第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生
课 标 解 读 1.联系遗传工程的含义，说出基因工程的主要内容。 2.结合“工具酶作用示意图”说出限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用。 3.结合“质粒分子结构示意图”明确质粒的本质及特性。 重 点 难 点 1. DNA重组技术所需3种基本工具的作用。(重点) 2. 基因工程载体需要具备的条件。(重难点)
遗传工程的概念 1.狭义的遗传工程指基因工程。 2．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。
基因工程的理论基础和技术保障 DNA 是遗传物质的发现 理论基础 DNA双螺旋结构的确立 中心法则的认定和遗传密码的破译 基因转移载体——质粒的发现 多种限制性核酸内切酶和连接酶以及逆转录酶(工具酶)的发现 技术保障 DNA合成和测序技术的发明 DNA体外重组的实现、重组DNA表达实验的成功 第一例转基因动物问世、PCR技术的发明 DNA重组技术的基本工具 1.基因的
——限制性核酸内切酶
(1)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。 (2)作用特点：专一性。
(3)作用结果：产生粘性末端，使DNA的重组成为可能。
1.左图中打开G与C化学键的酶c的名称是什么？工具a使哪种化
学键断裂？
【提示】 解旋酶；磷酸二酯键。
2．基因的——DNA连接酶
(1)发现：1967年。
(2)作用：将具有末端碱基互补配对的两个DNA分子片断连接在一起。 (3)过程如图所示：
3．基因工程的载体(如图)
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
(1)种类
①质粒：是一种小型的环状DNA分子。 ②λ噬菌体。 ③动植物病毒等。 (2)特点 ①能自我复制。
②具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点。 ③具有标记基因。 ④对受体细胞无害。 (3)作用结果
携带外源基因进入受体细胞。
2.
尝试写出图示中的酶a及X的名称？
【提示】 酶a是DNA连接酶，X是能合成胰岛素的细菌细胞。
1．一种限制性核酸内切酶可识别多种特定的核苷酸序列。(×) 【提示】 一种限制性核酸内切酶只识别一种核苷酸序列。
2．基因工程的载体与物质跨膜转运所需要的载体化学本质相同。(×) 【提示】 前者的化学本质是DNA，后者的化学本质是蛋白质。 3．不同限制性核酸内切酶切割DNA后形成的粘性末端可能相同。(√) 4．DNA连接酶可将任意两个DNA片断连接在一起。(×) 【提示】 可将两个粘性末端相同的DNA片断连接在一起。 5．质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定。(×) 【提示】
有利于导入目的基因的受体细胞的筛选。
对限制性核酸内切酶的认识 【问题导思】 ①限制性核酸内切酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？ ②限制性核酸内切酶作用于DNA的何种部位？ ③限制性核酸内切酶作用的产物叫什么？ 1．来源
多数来自微生物。 2．特点
具有专一性，表现在以下两个方面： (1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
(2)在特定位点切割特定的序列，特定序列表现为中心对称，如EcoR Ⅰ 限制性核酸内切酶的切割序列(如图所示)。
3．作用
切开DNA链中的磷酸二酯键(即连接相邻脱氧核苷酸的键)，而不是碱基间的氢键。
4．产物——粘性末端
粘性末端：是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的。(如图)
从图中可看出，经限制性核酸内切酶一次切割，可产生出两个粘性末端，而且两个末端反向并且可互补(图中箭头表示粘性末端方向)。
1．不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点不同，这与酶催化作用的专一性特点是一致的。
2．限制性核酸内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列，也就是在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。
3．限制性核酸内切酶切点数与切后DNA条数的关系 (1)线形DNA分子：切后DNA分子数＝切点数＋1。 (2)环状DNA分子：切后DNA分子数＝切点数。
下表为常用的限制性核酸内切酶及其识别序列和切割位点，由此推断的以下说
法中，正确的是( )
限制性核酸内切酶名称 识别序列和切割位点 GGATCC GAATTC GTYRAC ↓↓↓限制性核酸内切酶名称 识别序列和切割位点 GGTACC ↓↓BamH Ⅰ EcoR Ⅰ HindⅡ Kpn Ⅰ Sau3A Ⅰ Sma Ⅰ GATC ↓CCCGGG (注：Y＝C或T，R＝A或G) A．限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端 B．限制性核酸内切酶的切割位点一定在识别序列的内部 C．不同限制性核酸内切酶切割后一定形成不同的粘性末端
D．一种限制性核酸内切酶一定只能识别一种核苷酸序列
【审题导析】 限制性核酸内切酶是一类酶，含有多种酶，区分这些酶种类的依据是识别序列与切割位点，而不是粘性末端。
【精讲精析】 由表中信息可知，Hind Ⅱ能识别不同的核苷酸序列；核苷酸序列经限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端，可形成平末端，如Sma Ⅰ切割DNA形成的末端；Sau3A Ⅰ的切割位点在识别序列的外部；不同限制性核酸内切酶切割后可能形成相同的粘性末端，如BamH Ⅰ与Sau3A Ⅰ切割形成的末端。
【答案】 A
现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ
酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoR Ⅰ、Kpn Ⅰ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。下图中表示该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
【思维导图】 解答此题的思维流程如下：
EcoR Ⅰ酶
切的结果
?环状DNA?
分析Kpn Ⅰ确定酶
?
酶切的情况切位点
【精讲精析】 该题目要注意两种限制性核酸内切酶切割后切点数及位置特点。根据题干信息可知：该DNA分子被EcoR Ⅰ酶切之后还是一个DNA分子且长度不变，说明该DNA是环状DNA，其中有一个EcoR Ⅰ酶的切点；单独用Kpn Ⅰ酶切割该DNA形成两个DNA分子，说明该DNA中有两个Kpn Ⅰ酶的切点，故答案为D。另外，该题也可用验证法来解：将A、B、C、D四项一一代入验证，看哪个选项符合题意。
【答案】 D
对DNA连接酶的认识 【问题导思】
高中生物第一章基因工程第1节工具酶的发现和基因工程的诞生教案
