人教版高中生物选修3[知识点整理及重点题型梳理]基因工程(一)基因的结构和基因工程的基本工具

人教版高中生物选修三

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具

【学习目标】

1、了解基因工程的诞生及概念。

2、知道基因的结构。

3、简述DNA重组技术所需三种基本工具及其应用（重点、难点）。

【要点梳理】

要点一、基因工程概述

要点二、基因工程的诞生

【课程：基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具 369163 基因工程的诞生】

1.遗传基础理论的重大突破

艾弗里、赫尔希、蔡斯等人证明DNA是遗传物质

1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构

1958年，梅塞尔森和斯塔尔证明DNA的半保留复制

1963~1967年，尼伦伯格、马太、霍拉纳破译遗传密码

中心法则的提出和完善指出遗传信息在大分子间的传递

2.技术发明使基因工程的实施成为可能

技术上三大发明：

⑴基因转移载体的发现——1967年，T.F.Roth（罗思）&D.R.Helinski（海林斯基）发现质粒的自我复制能力，并能够在细菌之间转移。

⑵工具酶的发现——1972年， H.C. Smith 、W.Arber & D.Nathans从流感嗜血杆菌中分离得到限制性内切酶；

1970年，逆转录酶的发现使真核细胞的基因制备成为可能；此后，多种限制酶和连接酶被发现。

⑶DNA体外重组的实现—1972年，美国 Berg 第一次构建出了体外重组DNA分子。

重组DNA表达实验的成功—1973年，H.Boyer & S.Cohen选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC101，使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA。

3.技术进一步推动基因工程的发展：

⑴第一例转基因动物和转基因植物问世

1980 年，科学家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。

1983年，科学家采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因烟草。

⑵PCR技术的发明

1988年，美 K.Mullis发明PCR技术，使基因工程进一步发展。

三、基因的结构【课程：基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具 369163 基因的结构】

1.原核细胞基因结构

2.真核细胞基因结构

四、基因工程的工具

1.“分子的手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）

（1）存在：主要存在于原核生物中。

（2）特点：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的切点上切割DNA分子。它具有专一性，表现在两个方面

①识别双链DNA中特定的核苷酸序列。

②切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如Eco RI酶的切割序列（如下图）。

（3）作用部位：限制酶切割DNA分子时被断开的是DNA链中的磷酸二酯键（连接相邻脱氧核苷酸的键）：而不是碱基间的氢键，如下图所示：

（4）结果：切割形成的DNA片段产生两种末端，如下图所示：

要点诠释：

在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，但对自己的DNA没有损害作用。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶，简称限制酶。限制酶是基因工程中重要的切割工具，科学家已经从原核生物中分离出了许多种限制酶并且已经商品化，在基因工程中广泛使用。

2.“分子的缝合针”——DNA连接酶

（1）种类：根据DNA连接酶的来源不同，可分为两类：

①E·coli DNA连接酶：来源于大肠杆菌，能将具有黏性末端的DNA片段连接起来，而不能将具有平末端的DNA片段连接起来。

②T4DNA连接酶：来源于T4噬菌体，既能将具有黏性末端的DNA片段连接起来，也能将具有平末端的DNA片段连接起来。

（2）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，即连接的是DNA片段每条单链中两相邻的核苷酸之间的磷酸二酯

键。如下图所示：

（3）与DNA相关的几种酶的比较

3.“分子运输车”——载体

（1）作用：

①为运输工具，将目的基因导入受体细胞中去。

②利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

（2）载体必须具备的三个条件：

①能在受体细胞内稳定保存并大量复制。

②有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接。

③具有某些标记基因，以便进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。

（3）种类：

①细菌的质粒，它是细菌拟核DNA以外、并且具有自我复制能力双链环状DNA分子（一般有1kb～200 kb，kb为千碱基对），有的细菌只有一个，有的细菌有多个。

②入噬菌体的衍生物。

③动植物病毒。

④一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。

【典型例题】

类型一：基因工程概述

例1、（2014 江苏高考）下列关于基因工程技术的叙述，错误

．．的是

A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列

B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应

C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因

D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达

【答案】ABC

【解析】限制性核酸内切酶大多是特异性识别6个核苷酸序列，但也有识别序列由4、5或8个核苷酸组成的，A错误；PCR中耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，B项错误；载体质粒上抗生素抗性基因可作为标