1.1基因工程的基本工具2011年6月吕
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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
1.基因工程的基本工具
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
1 基因工程的基本工具
②—A—A—T—T—C— —G—
A、①② B、①③
③—C—A—
—G—G—T—C—C—A— ④—A—G—C—T—T—C— —A—G—
C、①④
D、②③
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。
思考题： • 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可 产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。
• 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？ 会产生相同的黏性末端。
DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA聚合酶和DNA连接酶有何 相同和不同点？ 共同点： 不同点：
来源： 分子手 术刀 D N A 重 组 技 术 的 基 本 工 具 作用特点： 作用部位：
―分子手术刀” —限制பைடு நூலகம்核酸内切酶
EcoRI限制酶
G A C T
A
T T C
T
A A G
• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
1、由同一种限制酶切割 成的黏性末端是
①—T—C—G--
—A—G—C—T—T—A—A—
运载体
DNA
转 录
A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A A—C—U—G—G—A—U—C —U
U–G–A C–C–U
肽键
mRNA
翻 译
tRNA 蛋白质
A–G–A
肽键
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
思 考 编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核
A、①② B、①③
③—C—A—
—G—G—T—C—C—A— ④—A—G—C—T—T—C— —A—G—
C、①④
D、②③
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。
思考题： • 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可 产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。
• 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？ 会产生相同的黏性末端。
DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA聚合酶和DNA连接酶有何 相同和不同点？ 共同点： 不同点：
来源： 分子手 术刀 D N A 重 组 技 术 的 基 本 工 具 作用特点： 作用部位：
―分子手术刀” —限制பைடு நூலகம்核酸内切酶
EcoRI限制酶
G A C T
A
T T C
T
A A G
• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
1、由同一种限制酶切割 成的黏性末端是
①—T—C—G--
—A—G—C—T—T—A—A—
运载体
DNA
转 录
A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A A—C—U—G—G—A—U—C —U
U–G–A C–C–U
肽键
mRNA
翻 译
tRNA 蛋白质
A–G–A
肽键
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
思 考 编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核
基因工程的基本工具和操作程序
药物研发
利用基因工程技术研发新 的药物，如基因工程疫苗 和基因编辑药物。
基因工程的伦理和法律问题
基因工程涉及对生命和遗传信息的干预，引发了伦理和法律上的许多争议，如个人隐私、基因歧视、知 情同意等。
总结和展望
基因工程是一项能够改变生命的重大技术，可以为农业和医学带来重要的创 新。然而，我们也要警惕其潜在风险，并加强伦理和法律的管理。
组织培养
利用基因工程技术对植物进行 组织培养，实现无性繁殖、快 速繁殖和种质保存。
生物防治
利用基因工程技术培育具有抗 虫能力的昆虫，实现对农作物 害虫的生物防治。
基因工程在医学领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术治疗遗 传性疾病，通过修复或替 代异常基因来恢复正常功 能。
基因诊断
利用基因工程技术检测个 体的基因组信可以将两个DNA 片段连接起来，形成一 个完整的DNA分子。
基因工程的操作程序
1
剪切
使用限制酶剪切DNA链，得到需要的DNA片段。
2
连接
使用连接酶将DNA片段连接成新的DNA分子。
3
转化
将新的DNA分子转化到目标细胞中，使其表达所带有的外源基因。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
通过基因工程技术改变作物的 遗传特性，使其具有抗虫、抗 草药、耐旱等特点。
基因工程的基本工具和操 作程序
基因工程的定义和目的
基因工程是一种通过改变生物体的遗传信息来实现对特定性状的控制的技术。 其目的是改善农业产量、提高医学疗效和推动科学进步。
基因工程的基本工具
1 质粒
2 限制酶
3 连接酶
质粒是一种循环的DNA 分子，可用于携带外源 基因进入目标细胞。
《基因工程的基本工具》 讲义
《基因工程的基本工具》讲义基因工程作为现代生物技术的核心领域，为人类解决许多重大问题提供了强大的手段。
要深入理解基因工程，首先需要了解其基本工具，就如同工匠需要熟悉手中的工具才能打造出精美的作品一样。
一、限制性内切酶限制性内切酶，简称限制酶，是基因工程中的“剪刀”。
它能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割 DNA 分子。
这些酶的发现具有一定的偶然性。
在细菌中，它们被用于抵御外来DNA 的入侵，通过切割入侵的 DNA 来保护自身。
科学家们巧妙地利用了这一特性，将其应用于基因工程中。
限制酶具有高度的特异性，不同的限制酶识别的核苷酸序列不同，切割的位点也不同。
例如，EcoRI 识别的序列是 5' GAATTC 3' ，并在G 和 A 之间切割。
限制酶切割 DNA 产生的末端有两种类型：黏性末端和平末端。
黏性末端是指被切割后的DNA 片段末端有单链突出，就像“粘性的尾巴”，容易相互连接；平末端则是平整的切口。
二、DNA 连接酶有了“剪刀”将 DNA 切断，还需要“胶水”将其连接起来，这就是DNA 连接酶的作用。
DNA 连接酶能够将两个具有相同黏性末端或平末端的 DNA 片段连接在一起，形成一个完整的 DNA 分子。
在基因工程中，常用的 DNA 连接酶有 T4 DNA 连接酶等。
DNA 连接酶连接的是 DNA 片段之间的磷酸二酯键，这是保证DNA 分子结构稳定的重要化学键。
三、载体基因工程中，目的基因需要一个“运输工具”才能进入受体细胞并稳定存在和表达，这个“运输工具”就是载体。
常见的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
质粒是一种小型的环状 DNA 分子，存在于许多细菌和酵母菌中。
它具有自主复制能力，并且能够携带一些外源基因。
作为载体，需要具备一些重要的特点。
首先，要有一个或多个限制酶切割位点，以便插入目的基因。
其次，要有标记基因，用于筛选含有目的基因的受体细胞。
例如，氨苄青霉素抗性基因可以用来筛选导入了重组质粒的细菌。
基因的结构及基因工程的基本工具
来源： 主要从原核细胞中分离纯化出来 来源： 作用： 作用： 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， 限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 特定的切点上切割DNA分子 并且能在特定的切点上切割DNA 并且能在特定的切点上切割DNA分子 作用部位： 作用部位： 磷酸二酯键 作用结果： 沿识别序列的中轴线切割——平末端 作用结果： 沿识别序列的中轴线切割——平末端 —— 沿识别序列的中轴线两侧切割——黏性末端 沿识别序列的中轴线两侧切割——黏性末端 ——
DNA的结构和组成成分是相似的 的结构和组成成分是相似的
2.将一种生物的基因移接到另一种生物体后，它 2.将一种生物的基因移接到另一种生物体后， 将一种生物的基因移接到另一种生物体后 表达的蛋白质没有改变，这说明什么问题？ 表达的蛋白质没有改变，这说明什么问题？ 生物共用一套密码子
一、基因工程的概念： 基因工程的概念：
用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒， 用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒，得到的 EcoRV 单独或联合切割同一种质粒 DNA片段长度如下图 片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对 个碱基对) 请画出质粒上EcoRV EcoRV、 DNA片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对)，请画出质粒上EcoRV、 Mbol的切割位点 Mbol的切割位点
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子 与RNA聚合酶结合位点 RNA聚合酶结合位点
编码区
非编码区 编码区下游 终止子
真核细胞的基因结构
思 考
1.原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么？ 1.原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么？ 原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么 2.你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同？ 2.你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同？ 你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同 3.启动子、终止子与起始密码子、终止密码子有什么区别？ 3.启动子、终止子与起始密码子、终止密码子有什么区别？ 启动子
DNA的结构和组成成分是相似的 的结构和组成成分是相似的
2.将一种生物的基因移接到另一种生物体后，它 2.将一种生物的基因移接到另一种生物体后， 将一种生物的基因移接到另一种生物体后 表达的蛋白质没有改变，这说明什么问题？ 表达的蛋白质没有改变，这说明什么问题？ 生物共用一套密码子
一、基因工程的概念： 基因工程的概念：
用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒， 用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒，得到的 EcoRV 单独或联合切割同一种质粒 DNA片段长度如下图 片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对 个碱基对) 请画出质粒上EcoRV EcoRV、 DNA片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对)，请画出质粒上EcoRV、 Mbol的切割位点 Mbol的切割位点
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子 与RNA聚合酶结合位点 RNA聚合酶结合位点
编码区
非编码区 编码区下游 终止子
真核细胞的基因结构
思 考
1.原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么？ 1.原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么？ 原核细胞和真核细胞基因结构最重要的区别是什么 2.你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同？ 2.你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同？ 你认为真核细胞和原核细胞的非编码序列是否相同 3.启动子、终止子与起始密码子、终止密码子有什么区别？ 3.启动子、终止子与起始密码子、终止密码子有什么区别？ 启动子
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。
第1课时 基因工程的操作工具
第1课时基因工程的操作工具第1课时基因工程的操作工具课程一.1 DNA重组技术的基本工具【课前导学】1.1 DNA重组技术的基本工具一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外赋予生物新的基因特征，创造更符合人们需求的新生物类型和生物产品。
因为基因工程是在水平水平上设计和建造的，所以也被称为基因工程。
二、限制性核酸内切酶1.切割DNA的工具是，也称为。
2、这类酶在生物体内能将外来的dna切断，即能够限制异源dna的侵入并使之失去活力，但对自己的dna却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。
3.由于这种切割是在DNA分子内进行的，因此被称为限制性内切酶（简称限制性内切酶）。
4.DNA分子的限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式，即和。
三、dna连接酶――“分子缝合针”根据DNA连接酶的不同来源，它们可分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为e?colidna连接酶。
e?colidna连接酶只能将连接起来，不能将双链dna片段平末端之间进行连接。
另一种是从T4 DNA连接酶中分离出来的。
T4 DNA连接酶可以“缝合”互补和双链DNA片段，但连接效率相对较低。
四、基因进入受体细胞的载体――“分子运输车”1.在基因操作过程中，载体有两个用途：一是作为载体将目标基因转移到宿主细胞；第二种是利用它在宿主细胞中复制大量目标基因。
2、现在通常使用的载体是，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核dna之外的环状dna，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。
3.质粒可以通过细菌之间的连接从一种细菌转移到另一种细菌，这种连接可以复制或整合到细菌假核DNA中，并通过假核DNA的复制进行复制。
4、其他载体还有和等。
5、作为载体必须具备以下条件：能在宿主细胞中复制并稳定保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；它有一些用于筛选的标记基因，如抗生素耐药基因、产品颜色反应基因等[摘要]归纳点1基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果归纳点2基因工程的工具及其比较基因剪接技术或DNA重组技术→ 拼接→ 介绍→ 在生物体外的基因DNA分子水平上表达人类所需的基因产物1。
基因工程的基本工具
无论真核细胞还是原核细胞其基因均有编码区（能转录mRNA,进而编码蛋白质)与非编码区(不能转录mRNA,不能编码蛋白质），真核细胞基因的编码区可分为外显子（可编码蛋白质)、内含子(不能编码蛋白质）。 而密码子位于mRNA上，起始密码子有AUG（决定甲硫氨酸）和GUG（决定缬氨酸），而终止密码子则有UAA、UAG、UGA，不决定氨基酸
中轴线
要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切点？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？
要切两个切点，产生四个黏性末端，两个。
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？
会产生相同的黏性末端。
是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真的合成 重组的DNA分子了?
E·coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
功能
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复磷酸二酯键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和平末端(效率较低)
相同点
差别
DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点？
DNA连接酶
DNA聚合酶
连接DNA链
ห้องสมุดไป่ตู้
连接部位
相同点
双链
单链
在两DNA片段之间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3’末端的羟基上，形成磷酸二酯键
实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
思考题：
2、ＤＮＡ连接酶——“分子缝合针”
种类：作用部位：
是磷酸二酯键，
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 ,这样一个重组的DNA分子就形成了。
不是氢键。
E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶比较：
类型
中轴线
要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切点？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？
要切两个切点，产生四个黏性末端，两个。
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？
会产生相同的黏性末端。
是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真的合成 重组的DNA分子了?
E·coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
功能
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复磷酸二酯键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和平末端(效率较低)
相同点
差别
DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点？
DNA连接酶
DNA聚合酶
连接DNA链
ห้องสมุดไป่ตู้
连接部位
相同点
双链
单链
在两DNA片段之间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3’末端的羟基上，形成磷酸二酯键
实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
思考题：
2、ＤＮＡ连接酶——“分子缝合针”
种类：作用部位：
是磷酸二酯键，
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 ,这样一个重组的DNA分子就形成了。
不是氢键。
E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶比较：
类型
基因工程的基本工具(公开课)
这些定向改造基因 的设想能实现吗？
经过多年的努力，科学家终于在 20世纪70年代创立了可以定向改造
生物的新技术
——基因工程
第三页，编辑于星期二：二十一点 十三分。
基因工程的概念
基因工程：指按照人们的愿望,进行严格的设计
并通过体外DNA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 物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子 水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组
断开。 磷酸二酯键
形成两种末端
黏性末端
平末端
第三十三页，编辑于星期二：二十一点 十三分。
4、“分子缝合针” —— DNA连接酶
1、种类：
两类
E·coli DNA连接酶
连接黏性末端
T4 DNA连接酶
连接黏性末端和平末端
2、作用部位：
磷酸二酯键
第三十四页，编辑于星期二：二十一点 十三分。
4、基因进入受体细胞的载体
第十九页，编辑于星期二：二十一点 十三分。
3、种类：
类型
E·coliDNA
连接酶 T4DNA连接酶
功能
来源
相同点
差别
大肠杆菌
T4噬菌体
恢复
磷酸 二酯键
只能连接黏性末端
能连接黏性末端和 平末端(效率较低)
第二十页，编辑于星期二：二十一点 十三分。
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
G
A ATT
CT T A A
常见的两种限制酶
1、大肠杆菌的一种限制酶 （EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在 G和A之间切开形成黏性末端。
2、SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并
在C和G之间切割形成平末端 。
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• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。 游离片段
• 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个 切口？可产生几个黏性末端？一个目的基因有 几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。 • 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？ 会产生相同的黏性末端。 是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样 就真的合成重组的DNA分子了? 实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
知识拓展 1.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，中轴 线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复 排列的。
图1-1 限制酶识别序列的中心轴线
（二）基因工程的基本工具
• “分子手术刀”——限制性内切酶
限制 酶
识别序列
（二）基因工程的基本工具
巩固练习
2、下列不是基因载体具备的条件的是
A、能自我 复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
巩固练习
3、有关基因工程的叙述中，错误的是（ A ）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性核酸内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由载体导入受体细胞
2） DNA聚合酶需要以一条DNA链为模板； 而DNA连接酶不需要模板。
（二）基因工程的基本工具
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ “分子运输车”——载体。 • 载体的作用有哪些？ 作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫 基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用载体在受体细胞(棉花细胞) 内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。 （随载体的复制而复制）
3、基因工程中作为载体使用的DNA分子很 多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟 核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、 双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒 都可以作为基因工程载体使用呢？其实不 然，作为基因工程使用的载体必需满足以 下条件。
（1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶
（二）基因工程的基本工具
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ “分子手术刀”——限制性核 关键步骤一的工具： 酸内切酶
关键步骤二的工具： “分子缝合针”——DNA连接酶 关键步骤三的工具： “分子运输车”——基因 进入受体细胞的载体
（二）基因工程的基本工具
“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶 限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一类酶， 能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在 DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。 这类酶存在于原核生物中有什么作用呢？
切割外源DNA，使之失效，达到保护自身的目的。
特 点： 专一性 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
限制性核酸 内切酶(称限 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
（二）基因工程的基本工具
（二）基因工程的基本工具
• “分子运输车”——载体
常用的载体主要有：
1）质粒 2） λ噬菌体的衍生物 3）动、植物病毒 原理：病毒，细菌等的侵染性。
（二）基因工程的基本工具
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细 菌拟核DNA之外，且具有自我复制能力的 双链环状DNA分子。 质粒是基因工程最常用的载体。
D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
巩固练习
4、有关基因工程的叙述正确的是 （ D ）
A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料
巩固练习
5、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） A、人工合成目的基因
思考与探究
2和7能连接形成…ACGT…
…TGCA…； 4和8能连接形成…GAATTC… …CTTAAG…； 3和6能连接形成…GCGC… …CGCG…； 1和5能连接形成…CTGCAG… …GACGTC…。
2、迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大 部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们 各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。 细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为 微生物在长期的进化过程中形成了一套完善 的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的 细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的 识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转 移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将 其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶 也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外 源DNA的入侵。
（一）基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术 操作环境 操作对象 生 物 基 体 外 因
操作水平
基本过程 目 的
DNA 分子水平
剪切 → 拼接 → 导入 →检测与鉴定
原
理：
人类需要的生物类型和生 物产品 （定向）基 因 重 组
（一）基因工程的概念
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
（二）基因工程的基本工具
• “分子缝合针”——DNA连接酶
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝 隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的 断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子就形成了。
（二）基因工程的基本工具
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为 什么？ 不是一回事。相同点：形成磷酸二酯键
但是：1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加 到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键；而 DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷 酸二酯键
7 、 在 基 因 工 程 中 ， 科 学 家 所 用的 “剪刀”、“针线”和“运载体”分 别是指( ) D A.大肠杆菌病毒、质粒、DNA连接酶 B.噬菌体、质粒、DNA连接酶 C.DNA限制酶、RNA连接酶、质粒 D.DNA限制酶、DNA连接酶、质粒
8、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗 菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B.有利于对目的基因是否导入进行检测 C.增加质粒分子的分子量 D.便于与外源基因连接
9、生物细胞中含有细胞质基因的结构是 ( D ) A. 细胞核和染色体 B．染色体和核糖体 C．线粒体和质粒 D．线粒体和叶绿体
10、1997年，科学家将动物体内的能够合 成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组， 并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据 图 回 答 问 题 。 (1)此图表示的是采取______________方法 获 取 ___ 基 因 的 过 程 。 (2)图中①DNA是 以____________为模板， _____________形成单链DNA，在酶的作用 下 合 成 双 链 DNA ， 从 而 获 得 了 所 需 要 的 __________________________ 。 (3)图中②代表的是_________________酶， 在 它 的 作 用 下 将 质 粒 切 出 _____ 末 端 。 (4)图中③代表重组DNA，含______基因。 (5) 图 中 ④ 表 示 的 过 程 是 _________________________。
（二）基因工程的基本工具
• “分子缝合针”——DNA连接酶 根据来源不同可分为哪两类？两者在作 用上又有什么异同呢？
E· DNA连接酶和T4 DNA连接酶。 coli
两者都是将双链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。 但E· DNA连接酶只能“缝合”黏性末端不 coli 能“缝合”平末端；而T4 DNA连接酶既能“缝 合”黏性末端又能“缝合”平末端。
苏云金杆菌
提取
普通棉花(无抗虫特性) 棉花细胞(含抗虫基因) 棉花植株(有抗虫特性)
抗虫基因
与运载体DNA拼接 导入
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
（一）基因工程的概念
• 基因工程培育抗虫棉的关键步骤： 关键步骤一：从苏云金杆菌细胞内提取出 来抗虫基因（切割、修饰） 关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA拼接 关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞
• “分子手术刀”——限制性内切酶
如：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
（二）基因工程的基本工具
DNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的 DNA片段末端通常有哪两种形式？ 有黏性末端和平末端两种（教材P5图）
那么，在中轴线两侧的双链DNA上的碱 基有什么特点呢？ 不管是产生黏性末端还是平末端，在中 轴线两侧的双链DNA上的碱基旋转对称
所有的质粒都可以作为运载体吗？
不是。只有具备了以上几点要求的质粒 才可以充当运载体。
基 因 操 作 的 工 具
一.“分子手术刀":限制性核酸内切酶 来源:主要来自原核生物 作用:将外来的DNA切断 结果:产生黏性末端或 平末端 二.“分子缝合针”: DNA连接酶 分类:E· DNA连接和T4 DNA连接酶 coli 作用:把黏性末端之间的缝隙“缝合”起 来 三.“分子运输车”:基因进入受体细胞的载 体 种类:质粒、噬菌体、动植物病毒等 条件:自我复制、限制酶切点、标记基因、 安全的、大小应适合
的切割位点，以便目的基因可以插入到载 体上去。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，这样才不至于因目的 基因的插入而失活。
（2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，
或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的 复制而同步复制。 （3） 载体DNA必需带有标记基因，以便 重组后进行重组子的筛选。 （4） 载体DNA必需是安全的，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。 （5） 载体DNA分子大小应适合，以便提 取和在体外进行操作，太大就不便操作。 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全 具备上述条件，都要进行人工改造后才能 用于基因工程操作。
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。 游离片段
• 要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个 切口？可产生几个黏性末端？一个目的基因有 几个黏性末端？
要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。 • 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？ 会产生相同的黏性末端。 是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样 就真的合成重组的DNA分子了? 实际还不够,还需要DNA连接酶进行连接。
知识拓展 1.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，中轴 线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复 排列的。
图1-1 限制酶识别序列的中心轴线
（二）基因工程的基本工具
• “分子手术刀”——限制性内切酶
限制 酶
识别序列
（二）基因工程的基本工具
巩固练习
2、下列不是基因载体具备的条件的是
A、能自我 复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
巩固练习
3、有关基因工程的叙述中，错误的是（ A ）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性核酸内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由载体导入受体细胞
2） DNA聚合酶需要以一条DNA链为模板； 而DNA连接酶不需要模板。
（二）基因工程的基本工具
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ “分子运输车”——载体。 • 载体的作用有哪些？ 作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫 基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用载体在受体细胞(棉花细胞) 内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。 （随载体的复制而复制）
3、基因工程中作为载体使用的DNA分子很 多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟 核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、 双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒 都可以作为基因工程载体使用呢？其实不 然，作为基因工程使用的载体必需满足以 下条件。
（1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶
（二）基因工程的基本工具
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ “分子手术刀”——限制性核 关键步骤一的工具： 酸内切酶
关键步骤二的工具： “分子缝合针”——DNA连接酶 关键步骤三的工具： “分子运输车”——基因 进入受体细胞的载体
（二）基因工程的基本工具
“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶 限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一类酶， 能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在 DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。 这类酶存在于原核生物中有什么作用呢？
切割外源DNA，使之失效，达到保护自身的目的。
特 点： 专一性 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
限制性核酸 内切酶(称限 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
（二）基因工程的基本工具
（二）基因工程的基本工具
• “分子运输车”——载体
常用的载体主要有：
1）质粒 2） λ噬菌体的衍生物 3）动、植物病毒 原理：病毒，细菌等的侵染性。
（二）基因工程的基本工具
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细 菌拟核DNA之外，且具有自我复制能力的 双链环状DNA分子。 质粒是基因工程最常用的载体。
D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶
巩固练习
4、有关基因工程的叙述正确的是 （ D ）
A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供 资料
巩固练习
5、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） A、人工合成目的基因
思考与探究
2和7能连接形成…ACGT…
…TGCA…； 4和8能连接形成…GAATTC… …CTTAAG…； 3和6能连接形成…GCGC… …CGCG…； 1和5能连接形成…CTGCAG… …GACGTC…。
2、迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大 部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们 各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。 细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为 微生物在长期的进化过程中形成了一套完善 的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的 细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的 识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转 移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将 其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶 也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外 源DNA的入侵。
（一）基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术 操作环境 操作对象 生 物 基 体 外 因
操作水平
基本过程 目 的
DNA 分子水平
剪切 → 拼接 → 导入 →检测与鉴定
原
理：
人类需要的生物类型和生 物产品 （定向）基 因 重 组
（一）基因工程的概念
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
（二）基因工程的基本工具
• “分子缝合针”——DNA连接酶
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝 隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的 断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子就形成了。
（二）基因工程的基本工具
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为 什么？ 不是一回事。相同点：形成磷酸二酯键
但是：1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加 到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键；而 DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷 酸二酯键
7 、 在 基 因 工 程 中 ， 科 学 家 所 用的 “剪刀”、“针线”和“运载体”分 别是指( ) D A.大肠杆菌病毒、质粒、DNA连接酶 B.噬菌体、质粒、DNA连接酶 C.DNA限制酶、RNA连接酶、质粒 D.DNA限制酶、DNA连接酶、质粒
8、人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗 菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B.有利于对目的基因是否导入进行检测 C.增加质粒分子的分子量 D.便于与外源基因连接
9、生物细胞中含有细胞质基因的结构是 ( D ) A. 细胞核和染色体 B．染色体和核糖体 C．线粒体和质粒 D．线粒体和叶绿体
10、1997年，科学家将动物体内的能够合 成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组， 并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据 图 回 答 问 题 。 (1)此图表示的是采取______________方法 获 取 ___ 基 因 的 过 程 。 (2)图中①DNA是 以____________为模板， _____________形成单链DNA，在酶的作用 下 合 成 双 链 DNA ， 从 而 获 得 了 所 需 要 的 __________________________ 。 (3)图中②代表的是_________________酶， 在 它 的 作 用 下 将 质 粒 切 出 _____ 末 端 。 (4)图中③代表重组DNA，含______基因。 (5) 图 中 ④ 表 示 的 过 程 是 _________________________。
（二）基因工程的基本工具
• “分子缝合针”——DNA连接酶 根据来源不同可分为哪两类？两者在作 用上又有什么异同呢？
E· DNA连接酶和T4 DNA连接酶。 coli
两者都是将双链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。 但E· DNA连接酶只能“缝合”黏性末端不 coli 能“缝合”平末端；而T4 DNA连接酶既能“缝 合”黏性末端又能“缝合”平末端。
苏云金杆菌
提取
普通棉花(无抗虫特性) 棉花细胞(含抗虫基因) 棉花植株(有抗虫特性)
抗虫基因
与运载体DNA拼接 导入
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
（一）基因工程的概念
• 基因工程培育抗虫棉的关键步骤： 关键步骤一：从苏云金杆菌细胞内提取出 来抗虫基因（切割、修饰） 关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA拼接 关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞
• “分子手术刀”——限制性内切酶
如：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识 别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
（二）基因工程的基本工具
DNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的 DNA片段末端通常有哪两种形式？ 有黏性末端和平末端两种（教材P5图）
那么，在中轴线两侧的双链DNA上的碱 基有什么特点呢？ 不管是产生黏性末端还是平末端，在中 轴线两侧的双链DNA上的碱基旋转对称
所有的质粒都可以作为运载体吗？
不是。只有具备了以上几点要求的质粒 才可以充当运载体。
基 因 操 作 的 工 具
一.“分子手术刀":限制性核酸内切酶 来源:主要来自原核生物 作用:将外来的DNA切断 结果:产生黏性末端或 平末端 二.“分子缝合针”: DNA连接酶 分类:E· DNA连接和T4 DNA连接酶 coli 作用:把黏性末端之间的缝隙“缝合”起 来 三.“分子运输车”:基因进入受体细胞的载 体 种类:质粒、噬菌体、动植物病毒等 条件:自我复制、限制酶切点、标记基因、 安全的、大小应适合
的切割位点，以便目的基因可以插入到载 体上去。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，这样才不至于因目的 基因的插入而失活。
（2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，
或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的 复制而同步复制。 （3） 载体DNA必需带有标记基因，以便 重组后进行重组子的筛选。 （4） 载体DNA必需是安全的，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。 （5） 载体DNA分子大小应适合，以便提 取和在体外进行操作，太大就不便操作。 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全 具备上述条件，都要进行人工改造后才能 用于基因工程操作。