基因工程的工具- ---酶与载体
生物高中选修：基因工程部分提纲
专题1 基因工程基因工程，也称作DNA重组技术或DNA拼接技术或转基因技术。
是在体外对不同生物的DNA分子进行拼接,获得重组DNA，从而定向改变生物性状的技术。
基因工程的原理：基因重组一、基因工程的基本工具基因工程的基本工具包括限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体1.限制性核酸内切酶（也叫作限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离、提纯得到。
（2）特点：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使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，因此限制酶具有专一性。
例如：EcolR I识别的序列是GAATTC，切割位点在GA碱基之间。
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
其中在中轴线两侧进行切割形成的是黏性末端，沿中轴线切割形成的是平末端。
2. DNA连接酶，包括E·coliDNA连接酶（从大肠杆菌内提取得到）和T4-DNA连接酶（从T4-噬菌体中提取得到）两种DNA连接酶作用：能将DNA片段连接起来，并形成磷酸二酯键。
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：缝合的都是磷酸二酯键。
②区别：E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶不仅能连接黏性末端也能连接平末端。
(2)DNA连接酶与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段的末端DNA连接酶是将两个DNA片段连接。
3.载体载体的功能是将目的基因运到受体细胞内。
（1）作为载体具备的条件：①能自我复制②具有一个至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的选择和鉴定（筛选出含有目的基因的受体细胞）。
④对受体细胞无害；（2）最常用的载体是质粒,存在于细菌拟核之外，具有自我复制能力的裸露的小型环状DN A分子。
（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒二、基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取；第二步：基因表达载体的构建第三步：将目的基因导入受体细胞；第四步：目的基因的检测与鉴定第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：人们所需要的，能控制蛋白质的基因。
新教材高中生物第3章基因工程 基因工程的基本工具与聚合酶链式反应PCR技术教师用书苏教版选择性必修3
第一节基因工程及其技术第1课时基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术课标内容要求核心素养对接1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。
2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。
生命观念：掌握基因工程的基本工具的种类及作用,并能说出它们在基因工程中的应用。
科学思维：掌握PCR技术的过程与原理,并能正确比较PCR技术与体内DNA复制的异同。
社会责任：通过了解基因工程的发展历程,认同新技术的发展是一代又一代科学家前赴后继努力的结果,并会给人类发展带来巨大的经济效益和社会效益。
一、基因工程是在多学科基础上发展而来的1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。
↓1967年：罗思和海林斯基等发现运转工具质粒,同年,科学家发现DNA连接酶。
↓1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。
史密斯等人分离到限制性内切核酸酶。
↓1972年科学家伯格领导的研究小组完成了世界上首次DNA分子体外重组。
↓1973年科学家科恩领导的研究小组利用大肠杆菌质粒进行了另一个体外重组DNA分子实验。
↓接着,科恩和美国博耶证明真核生物的基因可以在原核生物中进行表达。
↓1976年,科学家用质粒为载体,将生长激素释放抑制因子基因转入大肠杆菌,1977年首次生产出治疗肢端肥大症、巨人症的生长激素释放抑制因子。
↓1977年桑格测定了一种噬菌体的基因组序列,这是人类首次对完整基因组的核苷酸顺序进行测定。
二、基因工程的基本工具1．基因工程(1)概念：又称为DNA重组技术,是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,将外源目的基因与载体DNA进行组合形成重组DNA,然后导入受体细胞,并使其在受体细胞中表达,产生人类需要的基因产物的技术。
(2)原理：基因重组。
(3)操作水平：基因(分子)水平。
2．“分子剪刀”——限制性内切核酸酶(限制酶)(1)作用：识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列,并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
基因工程基因工程工具酶
基因工程工具酶引言基因工程是一门利用重组DNA技术来改变生物体遗传性状的学科。
在基因工程的过程中，基因工程工具酶发挥着关键的作用。
本文将介绍几种常用的基因工程工具酶，包括限制性内切酶、连接酶和修饰酶。
一、限制性内切酶1.1 定义限制性内切酶（Restriction Enzyme）是一类具有特异性切割DNA双链的酶。
它可以识别并切割DNA的特定序列，通常这个序列是对称的，在切割后会产生特定的片段。
1.2 工作原理限制性内切酶能够通过识别和结合DNA的特定序列来进行切割。
它们通常识别的序列是4到8个碱基对长，具有一定的对称性。
一旦内切酶与特定序列结合，它会切断DNA的链，在特定的位置形成断裂，从而将DNA切割成特定的片段。
1.3 应用限制性内切酶在基因工程中有着广泛的应用。
它们可以用于构建基因工程载体、进行DNA片段的精确克隆等。
通过选择适当的限制性内切酶，可以对DNA进行特定的切割和连接，从而实现对目标基因的定向操作。
二、连接酶2.1 定义连接酶（Ligase）是一种酶类，能够将两条DNA片段连接起来。
在基因工程中，连接酶通常被用于连接目标基因和载体。
2.2 工作原理连接酶通过催化两条DNA片段之间的磷酸二酯键的形成来连接DNA。
它可以将两条具有互补末端的DNA片段连接在一起，形成一个新的DNA分子。
2.3 应用连接酶在基因工程中的应用非常广泛。
它们可以用于构建重组DNA分子、进行目标基因的插入等。
通过连接酶的作用，可以将多个DNA片段连接起来，构建出符合需要的重组DNA分子。
三、修饰酶3.1 定义修饰酶是指能够修饰DNA分子的酶类。
在基因工程中，修饰酶通常被用于添加或去除特定的DNA序列。
3.2 工作原理修饰酶可以通过催化酸解或碱解反应来改变DNA分子的结构。
它们可以添加或去除DNA上的甲基基团、酶解酶切位点等。
3.3 应用修饰酶在基因工程中起着重要的作用。
它们可以用于DNA甲基化的分析、目标基因的修饰等。
基因工程名词解释
基因工程是要按人们的意愿去有目的地改造，创建生物遗传性，因此最基本的工程就是得到目的基因或核酸序列的克隆。
分离或改建的基因和核酸序列不能自身繁殖，需要载体携带它们到合适的细胞中复制和表现功能。
基因工程（ genetic engineering ）：狭义上讲，基因工程是指将一种或多种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。
又称DNA重组技术（DNA recombination）广义上讲，基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。
上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
供体、受体、载体构成了基因工程的三要素基因工程的工具酶（instrumental enzyme of gene engineering）是应用于基因工程各种酶的总称，包括核酸序列分析、标记探针制备、载体构建、目的基因制取、重组体DNA制备等所需要的酶类。
R-M系统是细菌安内御外的积极措施。
细菌R-M系统的限制酶可以降解DNA，为避免自身DNA的降解，细菌可以修饰（甲基化酶）自身DNA，未被修饰的外来DNA则会被降解。
限制性核酸内切酶（限制酶）：在细胞内能够识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列，并对DNA分子进行切割的一种酶。
同裂酶：来源不同的限制酶识别相同的核苷酸靶序列。
产生同样的切割，形成同样的末端。
同尾酶：来源不同，识别的核苷酸靶序列也不相同，但切割后DNA分子产生的粘性末端EcoRⅠ在正常情况下识别GAATTC序列发生切割，但如果缓冲液中甘油浓度超过5%，其识别位点发生松动，可在AATT处发生切割，EcoRⅠ这种特殊的识别能力叫做星活性，用EcoR Ⅰ*表示。
星活性可造成位点切割机率不等，降解不完全。
甲基化酶也称修饰酶(modification enzyme)，用来修饰限制酶的识别序列，在该序列位点的胞嘧啶（C）5-氨基上加一个甲基，使得该序列可以被限制性内切酶识别而免于切割。
2024届高考一轮复习生物课件(人教版)：基因工程的基本工具和基本操作程序
4.目的基因的检测与鉴定
拓展 提升科学思维
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各 种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在 该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题： (1)什么是引物？ 提示 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 (2)PCR技术为什么需要引物？ 提示 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。
拓展 提升科学思维
构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA
片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
，限制性内切
核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是
，根据图示分析回答下列问题：
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形 成黏性末端的过程。
提示 限制性内切核酸酶Ⅰ： 限制性内切核酸酶Ⅱ：
本质
DNA
DNA
mRNA
mRNA
位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端
RNA聚合酶识 别和结合的部 功能 位，驱动基因 转录出mRNA
翻译的起始 使转录在所需要
信号(编码氨 的地方停下来
基酸)
翻译的结束信 号(不编码氨 基酸)
3.将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法 农杆菌转化法、花__粉__管__通__道__法__ 显微注射法 Ca2＋ 处理法
(6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？ 第n轮循环需要消耗多少个引物数？ 提示 经过n轮循环需要消耗引物数为(2n＋1－2)个，第n轮循环需要消耗 的引物数为2n个。
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点·基因工程基因工程三种工具原理及基因工程的四个步骤一、基因工程需要三个工具：1、剪刀：限制酶。
2、针线：DNA连接酶。
3、运输：运载体。
二、基因工程四个步骤：1、目的基因的获取。
2、基因表达载体的构建目的基因与运载体结合。
3、将目的基因导入受体细胞。
4、目的基因的检测与表达。
基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术。
是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
基因工程，又称基因操作，DNA重组技术，基因克隆，分子克隆等。
克隆就是来自同一祖先的相同副本或拷贝的集合，而获得同一拷贝的过程则称为克隆化，也就是无性繁殖。
蛋白质工程是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。
1983年，美国生物学家厄尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念，随即被广泛接受和采用。
蛋白质工程是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的蛋白质。
人们利用分子遗传学的知识和对蛋白质结构的了解，在实验室条件下，设计出全新的优良蛋白质。
利用基因工程生产的胰岛素就是蛋白质工程的第一个成功范例。
由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有许多同基因工程技术相似的地方，因此人们也把蛋白质工程称为第二代基因工程。
蛋白质工程与基因工程的区别蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。
2.2 基因工程所需的基本条件
常用抗菌素的抗性工作原理
i）氨苄青霉素（ampicillin，Amp）
青霉素的衍生物。 a）抑菌原理 通过干扰细菌细胞壁合成的末端反应， 杀死生长的细菌。 b）细菌抗性原理 Ampr基因编码-内酰胺酶，特异地切割氨 苄青霉素的-内酰胺环。
ii）氯霉素（chloromycetin，Cml）
a）抑菌原理
DNA连接酶类型：
（1）大肠杆菌连接酶
只能连接粘性末端
（2）T4噬菌体连接酶
不但能连接粘性末端；还能连接平末端
DNA连接的反应体系：
酶切纯化后的DNA片断 连接缓冲液 DNA连接酶
连接温度： 4~16C
（三）其他工具酶 工具酶 功 能
DNA聚合酶 DNA的合成，PCR 反转录酶 合成cDNA
2. 质粒的一般生物学特性 （1）分子小 （2）编码基因少 2—3个中等大小的蛋白质。 如抗生素抗性等，赋予细菌一些额外的特性（非 必须）。 （3）环形状 1—200 kb
双链环状DNA。
（4） 质粒的空间构型
① 共价闭合环状DNA (SC DNA)
呈超螺旋（SC）（super coil）
② 开环DNA（ open circular， OC DNA）
指载体上人工合成的含有紧密排列的多种限制性 核酸内切酶的酶切位点的DNA片段。
（4）具有较小的分子量和较高的拷贝数
（5）插入外源基因的重组质粒较易导入宿主细胞并 复制和表达。
5. 质粒的选择标记
① 抗生素抗性标记 绝大多数质粒载体都是用抗生素抗性标记：
氨苄青霉素抗性（Ampr） 卡那霉素抗性 （Kanr） 四环素抗性 （Tetr） 链霉素抗性 （Strr） 氯霉素抗性 （Cmlr） ② 遗传标记 使受体菌发生遗传性状的改变的基因。 如LacZ’基因互补显色（α -互补）
基因工程复习(含答案)
基因工程复习题一、名词解释: （10～20%）基因工程基因工程工具酶限制性内切酶限制性内切酶得Star活性PCR引物PCR扩增平台期DNA芯片基因组文库cDNA文库转化限制与修饰系统原位杂交: 将细胞或组织得核酸固定保持在原来得位置上, 然后用探针与之杂交得一种核酸分子杂交技术, 该方法可较好地反映目得基因在细胞或组织中得分布与表达变化。
粘性末端: 双链DNA被限制性内切酶切割后, 形成得两条链错开几个碱基, 而不就是平齐得末端。
Northern印迹杂交: 将RNA进行变性电泳后, 再转移到固相支持物上与探针杂交得一种核酸分子杂交技术, 可用于检测目得基因得转录水平。
转位: 一个或一组基因片段从基因组得一个位置转移到另一个位置得现象。
基因工程: 在体外, 用酶学方法将各种来源得DNA与载体DNA连接成为重组DNA, 继而通过转化与筛选得到含有目得基因得宿主细胞, 最后进行扩增得到大量相同重组DNA分子得过程称为基因工程, 又称基因克隆、DNA克隆与重组DNA等。
目得基因：基因工程中, 那些被感兴趣得、被选作研究对象得基因就叫作目得基因。
连接器: 人工合成得一段含有某些酶切位点寡核苷酸片段, 连接到目得基因得两端, 便于基因重组中得切割与连接。
转化: 受体细胞被导入外源DNA并使其生物性状发生改变得过程。
停滞效应: PCR中后期, 随着目得DNA扩展产物逐渐积累, 酶得催化反应趋于饱与, DNA扩增产物得增加减慢, 进入相对稳定状态, 即为停滞效应, 又称平台期。
逆转录PCR: 以mRNA为原始模板进行得PCR反应。
PCR: 即聚合酶链式反应。
在模板, 引物, 4种dNTP与耐热DNA聚合酶存在得条件下, 特异性地扩增位于两段已知序列之间得DNA区段地酶促合成反应。
α-互补（α-complementation）：指在M13噬菌体DNA或PUC质粒序列中, 插入了lac 启动子-操纵子基因序列以及编码β-半乳糖苷酶N-端145个氨基酸得核苷酸序列（又称α-肽）, 该序列不能产生有活性得β-半乳糖苷酶。
基因工程原理练习题及答案
基因工程原理练习题及其答案一、填空题1．基因工程是_________年代发展起来的遗传学的一个分支学科。
2．基因工程的两个基本特点是：(1)____________，(2)___________。
3．基因克隆中三个基本要点是：___________；_________和__________。
4．通过比较用不同组合的限制性内切核酸酶处理某一特定基因区域所得到的不同大小的片段，可以构建显示该区域各限制性内切核酸酶切点相互位置的___________。
5．限制性内切核酸酶是按属名和种名相结合的原则命名的，第一个大写字母取自_______，第二、三两个字母取自_________，第四个字母则用___________表示。
6．部分酶切可采取的措施有：(1)____________(2)___________ (3)___________等。
7．第一个分离的限制性内切核酸酶是___________；而第一个用于构建重组体的限制性内切核酸酶是_____________。
8．限制性内切核酸酶BsuRI和HaeⅢ的来源不同，但识别的序列都是_________，它们属于_____________。
9．DNA聚合酶I的Klenow大片段是用_____________切割DNA聚合酶I得到的分子量为76kDa的大片段，具有两种酶活性：(1)____________；(2)________________的活性。
10．为了防止DNA的自身环化，可用_____________去双链DNA__________________。
11．EDTA是____________离子螯合剂。
12．测序酶是修饰了的T7 DNA聚合酶，它只有_____________酶的活性，而没有_______酶的活性。
13．切口移位(nick translation)法标记DNA的基本原理在于利用_________的_______和______的作用。
14．欲将某一具有突出单链末端的双链DNA分子转变成平末端的双链形式，通常可采用_________或_______________。
基因工程的原材料
基因工程的原材料基因工程是一种利用生物技术将DNA片段在体外进行剪切、拼接、重组和转移，再导入受体细胞内，使受体细胞获得新的遗传性状，产生遗传物质的重新组合，获得新的生物类型的技术。
基因工程的原材料主要包括核酸、酶、载体、细胞和试剂等。
一、核酸核酸是基因工程中最基本的原材料，包括DNA和RNA。
DNA是生物体遗传信息的主要载体，而RNA则参与蛋白质的合成。
在基因工程中，核酸通常被用作构建基因表达载体的基本原料，如质粒、噬菌体等。
二、酶酶是基因工程中不可或缺的原材料，包括DNA酶、RNA酶和限制性核酸内切酶等。
DNA酶用于合成DNA片段，RNA酶用于降解RNA，限制性核酸内切酶用于切割DNA片段，是基因工程中最重要的工具酶之一。
三、载体载体是基因工程中用于将目的基因导入受体细胞的一种工具。
根据来源和性质不同，基因工程载体可分为质粒载体、噬菌体载体、病毒载体等。
其中质粒是最常用的载体之一，它是一种裸露的、结构简单的小型环状DNA分子，可以从细菌中分离出来，并用于克隆和表达目的基因。
四、细胞细胞是基因工程中的另一个重要原材料。
在基因工程中，细胞通常被用作受体细胞，用于导入和表达目的基因。
根据来源不同，细胞可分为原核细胞和真核细胞两大类。
原核细胞包括大肠杆菌、肺炎链球菌等，真核细胞包括酵母菌、哺乳动物细胞等。
五、试剂试剂是基因工程中必不可少的原材料之一，包括各种化学试剂、抗生素、血清等。
这些试剂被用于制备基因表达载体、细胞培养基等，以支持基因克隆和表达的过程。
其中一些试剂还被用于检测和鉴定目的基因的表达产物。
总之，核酸、酶、载体、细胞和试剂等原材料是基因工程中不可或缺的组成部分。
在使用这些原材料时，需要确保其质量和纯度符合要求，以确保基因工程的成功和可靠性。
高三生物知识点：遗传工程和生物技术
高三生物知识点：遗传工程和生物技术遗传工程和生物技术是现代生物科学的重要组成部分，也是高考生物考试的热点内容。
本文将详细解析高三生物知识点，帮助大家更好地理解和掌握遗传工程和生物技术。
一、遗传工程遗传工程，又称基因工程，是指按照人们的意愿，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
1.1 基因工程的基本操作步骤（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。
（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。
（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入方法也不一样。
例如，将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。
（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测有DNA分子杂交技术、分子杂交技术和抗原-抗体杂交技术；个体水平上的鉴定有抗虫鉴定、抗病鉴定和活性鉴定等。
1.2 基因工程的应用（1）农业：转基因作物、转基因动物和转基因微生物等。
（2）医学：基因治疗、基因诊断和基因制药等。
（3）环境保护：生物降解、生物修复等。
二、生物技术生物技术是指利用生物体（包括微生物、植物、动物细胞和组织）或其成分来研究和解决生物学问题，或开发新的生物产品的一门综合技术。
2.1 细胞工程细胞工程是以细胞为基本单位，通过细胞培养、细胞融合、核移植等技术，实现细胞增值、分化、调控和应用的一门技术。
（1）动物细胞培养：原理、条件、应用等。
（2）植物组织培养：原理、条件、应用等。
（3）动物细胞融合：方法、应用等。
（4）植物体细胞杂交：方法、应用等。
2.2 酶工程酶工程是利用酶的催化作用，通过对酶的改造和应用，实现生物化学反应的一门技术。
（1）酶的特性：来源、分类、作用机理等。
基因工程考研题库
基因工程考研题库基因工程是一种利用分子生物学技术，按照人们的意愿，将一种生物的基因转移到另一种生物体内，从而改变其遗传特性的技术。
它在农业、医学、工业和环保等领域都有广泛的应用。
下面，我们来探讨一些基因工程考研题库中可能会涉及的问题。
1. 基因工程的定义和基本原理基因工程，又称为DNA重组技术，是指通过人工手段将一种生物的基因导入到另一种生物的基因组中，使其获得新的遗传特性。
其基本原理包括：目的基因的获取、载体的构建、目的基因的导入、目的基因的表达和检测。
2. 基因工程中常用的工具酶基因工程中常用的工具酶主要有限制性内切酶、连接酶和DNA聚合酶。
限制性内切酶能够识别特定的DNA序列并在特定位点切割DNA，连接酶可以将切割后的DNA片段连接起来，而DNA聚合酶则用于合成新的DNA 链。
3. 基因工程的载体基因工程中常用的载体有质粒、病毒载体和人工染色体。
质粒是细菌中常见的小型环状DNA分子，可以作为外源基因的载体；病毒载体则利用病毒的复制机制来传递基因；人工染色体则是通过人工构建的染色体结构来携带外源基因。
4. 目的基因的导入方法目的基因的导入方法主要有转化、转染和显微注射。
转化和转染通常用于微生物和植物细胞，而显微注射则常用于动物细胞。
5. 转基因生物的安全性问题转基因生物的安全性问题一直是公众关注的焦点。
这包括转基因生物对环境的潜在影响、对人类健康的潜在风险以及转基因产品在伦理和法律上的问题。
6. 基因治疗的原理和应用基因治疗是指将正常基因或经过修饰的基因导入到患者的细胞中，以治疗或预防疾病。
基因治疗在治疗遗传性疾病、癌症和某些病毒感染方面显示出巨大的潜力。
7. 基因工程在农业中的应用基因工程在农业中的应用主要体现在转基因作物的培育上。
通过基因工程，可以培育出抗病虫害、抗逆境、高产和品质优良的作物品种。
8. 基因工程在医学中的应用基因工程在医学中的应用包括生产重组蛋白药物、基因疫苗、基因诊断和基因治疗等。
基因工程(基因工程的基本条件-载体系统)
(二)质粒载体(Plasmid)
1. 质粒的一般生物学特征
质粒是生物细胞内固有的、能独立于寄主染色体而 自主复制、并被稳定遗传的一类核酸分子；
质粒常见于原核细菌和真菌中； 绝大多数的质粒是DNA型的； 绝大多数的天然DNA质粒具有共价、封闭、环状的分
子结构，即cccDNA； 质粒DNA的分子量范围：1-300 kb。
D-DNA ocDNA cccDNA
但变性的线性染色体DNA分子复性时不准确，也不迅 速，因此彼此聚集形成网状结构,通过离心分离便与变 性的蛋白质及RNA一起沉淀下来，而仍滞留在上清液中 的质粒DNA则可用酒精等沉淀收集。
沸水浴法 用含有EDTA和TritonX-100的缓冲液悬浮菌体； 加溶菌酶裂解细菌细胞壁； 沸水浴40秒钟； 离心，用无菌牙签挑去沉淀物； 乙醇或异丙醇沉淀质粒DNA；
λ噬菌体生物学特性：溶原状态
➢λ噬菌体感染大肠杆菌后，除能裂解细胞外，也 可能将其DNA直接整合到宿主细胞的染色体DNA上， 并不产生子代噬菌体颗粒，这种情况为溶原状态； ➢整合主要由λ-DNA上的cI和int两基因的产物所激 活，而这两个基因的开放与关闭又取决于宿主细胞 本身的性质； ➢人们可以根据需要改变λ-DNA或宿主细胞的性质， 使噬菌体或处于溶原状态，或处于溶菌状态；
4363 bp
ROI
➢用于基因克隆
ROP Origin of Replication Hind II
Sal I Bal I
pUC18/19：
EcoRI SstI KpnI SmaI BamHI XbaI SalI PstI SphI HindIII
➢分子量2686bp； GAATTCGAGCTCGGTACCCGGGGATCCTCTAGAGTCGACCTGCAGGCATGCAAGCTT
2020-2021高中生物3配套学案：专题一第一节DN重组技术的基本工具含解析
2020-2021学年高中生物人教版选修3配套学案：专题一第一节DNA重组技术的基本工具含解析专题一基因工程〔趣味导学〕当人们的许多奇思妙想成为现实后,又有人想出了天方夜谭式的神话，能否让水稻植株也能够固定空气中的氮?能否让细菌也能够吐出蚕丝？能否让微生物也能够生产出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？想创造这些生物新品种，你认为能实现吗？〔专题概述〕本专题包括了“DNA重组技术的基本工具”“基因工程的基本操作程序”“基因工程的应用”及“蛋白质工程的崛起”，另外还在专题开始回顾了基因工程的诞生和发展历程。
教材首先讲述了基因工程的概念、基本工具，在此基础上又讲述了基因工程的基本操作程序,让我们对基因工程有了一个较完整的认识.基因工程的应用则主要从植物基因工程、动物基因工程和基因治疗等几个方面进行了阐述.这样不仅可以使我们充分了解基因工程的最新进展，更重要的是以此激发我们学习生物学的兴趣，培养科学探索精神和奉献精神。
在本专题内容中，DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序是近年高考中经常涉及的重点内容，也是难点。
在这些知识中，往往考察用遗传学的基本知识分析生物技术的原理的能力，并对一些社会焦点和热点问题理解和分析能力，认识科学技术的发展所带来的双重影响。
〔学法指导〕本专题内容较为抽象，在学习时应注意：1．应联系前面已经学过的DNA的结构和功能、半保留复制、中心法则、遗传密码等知识，有助于理解DNA重组技术的基本工具、操作步骤及应用.2．需要认真阅读教材中的每个图解，充分发挥想象力,将抽象内容具体化。
〔专题重点〕基因工程所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。
〔专题难点〕基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。
第一节DNA重组技术的基本工具学习目标课程标准1．认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
高三生物“生物技术与工程”专题复习：第3讲 基因工程
[目标要求] 1.简述基因工程的诞生。2.简述基因工程的原理及技术。3. 举例基因工程的应用。4.简述蛋白质工程。5.关注转基因产品的安全性问题。 6.DNA 的粗提取和鉴定。7.利用多聚酶链式反应(PCR)扩增 DNA 片段并完成 电泳鉴定，或运用软件进行虚拟 PCR 实验。
(3)融合蛋白表达成功后，将 FLAG-P、FLAG-P△、药物 A 和 UBC 按照图 乙中的组合方式分成 5 组。各组样品混匀后分别流经含 FLAG 抗体的介质， 分离出与介质结合的物质并用 UBC 抗体检测，检测结果如图丙所示。已知 FLAG-P 和 FLAG-P△不能降解 UBC，由①②③组结果的差异推测，药物 A 的作用是 ______________________ ；由②④组或③⑤组的差异推测，
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天
然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思
________________________________________________________________。
[解析] (1)据分析可知，物质 a 是氨基酸序列多肽链，物质 b 是 mRNA。 在生产过程中，物质 b 可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密 码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。 (2)蛋白质工程是基因工 程的延伸，化学方法直接人工合成和利用 PCR 技术扩增。PCR 技术遵循的基本原理是 DNA 双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种 蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升， 且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时 间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的 延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最 终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处 理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原
基因工程名词解释
1.工具酶：基因工程的操作，是在分子水平上的操作，依赖一些酶作为工具对基因进行人工切割，拼接和扩增等操作，所以把这些酶称之为“工具酶”。
2.限制性核酸内切酶简称限制酶，是一类能识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链结构的核酸内切酶。
3.平头末端：两条链断开的位置在识别序列的对称中心产生平末端4.粘性末端：两条链上断开的位置是交错的对称地分布在识别序列中心位置两侧，产生粘性末端5.同裂酶：来源不同,识别相同序列的限制酶6.同序同切酶：识别序列和切割位置都相同7.同序异切酶：识别序列相同，切割位点不同8.同尾酶：识别序列不同，但是产生相同的粘性末端的限制酶9.II型限制性内切酶由于反应条件的改变，其限制酶的特异性发生松动，识别和切割序列发生改变，这一特性称为星号活性。
10.DNA连接酶：可使一段DNA的3` 羟基末端和5`磷酸末端形成3`，5`- 磷酸二酯键，把两个DNA 片段连在一起，封闭DNA双链上切口的酶。
11. DNA聚合酶：在引物和模板存在下，把脱氧核糖单核苷酸连续的加到双链DNA分子引物链的3’-OH端，催化核苷酸的聚合作用。
12.∆G 值：是指DNA 双链形成所需的自由能，该值反映了双链结构内部碱基对的相对稳定性，△G值越大，则双链越稳定。
13.平台期：PCR反应过程中，随着PCR产物的逐渐积累，被扩增的DNA 片段不再呈指数增加，而进入线性增长期或静止期，即出现“停滞效应”。
14.绝对定量：测定目的基因在样本中的拷贝数（必须使用已知拷贝数的绝对标准品，必须做标准曲线）15.相对定量：测定目的基因在样本中的含量的相对比例，不需要知道其拷贝数16.Ct值：每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数17.分子杂交：有一定同源性的两条核酸单链，在适宜的温度和离子浓度等条件下，通过碱基互补退火形成稳定的双链分子的过程。
18. 探针：核酸探针是指用放射性核素、生物素或其他活性物质标记的，能与特定的核酸序列发生特异性互补的已知DNA或RNA片段。
基因工程-2-载体ppt课件
1.柯斯载体的组成
由质粒和λ粘性末端“尾巴”两部分组成。
2.柯斯载体的特点
① 带有抗药性标记 ② 带有质粒的复制起始点 ③ 带有多个限制酶的单一切点 ④ 带有λ噬菌体粘性末端片段
3.cosmid载体的优点
insert) form URA3 auxotrophy selectable marker (yeast) yeast centromeric sequence ARS1 yeast origin of replication
第二节 噬菌体载体
一、 λ噬菌体载体
1. λ噬菌体结构特点: ①线性双链DNA分子 ②可在E.coli中大量繁殖 ③具非必需区(约1/3长度） ④两端具12个核苷酸单链互补粘性末端
⑷ 建立λDNA的体外包装。
噬菌体的包装过程
主要外壳蛋白质 是基因E的产物
连环DNA
头部前体
基因A的产物在cos 位点切割噬菌体 DNA
基因W和FII 的产物组装 蛋白质加完 包含在外壳中的 整的尾部 基因D的产物
λDNA的体外包装
头部基因 （琥珀突变型）
转录复制 蛋白质合成
体外包装的重组DNA比裸 露的DNA导入受体细胞的 效率高100-10000倍
2.酵母菌质粒载体的特点
①含有E.coli质粒的复制起始序列。
②含有酵母的筛选标记（如LEU2） ③具有合适的供外源基因插入的限制酶切割位点。
④酵母菌稳定型质粒载体
着丝粒
Type bacterial origin promoter selectable marker
selectable marker
一 基因工程的基本元件 ------载体
质粒载体
基因工程PPT课件
基因工程的一般过程与技术
获取某个目的基因后，是否就只用这一个 目的基因进行基因工程的操作？为什么？ 运用PCR技术，可以将目的基 因扩增百万倍以上
PCR仪
基因工程概述（小结）
• 基因工程的诞生和发展 1973年，科恩 三个时期 • 基因工程的工具 限制性核酸内切酶、DNA连接酶 载体（质粒、噬菌体、动植物病毒） • 基因工程的一般过程与技术
RNA
G
DNA复制
一、目的基因的获取1、从基因中获取基因像“图书馆” 每个基因是一本书
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导 入受体菌的群体中储存，各个受体菌目的基因的获取
2、利用PCR技术扩增目的基因 聚合酶链式反应 ，是一项 ① 概念：PCR全称为_______________ 体外 特定DNA片段的核酸合成技术 在生物____ 复制___________ DNA复制 ②原理：__________
已知基因的核苷酸序列 四种脱氧核苷酸 、 ③条件： ___________________、_______________ 引物 做启动子)、 ___________. DNA聚合酶 前提条件： ______(
获得目的基因、制备重组DNA分子、 转化受体细胞 筛选出获得目的基因的受体细胞 培养受体细胞并诱导目的基因的表达
基因工程概述补充
1、DNA连接酶：连接游离的DNA片段
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT
2、DNA聚合酶与RNA聚合酶：连接单个核苷酸
G
A A T C A A T A G U U A G U U
G
A A T C A A T A G U U A G U U A
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生物B
抗虫基因
DNA片段
问题：切割片段间完全拼接好了吗？ CTTCATG GAAGTACTTAA AATTCCCTAA 氢键 GGGATT 黏合
重组DNA分子片段
二、“分子缝合针” —— DNA连接酶 ⒈分类： ⑴ E· coli DNA连接酶 ⑵ T4 DNA连接酶 ⒉作用： 催化磷酸二酯键形成，连接不同DNA片段
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？
三“分子运输车” -基因进入受体的载体
难点突破：载体需要条件吗？
⑴有1~多个限制酶切点 ⑵ 导入基因能在受体细胞中复制表达 ⑶ 有某些标记基因，便于筛选 ⑷ 对受体细胞无害 ⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒 ⑵噬菌体或某些动植物病毒
质粒：细菌和酵母 菌等生物中,细胞染色 阅读课本p13页第1节，完成学案 体外能够自主复制很小 的环状DNA分子.
由若干特定核苷酸组成的单链（碱基可互补配对），
SmaⅠ识别GGGCCC,在G和C之间切割
SmaⅠ限制酶
平口末端 平口末端 4作用结果： 产生黏性末端（碱基互补）或平口末端
当堂检测
1.下列有关限制酶的描述，错误的（ ） A.一种限制酶只识别一种特定脱氧苷酸序列 B.EcoRI切割的是G—A之间的磷酸二酯键 C.限制酶能识别和切割RNA D.限制酶一般不切割自身DNA分子，只切割外源DNA 2．下列黏性未端属于同一限制酶切割而成的是 B C
转基因抗乙肝番茄(中
国)
虽不能治愈乙肝，但一年 吃几个，完全能代替注射 乙肝疫苗改造生物 新技术
—基因工程
• 基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
提取
普通棉花(无抗虫基因)
抗虫基因
形成
重组 导入 棉花细胞(含抗虫基因) DNA
棉花植株(有抗虫特性)
A．①②
B．①③
C．①④
D．②③
模拟---探究 探究1若用(EcoRⅠ剪切A、B 材料片段，有几个末端？能拼 接吗？
生物 A
载体
DNA片段
CT TCATGAATTCCCTAA
GAAGTACTTAAGGGATT GAATTCCGTAG AATTCGGATT CTTAA GGCATCTTAA GCCTAA
• 上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？
抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来 关键步骤一： 关键步骤二：形成重组DNA分子 关键步骤三： 重组DNA导入受体(棉花)细胞
（二）基因工程的工具——酶和载体
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一的工具： “分子手术刀”—限制性内切酶
关键步骤二的工具： “分子针线”—DNA连接酶
自主学习2
完成拓展训练
• • • • •
1.C 2.D 3.C 高考链接1.A 2.BD
关键步骤三的工具： “分子运输车”—载体
知识回顾
5′
P 脱氧 核糖 P 脱氧 核糖 P 脱氧 核糖 P 脱氧 核糖 C G T A A T
脱氧 核糖
3′
P
G
C
脱氧 核糖 P 脱氧 核糖 P 脱氧 核糖 P
3′
5′
A
A A A G C T T
A
磷酸二酯键
G
回文序列 限制酶(EcoRⅠ
粘性末端：被限制酶切开的切口处伸出的，