第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
知识内容 要求 考情解读 1.说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。 2.说出限制性核酸内切酶的含义及作用特点。 工具酶的发现和3.说出DNA连接酶的作用。 a 基因工程的诞生 4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。 5.解释限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒对基因工程诞生的作用。 一、基因工程的概念和理论基础
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(细胞核、染色体脱氧核基因工程的概述 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 基因工程的核心 构建重组DNA分子 基因工程的诞生时间 20世纪70年代 基因工程诞生①DNA是生物遗传物质的发现；②DNA双螺旋结构的理论基础 的确立；③遗传信息传递方式的认定 诞生条件 基因工程诞生限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现的技术保障 与应用
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探究1——理性思维
六个方面理解基因工程的含义
基因工程的核心 原理 优点 操作环境 操作水平 本质 结果
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。
构建重组DNA分子 基因重组 克服远缘杂交不亲和的障碍；定向改造生物的遗传性状(因此所产生的变异为定向变异) 体外(培养液)构建重组DNA分子 分子水平 外源基因导入受体细胞，实现受体细胞对该基因的表达，基因本质未变，合成蛋白质未变，只是蛋白质合成场所的转移 获得人类需要的基因产物或生物类型 2
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。
二、基因工程的操作工具
1．限制性核酸内切酶
(1)来源：从原核生物中分离出来。
(2)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。 (3)结果：把双链DNA分子切割成许多不同的片段。 2．DNA连接酶
(1)作用：具有缝合DNA片段的作用，将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起。 (2)结果：形成重组DNA分子，将外源基因和载体DNA连接在一起。 思考 DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用和作用部位是否相同？
答案 DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用正好相反，前者是“缝合”，后者是“切割”；但二者作用部位相同，都作用于特定部位的磷酸二酯键。 3．质粒——最常用的载体
(1)本质：具有自主复制能力的很小的双链环状DNA分子。 (2)存在形式：独立于细菌拟核DNA之外。 (3)质粒作为载体所具备的条件 ①能自主复制。
②具有抗生素抗性基因，例如四环素的抗性基因。 (4)作用：作为基因工程的载体。
4．第一个人工DNA重组产物是：猿猴病毒DNA与噬菌体DNA连接物。
5．基因工程诞生的标志——基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验是：某些接受了
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重组DNA分子的大肠杆菌同时具有抗四环素和抗卡那霉素的性状。
探究——图示解读
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
据图回答相关问题：
(1)把如图1所示DNA分子切割成2个片段的酶称为限制性核酸内切酶。该限制性核酸内切酶的切点在G、A之间，形成2个粘性末端，其特点是碱基序列完全相同。
(2)此限制性核酸内切酶识别特点是只能识别某一特定的核苷酸序列，如图1中的识别序列为GAATTC。
(3)如果G碱基发生基因突变，可能发生的情况是限制性核酸内切酶不能识别切割位点。 (4)如图2所示，限制性核酸内切酶断裂的化学键是磷酸二酯键。所以，断裂的位置为2处。
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2．DNA连接酶——“分子缝合针”
观察上图回答相关问题：
(1)如图所示，DNA连接酶连接的2个DNA片段具有末端碱基互补的特点，形成重组DNA分子。
(2)作用实质：恢复被限制性核酸内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 (3)观察下图所示过程，回答相关问题：
①是限制性核酸内切酶，②是DNA连接酶，二者的作用部位都是磷酸二酯键。 3．分析质粒载体结构模式图，回答下列问题：
(1)质粒上抗生素抗性基因有什么作用？
答案 作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(2)作为基因进入受体细胞的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？
答案 载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响受体细胞的生命活动，甚至会破坏受体的生命活动。
例3 (2017·杭州七校联考)用两种限制性核酸内切酶Xba Ⅰ和Sac Ⅰ(两种酶切出的粘性末端不同)切割某DNA，获得含目的基因的片段(注：图中箭头所指的位置是限制性核酸内切酶识别和切割的位点)。若利用该片段形成重组DNA，应选用下图中( )
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人教版2020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
