苏教版选修三第1章第1节基因工程的概述学案

第一节 基因工程的概述

课前?预习导学

KEQIANYUXIDAOXUE

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一、 基因工程的诞生和发展

1 ?基因工程的理论基础

(1) _____________________________ 艾弗里证明了 DNA 是 _____________________________ ;

沃森和克里克阐明了 DNA 分子的 _____________ ; 尼伦贝格等破译了 ____________ 。

(2) ________________ 限制性 _________ 酶和 _________________________________ 酶等工具酶、

质粒等载体和 _______________ 酶的发现， 直接促使了基因工程的诞生。

(3)

基因工程的诞生和发展经历了三个时期：

1973?1976年为 ___________ , 1977?1981

年为 _________ , 1982年以后为 _______________________________ 。

1973年，美国科学家 ________ 等将两种不同来源的 DNA 分子进行体外重组，并首次实现 了重组DNA 分子在大肠杆菌中的表达，创立了 ______________________ 的新技术一一基因工程。

2. 基因工程

基因工程是指在体外通过人工“ ________ ”和“ _______ ”等方法，对生物的基因进行

和 ,然后导入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。因而，基因工程又称为 。基因工程

是在基因水平上操作、

改变生物的 __________ 的技术。

预习交流

根据基因工程的概念分析，基因工程的操作对象、操作环境、操作水平和基本方法分别 是什么？ 二、 基因工程的工具一一酶与载体

1. 限制性核酸内切酶一一分子手术刀

科学家们陆续发现了 _______________ 限制性核酸内切酶。每种限制性核酸内切酶只能识别 特定的 ___________ ，并在特定的位点上切割 DNA 分子。

___________ '连接起来。

3. 载体一一将外源基因导入受体细胞的运载工具

常用的载体有 _______ 、 ___________ 、 ______________ 等。其中 _______ 是最早应用的载体。

它是细菌细胞中的一种很小的 ________ 状DNA 分子。

预习交流

1. 限制性核酸内切酶主要分布在哪里？其本质是什么？

2. 载体有什么作用？

三、基因工程的一般过程和技术 基因工程是现代生物技术的核心，其基本过程包括五大步骤。

大部分限制性核酸内切酶在切开 定核苷酸组成的单链，这种单链称为

少部分限制性核酸内切酶在切开

2. DNA 连接酶一一分子针线 DNA 双链时，切口处的两个末端都带有伸出的由若干特 DNA 双链时产生“ ___________ ”

DNA 连接酶可将用同一种

切割形成的“ __________________ ” 或

1 .获得 ___________ 。

2._________________ 制备。

3._______________ 转化。

4?筛选出获得目的基因的 ______________ 。

5.培养受体细胞并诱导 ____________ 的表达等方面。

预习交流

获取目的基因的方法有哪些？

答案：

一、1. （1）遗传物质双螺旋结构遗传密码（2）核酸内切DNA连接逆转录（3）

开始期发展期迅猛发展和实际应用期科恩定向改造生物

2.剪切拼接改造重新组合表达基因产物重组DNA技术遗传性状预习交流：

答案：基因工程的操作对象是DNA分子，也就是基因；操作环境是在生物体外；操作水平是分子水平；操作基本方法是采用剪切一拼接一导入一表达的基本思路获得相应的基因产物。

二、 1.多种多样的核苷酸序列黏性末端平口末端

2.限制性核酸内切酶黏性末端平口末端

3.质粒噬菌体动植物病毒质粒环

预习交流：

1.答案：限制性核酶内切酶主要分布在原核生物体内。它的本质是蛋白质，它也具有高效性、专一性、温和性等酶的基本特点。

2.答案：作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中去，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

三、 1.目的基因

2.重组DNA分子

3.受体细胞

4.受体细胞

5.目的基因

预习交流：

答案：（1）从基因文库（如基因组文库和cDNA文库）中获取目的基因。

（2）利用PCR（聚合酶链式反应）技术扩增目的基因。

（3）此外，如果基因片段比较小，核苷酸序列又已知，也可以利用DNA合成仪用化学方法直接人工合成。

做芳感悟：：：：：：：：；；；；；：：：在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！

我的学困点T 我的学疑点_

「........... 神堂J合作探兖?

KETA

、限制性核酸内切酶一一“分子手术刀”

舟惦刖?探究

+ I

EcoR I GAA；TTC 一G AATTC

（在G 与A CTT；AAG CT TA A G

之商切割）：1黏性末端

中庙线

Sma I

CCCiGGG

CCC GGG （在C 与G GGGiCCC

GGG CCC

之阖切割｝

+ 平口末端

中轴线

切割DNA 分子时产生的两种不同末端

（箭头表示酶的切割位置）

1 ?根据上图分析这两种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列和切割的位点分别是什 么？ 2?限制性核酸内切酶和解旋酶有什么区别？

下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是（ ）。

A —种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B. 限制性核酸内切酶的活性易受温度影响 C. 限制性核酸内切酶能识别和切割 RNA D. 限制性核酸内切酶可从原核生物中提取

10师点津…

1. 获取目的基因和切割目的基因使用同一种限制酶。

2. 限制酶的切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测。

3. 识别的序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可 以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链 DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。如:

GC GC

以中心线为轴，两侧碱基互补对称;

CG CG

、DNA 连接酶一一“分子针线”

DNA 连接酶的作用是什么？它与 DNA 聚合酶的区别是什么?

◎淫移?與芹

（多选）利用DNA 连接酶可连接下列哪两个黏性末端？（

I'-

A —A —

① ②

(2) DNA 连接酶与限制性核酸内切酶的关系。

项目 种疔\

作用底物

作用部位 作用结果

DNA 连

接酶 DMA 分子片段

磷酸二酯键

形成重组DMA 分子

限制性核 酸内切酶

DXA 分子 喽酸二蕭縫

形咸黏性末端或平 末端

DNA 聚

合酶

脱氧核昔酸 磷酸二酯键 形成新的DNA 分子

A.①②

B.③④

（?师点津

（1）几种酶的比较。

CCAGGA

以两侧碱基互补对称。

GGTCC T

)

-A-T-A-T-C TT

-A-A-T-T-C-rr

④

C.①④

D.②③

I I I I 1 I —XUSS -1-I I I I T

GAATTC 酸内切酶?G丄AATTC

CTTAAG 、DNA连接酶C TTAA G

I I I 1 1 1 1 ] I 「I_

三、载体一一“运输工具”

?活动与探究■

1?作为载体必须具备哪些条件？

2?画图说明目的基因与载体结合的过程。

下列有关质粒的描述，错误的是( )。

A.质粒中含有四种核糖核苷酸

B.质粒呈环状

C.质粒上含有一些抗生素的抗性基因

D.质粒可以自我复制

{?师点律???

(1)载体具备的条件。

①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。

②具标记基因，能对重组DNA是否进入受体细胞进行鉴定。

③能自我复制，通过复制进行基因扩增。

④具有多个酶切位点，供外源基因插入其中，而且每种酶切位点最好只有一个，避免酶切后环状DNA打开，丢失某些片段。

(2)最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外,

并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

(3)其他载体：入噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

答案：

问题导学

活动与探究一：

1.答案：Eco R I识别的序列为GAATTC切割的位点在G与A之间。

Smat识别的序列为CCCGGG切割的位点在C与G之间。

2.答案：限制性核酸内切酶主要作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，而解旋酶主要

作用于碱基对之间的氢键 (如图所示)o a处为限制性核酸内切酶作用位点，b处则为解旋酶

作用位点。

迁移与应用：

C解析：解答本题的关键，一是牢记限制性核酸内切酶的概念；二是认识DNA与RNA 在结构上的根本区别。

限制性核酸内切酶来源于原核生物；限制性核酸内切酶能识别双链DNA分子中某种特定的核苷酸序列，并将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；限制性核酸

内切酶是一种蛋白质，其活性易受温度、pH等外界条件的影响。

活动与探究二：

答案：(1) DNA连接酶将限制酶切割所产生的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。它与限制酶作用的位点相同。

(2) DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来，而DNA聚合酶是将许多单个的脱氧核苷

酸连接成脱氧核苷酸长链。

迁移与应用：

CD解析：能把DNA这把“梯子”扶手断口处连接起来的酶是DNA连接酶。

DNA连接酶可连接用同一种限制性核酸内切酶处理得到的黏性末端或平口末端，用同一种限制性核酸内切酶处理得到的黏性末端其单链部分碱基可互补配对。

活动与探究三：

1.答案：（1）载体的作用：作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中去，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

（2）载体必须具备以下条件：①具有自我复制能力以便在宿主细胞中稳定保存并大量

复制；②具有一个至多个限制酶切割位点，供外源的

标记基因，如四环素抗性基因、择。

DNA片段（基因。插入其中；③具有特殊

氨苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组DNA的鉴定和选载休（质

粒）

含廿的基因的DNA分子

一个切口，两

个黏性末端

两个切口’ 获

得冃的基因

重组质粒（重纽DN為分

子）

2.答案：

迁移与应用：

A解析：牢记质粒的本质与结构。质粒是一

种具有自我复制能力的双链环状环素基因、抗氨

苄青霉素基因，用于对重组

鸭?检

测：：：：：：：：：：：

：：：：：：

1.如下图，两个核酸片段在适宜条件下, 是

（

DNA分子。质粒上有一些特殊的基因,

DNA进行鉴定和选择。

经X酶的催化作用，发生下述变化，则

……A—C—G

I I ||

... T—G—C—T—T—A—A 样

酶

... A—C—G—A—A—T—T—C—G—T ..........

9 I I I I I 11 I I I

ID I il I I I | 9 I

叮―召—一丁一T一A—A-G—C—A- ..........

A. DNA连接酶B . RNA聚合酶 C. DNA聚合酶D .限制性核酸内切酶

2.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（

①从基因组文库中获取目的基因

过DNA合成仪利用化学方法人工合成

A.

3.

A.

C.

4.

A—A—T—T—C—G—T ........

I i |

I in |

G—C—A*-*1

如抗四

②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通

A.

①②③④ B .①②③ C.②③④

下列有关基因工程的叙述，正确的是（基因

工程是细胞水平上的生物工程基因工程产生

的变异属于人工诱变

D .②③

。。

B.基因工程的产物对人类都是有益的

D.基因工程育种的优点之一是目的性强

下图所示的四个DNA分子中，彼此间具有黏性末端的一组是（

①② B.②③

③

C.③④

④

D.②④

5.（多选）下列关于限制性核酸内切酶的说法，错误的是（）。

A.限制性核酸内切酶被称为“分子手术刀”

B.限制性核酸内切酶跟其他的酶一样，具有专一性

C.一种限制性核酸内切酶可切割多种DNA分子片段

D.限制性核酸内切酶能在特定部位的两个核苷酸碱基之间切断氢键

答案：

1.A 解析：DNA连接酶的作用是将两个用同一种限制性核酸内切酶切割得到的黏性末端连接起来。

2.D解析：PCR利用的是DNA 双链复制原理，即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA作为聚合反应的模板。反转录法是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA再合成双链DNA①④则不需要模板。

3.D解析：基因工程是分子（DNA水平上的生物工程，该过程引起的变异属于基因重组，有较强的目的性。

4.D解析：黏性末端是指双链DNA分子被限制性核酸内切酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链，其游离的碱基之间可以互补配对。

5.CD解析：一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并将每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

倒命收获：：：：：：：：：：：：：：：：：