 EcoR Ⅰ酶切后得到的 DNA 分子仍是 1 000 bp， 用 Kpn Ⅰ单独酶切得到 400 bp 和 600 bp 两种长度的 DNA 分子，用 EcoR Ⅰ、Kpn Ⅰ同时酶切后得到 200 bp 和 600 bp 两种长度的 DNA 分子。下图中表示该 DNA 分子的酶切图谱正确的是 ( )
课 前 自 主 导 学
当 堂 双 基 达 标
课 堂 互 动 探 究
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
课 后 知 能 检 测
课
标
解
读
重
点
难
点
1.联系遗传工程的含义， 说出基因工程的主要 内容。 2.结合“工具酶作用示意图”说出限制性核 酸内切酶和 DNA 连接酶的作用。 3.结合“质粒分子结构示意图”明确质粒的 本质及特性。 1. DNA 重组技术所需 3 种基 本工具的作用。(重点) 2. 基因工程载体需要具备的 条件。(重难点)
下表为常用的限制性核酸内切酶及其识别序列和切割位点， 由此推 断的以下说法中，正确的是( )
限制性核酸内 识别序列和切 限制性核酸内切 识别序列和切割位 切酶名称 BamH Ⅰ EcoR Ⅰ HindⅡ 割位点 G↓GATCC G AATTC GTY RAC
↓ ↓
酶名称 Kpn Ⅰ Sau3A Ⅰ Sma Ⅰ
技术 保障
多种 限制性核酸内切酶 和 连接酶 以及逆转录酶(工具酶)的发现 DNA合成和测序技术的发明 DNA体外重组的实现、重组DNA表达实验 的成功 第一例转基因动物问世、 PCR 技术的发明
DNA重组技术的基本工具
1.基因的
——限制性核酸内切酶
(1)作用：对DNA分子上不同的特定的核苷酸序列 进行识别 和切割 。 (2)作用特点：专一性。 (3)作用结果：产生粘性末端，使DNA的重组成为可能。
对限制性核酸内切酶的认识
【问题导思】 ①限制性核酸内切酶在 DNA 的任何部位都能将 DNA 切开吗？ ②限制性核酸内切酶作用于 DNA 的何种部位？ ③限制性核酸内切酶作用的产物叫什么？
1．来源 多数来自微生物。 2．特点 具有专一性，表现在以下两个方面： (1)识别双链 DNA 分子中特定的核苷酸序列。 (2)在特定位点切割特定的序列，特定序列表现为中心对称，如 EcoR Ⅰ 限 制性核酸内切酶的切割序列(如图所示)。
3．作用 切开 DNA 链中的磷酸二酯键(即连接相邻脱氧核苷酸的键)，而不是碱基间 的氢键。
4．产物——粘性末端 粘性末端：是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 链分别切开形成的。(如图)
从图中可看出，经限制性核酸内切酶一次切割，可产生出两个粘性末端， 而且两个末端反向并且可互补(图中箭头表示粘性末端方向)。
类的依据是识别序列与切割位点，而不是粘性末端。
【精讲精析】 由表中信息可知，Hind Ⅱ能识别不同的核苷酸序列；核苷 酸序列经限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端， 可形成平末端， 如 Sma Ⅰ切割 DNA 形成的末端；Sau3A Ⅰ的切割位点在识别序列的外部；不同限制性 核酸内切酶切割后可能形成相同的粘性末端，如 BamH Ⅰ与 Sau3A Ⅰ切割形成 的末端。