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*,第,1,课时基因工程的发展历程和工具,第一章 基因工程,1,学习目标,1.,说出基因工程诞生的理论与实践依据、发展阶段和基因工程的含义及主要实验成果。,2.,举例说出限制性核酸内切酶的作用、特点。,3.,举例说出,DNA,连接酶的作用。,4.,简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。,2,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,3,基础知识导学,一、基因工程的发展历程,1.,基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。阅读教材，填写下表：,答案,年份,科学家,主要成就,1953,沃森和克里克,建立了,模型,1957,科恩伯格及其合作者,在大肠杆菌中发现了,DNA,分子双螺旋结构,DNA,聚合酶,4,答案,1958,梅塞尔森和斯塔尔,发现了,的机理,克里克,提出了描述遗传信息流向的,_,1961,1966,尼伦伯格和霍拉纳等,成功破译全部,64,种,_,1967,罗思和赫林斯基,发现具有自我复制能力的,_,其他科学家,在大肠杆菌细胞中发现了,_,1970,特明和巴尔的摩,各自在,RNA,病毒中发现了,_,史密斯等,分离到第一种特异性很强的,_,_,1977,桑格,测定噬菌体,X174,的,序列,DNA,半保留复制,中心法则,遗传密码,质粒,DNA,连接酶,逆转录酶,限制性核酸,内切酶,基因组,5,2.,我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用,“,分子工具,”,构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的,DNA,分子进行,“,剪切,”,和,“,拼接,”,，然后导入棉花体细胞内，并使重组,DNA,在细胞中表达,(,如图,),。,6,答案,由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。,操作对象,_,操作环境,生物体外,操作水平,水平,技术手段,和,等技术,目的,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品,基因,(DNA),DNA,分子,DNA,重组,转基因,7,3.,分析,DNA,的平面结构，回答问题：,答案,(1),配对的碱基之间是如何连接的？,什么条件会使该类化学键发生断裂？,答案,碱基配对时，,A,与,T,之间形成,两个氢键，,G,与,C,之间形成三个氢键。可用解旋酶断裂，也可高温断裂。,(2),磷酸与脱氧核糖是如何连接的？该化学键的名称是什么？,答案,每个脱氧核糖上连接着,2,个磷酸，分别在,3,号、,5,号碳原子上。磷酸与脱氧核糖之间的化学键为磷酸二酯键。,8,二、基因工程的工具酶,1.,“,分子手术刀,”,限制性核酸内切酶,(,限制酶,),(1),限制酶主要来源于什么生物？大约有多少种？,答案,主要是从近,300,种微生物中分离纯化出来的。迄今从微生物中分离出了约,4 000,种限制酶。,(2),限制酶的功能特点是什么？其作用部位是什么化学键？,答案,特异性很高，能够识别,DNA,分子上特定的脱氧核苷酸序列，其作用部位是每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,答案,9,(3),限制酶所识别的序列有何特点？,答案,大多数限制酶的识别序列由,6,个核苷酸组成，也有一些限制酶的识别序列由,4,、,5,或,8,个核苷酸组成。识别序列中一般具有回文序列。,(4),按照限制酶切割方式的不同，可分为,和,两种。前者切割后两个末端均会留下,末端，后者则形成,末端。如图所示：,答案,错位切,平切,黏性,平口,10,2.,“,分子针线,”,DNA,连接酶,(1)DNA,连接酶的作用是什么？,答案,将双链,DNA,片段之间的磷酸二酯键连接起来。,(2),试比较解旋酶、限制酶、,DNA,连接酶和,DNA,聚合酶作用的异同。,答案,解旋酶使,DNA,的氢键断开；限制酶使,DNA,的磷酸二酯键断开形成黏性末端或平口末端；,DNA,连接酶使,DNA,片段,之间重新形成磷酸二酯键；,DNA,聚合酶则催化,单个的脱氧核苷酸间形成磷酸二酯键聚合成,DNA,的一条链。如图所示：限制酶、,DNA,连接酶和,DNA,聚合酶作用于,a(,磷酸二酯键,),，解旋酶作用于,b(,氢键,),。,答案,11,三、,“,分子搬运工,”,载体,1.,常用的载体有哪些？最常用的载体是什么？,答案,质粒、,噬菌体的衍生物、动植物病毒等。其中最常用的载体是质粒。,2.,什么是质粒？质粒属于细胞器吗？,答案,质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核,DNA,之外，并具有自我复制能力的环状,DNA,分子。质粒不属于细胞器，原核细胞只有核糖体一种细胞器。,答案,12,3.,结合课本内容及图示质粒结构，分析质粒作为载体应具备哪些条件？,答案,答案,(1),含有复制原点且能保证在受体细胞中进行独立复制的复制区；,(3),具有目的基因插入位点。,(2),独特的标记基因；,13,4.,质粒上存在的标记基因有何用途？,答案,重组质粒上携带的标记基因进入受体细胞后，可通过标记基因进行鉴定和选择。如被含抗生素抗性基因的重组质粒侵入的大肠杆菌，可产生对抗生素的抗性，能够在含有抗生素的培养基上产生菌落，而没有侵入该质粒的大肠杆菌不能存活。,答案,返回,14,重点难点探究,一、,DNA,分子的,“,剪切,”,和,“,拼接,”,如图为,DNA,分子的切割和连接过程，据图回答下列问题。,答案,(1),Eco,R,是一种,_,酶，,其识别序列是,_,，切割位点,是,_,与,_,之间的,_,键。切割结果产生的,DNA,末端片段形式为,_,。,限制性核酸内切,GAATTC,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,黏性末端,15,E,coli,DNA,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,T,4,DNA,连接酶,(2),不同来源的,DNA,片段结合，在这里需要的酶是,_,连接酶，此酶的作用是在,_,和,_,之间形成,_,键而起缝合作用的。还有一种连接平口末端的连接酶是,_,。,解析,限制酶能识别特定的脱氧核苷酸序列,(,碱基序列,),，并使两个特定核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，,DNA,连接酶的作用是将不同来源的,DNA,片段连接起来。,解析答案,16,二、,“,分子搬运工,”,载体,在基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶,的识别序列和切点是,G,GATCC,，限制酶,的识别序列和切点是,GATC,。,(1),上述质粒用限制酶,_,切割，目的基因,用限制酶,_,切割。,(2),将切下的目的基因片段插入质,粒的切口处，还要加入适量的,_,。,答案,DNA,连接酶,17,(3),请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：,_,。,(4),不同生物的基因可以拼接的结构基础是,_,。,(5),酶切产物用,DNA,连接酶连接后，其中由两,个,DNA,片段之间连接形成的产物有,_,、,_,、,_,三种。,检测重组质粒,(,或目的基因,),是否导入受体细胞,DNA,结构基本相同,(,其他合理答案亦可,),目的基因,载体连接物,载体,载体连接物,目的基因,目的基因连接物,返回,答案,18,1.,下图表示一项重要的生物技术，对图中物质,a,、,b,、,c,、,d,的描述，正确的是,(,),随堂达标检测,1,2,3,4,5,解析答案,A.,通常情况下，,a,与,d,需要用同一种限制酶进行切割,B.b,能识别特定的核苷酸序列，并将,A,与,T,之间的氢键切开,C.c,连接双链间的,A,和,T,，使黏性末端处碱基互补配对,D.b,代表的是限制性核酸内切酶，,c,代表的是,RNA,聚合酶,19,解析,b,是限制性核酸内切酶，能识别特定的脱氧核苷酸序列并使,DNA,分子的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，而不是使氢键断开；,c,是,DNA,连接酶，能连接两个,DNA,片段。,答案,A,1,2,3,4,5,20,2.,关于限制酶识别序列和切开部位的特点，叙述错误的是,(,),A.,所识别的序列都可以找到一条中轴线,B.,中轴线两侧的双链,DNA,上的碱基是反向对称重复排列的,C.,只识别和切割特定的脱氧核苷酸序列,D.,在任何部位都能将,DNA,切开,解析,一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割,DNA,分子。,解析答案,1,2,3,4,5,D,21,3.,质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它,(,),A.,含蛋白质，从而能完成生命活动,B.,能够自我复制，且能保持连续性,C.,含,RNA,，能够指导蛋白质的合成,D.,具有环状结构，能够携带目的基因,解析,质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中，是一种很小的环状,DNA,分子，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞,DNA,的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。,B,解析答案,1,2,3,4,5,22,1,2,3,4,5,解析答案,C,4.,下列关于,DNA,连接酶的叙述，不正确的是,(,),A.,可催化相同黏性末端的,DNA,片段之间的连接,B.,可催化相同平口末端的,DNA,片段之间的连接,C.,可催化两个黏性末端互补碱基氢键的形成,D.,可催化,DNA,分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间磷酸二酯键的形成,解析,氢键是分子间作用力，其断裂和形成与,DNA,连接酶无关。,23,5.,下列哪项不是基因工程中经常使用的载体,(,),A.,细菌质粒,B.,噬菌体的衍生物,C.,动植物病毒,D.,细菌拟核区的,DNA,解析,细菌拟核区的,DNA,分子不具备载体的基本条件，不能用作基因工程的载体。,返回,1,2,3,4,5,解析答案,D,24,
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