第2课时 基因工程及其应用
1.基因工程的基本原理。(重、难点) 2.基因工程的应用。(难点)
一、阅读教材P90第三段～P92完成基因工程的原理
1．概念：基因工程，又叫做DNA重组技术，是把在一个生物体内分离得到或人工合成的目的基因导入另一个生物的细胞，定向地使后者获得新的遗传性状或表达所需产物的技术。
2.基因工程最基本的工具：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体等。
3.基因工程操作的基本步骤：提取目的基因、选择基因工程的运载体、目的基因与运载体结合、导入目的基因、检测与鉴定目的基因、目的基因表达。
二、阅读教材P92完成基因工程的应用
(1)生产特殊蛋白质，如胰岛素、乙肝疫苗等。 (2)动植物的遗传改良，如转基因抗虫棉。 (3)人类基因治疗。
判一判
(1)基因工程的原理是基因突变。(×) (2)基因工程能够定向的改变生物的性状。(√)
(3)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。(×) (4)基因工程中的运载体只有质粒。(×)
(5)只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达。(×) (6)转基因生物和转基因食品都是不安全的。(×) 填一填
结合下图，探究以下问题：
(1)①过程需要限制性核酸内切酶，②过程需要DNA连接酶。
(2)限制性核酸内切酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，形成2个黏性末端。
基因工程的操作工具
重组DNA技术是在DNA分子水平上设计和施工的，需要分子的“剪刀”和“针线”等工具。观察下图并回答下列问题，理解基因工程基本工具。
(1)图甲中大肠杆菌的一种叫做EcoRⅠ的限制性核酸内切酶，能够专一识别—GAATTC—的核苷酸序列，并在G和A之间将这段序列切开。
(2)从图甲到图乙变化过程得出：限制性核酸内切酶切割DNA分子后形成的黏性末端是可以通过碱基互补配对连接起来的，但是脱氧核糖和磷酸之间的缺口要靠DNA连接酶进行连接。
(3)目的基因导入过程需要运载体，常用质粒(如图)、噬菌体或动植物病毒等。
质粒是拟核或细胞核外环状的DNA分子，是基因工程最常用的运载体。上面通常含有的抗性基因可以作为标志基因用于目的基因是否导入受体细胞的检测依据。
基因工程的基本工具
(1)基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶) ①存在：主要存在于微生物中，种类有200多种。
②作用与特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割DNA分子，也就是说限制酶具有专一性和特异性。
③作用结果：一般产生黏性末端(碱基能互补配对)。
a．限制酶切割的是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，而不是碱基之间的氢键。 b．目的基因的两端都具有黏性末端。
c．限制酶切割目的基因不一定都产生黏性末端，也可能产生整齐的平口末端。 (2)基因的“针线”——DNA连接酶
①催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。 ②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 ③催化结果：形成重组DNA。 (3)基因的“运输工具”——运载体
①作用：作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中；利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
②需要具备的条件：能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具备多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因便于进行筛选。
③常见的种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒是一种相对分子质量较小、独立于染色体之外的环状DNA(一般有100～200 kb，kb为千碱基对)，存在于许多细菌和酵母菌等生物中。
突破1 基因工程中工具酶
1．结合如图判断，有关基因工程中工具酶的功能的叙述，正确的是( )
A．切断a处的酶简称内切酶，被称为基因的“剪刀” B．连接a处的酶为DNA聚合酶，被称为基因的“针线” C．RNA聚合酶可通过识别基因中的特定碱基序列与DNA分子结合 D．DNA连接酶的作用点是b处
解析：选C。切断a处的是被称为基因的“剪刀”的限制性核酸内切酶，应简称为限制酶而不是内切酶，A项错误；连接a处的被称为基因的“针线”的是DNA连接酶，不是DNA
聚合酶，B项错误；b处为碱基对内的氢键，切断b处的是解旋酶，但b处的连接是通过碱基互补配对实现的，DNA连接酶的作用点是a处而非b处，D项错误。
根据作用部位判断与DNA分子有关的酶
(1)断开氢键的酶：解旋酶。
(2)断开(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若结果生成若干DNA片段，可判定为限制酶；若生成其基本单位——核苷酸，可判定为DNA水解酶。
(3)生成(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若将两个DNA片段连接在一起，可判定为DNA连接酶；若作用于DNA复制的过程中，或将游离的脱氧核苷酸连接到DNA链上，可判定为DNA聚合酶。
突破2 基因工程运载体
2．下列有关基因工程中运载体的说法，正确的是( ) A．在进行基因工程的操作中，作为运载体的质粒都是天然质粒 B．所有的质粒都可以作为基因工程的运载体 C．质粒是一种独立于细菌拟核DNA外的链状DNA分子
D．作为运载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA分子进行鉴定和选择的标记基因 解析：选D。作为运载体的质粒，都是经过修饰的质粒；并不是所有质粒都能作为运载体，能作为运载体的质粒必须具备一定的条件；质粒是环状DNA分子。
运载体的4个认识误区
(1)基因工程的三种工具中有两种是工具酶，运载体实质是一种核酸，“工具”不同于“工具酶”。
(2)连接酶连接的是相同的黏性末端，所以让运载体运载目的基因时，必须要用提取目的基因的同一种限制酶切割运载体，以便获得相同的黏性末端。
(3)DNA连接酶连接时不仅会连接目的基因和运载体，也有可能把运载体的两个黏性末端又重新连接起来，甚至将目的基因首尾相接形成环状DNA分子。
(4)一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造。
基因工程的过程
阅读教材，完成下表基因工程的一般过程。
步骤 提取目的基因 操作说明 从生物细胞内直接分离或人工合成目的基因 使用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和运载体；用目的基因与运载体结合 DNA连接酶连接目的基因和运载体；目的基因和运载体形成重组DNA分子 导入目的基因 检测与鉴定目的基因 目的基因表达 借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法，将目的基因导入大肠杆菌、酵母菌和动植物细胞 在选择性培养基上筛选出含有重组DNA分子的受体细胞 检测目的基因在受体细胞中是否表达(产生蛋白质)
基因重组与基因工程的比较
基因重组 减数分裂时，非同源染色体上的非原理 不 同 点 等位基因的自由组合或同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换 重组方式 变异大小 同一物种的不同基因 小 生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义 基因工程 把一种生物的某种基因作为整体移接到另一种生物体的细胞内，属于基因重组 不同物种的不同基因 大 使人类有可能按照自己的意愿，直接定向改变生物的遗传性状，培育出新品种 意义 相同点 实现不同基因的重新组合，使生物产生变异
1．关于基因工程的叙述，正确的是( )
A．限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位相同，都是氢键 B．作为运载体的质粒DNA分子属于核基因
C．通过基因工程制备转基因植物，可以选叶肉细胞作为基因工程的受体细胞 D．人体胰岛素基因通过基因工程技术转入大肠杆菌以后，传递和表达不再遵循中心法则
解析：选C。限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，A错误。基
2019-2020学年高中生物 第四章 遗传的分子基础 第四节 基因突变和基因重组 第2课时 基因工
