基因工程(转基因技术、基因拼接技术)诞生的理论基础
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基因工程（转基因技术、基因拼接技术）诞生的理论基础
一、基因拼接的理论基础：
1、 DNA 是生物的主要遗传物质
2、DNA的基本组成单位都是四种 脱氧核苷酸
。
3、双链DNA分子的空间结构都是规则的 双螺旋 结构。
二、外源基因在受体细胞内表达的理论基础：
1、基因是控制 生物性状
的独立遗传单位。
2、遗传信息的传递都遵循 中心法则 阐述的信息传递方向。
[认知纠偏]
五种DNA相关酶的比较 作用底物 作用部位
形成产物
限制性核酸 DNA分子 磷酸二酯键 黏性末端或平末端
内切酶
DNA连接酶 DNA片段 磷酸二酯键 DNA聚合酶 脱氧核苷酸 磷酸二酯键
重组DNA分子 子代DNA
DNA解旋酶
碱基对间的 形成脱氧核苷酸单 DNA分子
氢键 链
DNA(水解)酶 DNA分子 磷酸二酯键 游离的脱氧核苷酸
具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择
获取目的基因
从基因组文库中获取：即用限制性核酸内
切酶进行切割、分离
(1)直接分离从cDNA文库中获取：即利用mRNA反
转录形成
利用PCR扩增技术：获取大量目的基因
(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。
目的基因的检测与鉴定
( √)
5．载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳
定存在并表达。
√( )
6．利用PCR技术能合成目的基因。
(×)
7．目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。 (√)
8．检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原－抗体杂交
技术。
(×)
Biblioteka Baidu
9．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(√ )
10．蛋白质工程的操作对象是蛋白质分子。
2．DNA连接酶 常用类型 E·coli DNA连接酶
来源
__大_肠__杆__菌___
功能
连接黏性末端
T4DNA连接酶 T4噬菌体
连接黏__性__末__端__和__平__末___端_
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二 酯键
限制性核酸内切酶与DNA连接酶的关系
3．载体
(1)常用载 体——质粒
2．(2013·东城模拟)基因工程中，需使用特定的限制酶切割 目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识 别序列和切点是－G↓GATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列 和切点是－↓GATC－。根据图判断下列操作正确的是 ()
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 解析：目的基因若用限制酶Ⅰ切割时，只能在目的基因的一 侧切开，而不能将其切下；质粒若用限制酶Ⅱ切割，两种标 记基因均将被破坏，所以只能用限制酶Ⅰ切割质粒。 答案：D
1．下列关于基因工程中有关酶的叙述不．正确的是 ( ) A．限制性核酸内切酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA B．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接 C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNA D．逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA 解析：DNA聚合酶只能从引物末端延伸DNA而不能延伸RNA； 限制性核酸内切酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA； DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接；逆转录 酶以一条RNA为模板合成互补的DNA。 答案：C
( ×)
考点二 基因工程与蛋白质工程
3．(2013·广东四校联考)将人的干扰素基因通过基因定点突变，
使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，改造后的干扰素
过程 质结构→推测应有的氨基酸序列→ 体→将目的基因导入受体细胞→
找到相对应的脱氧核苷酸序列
目的基因的检测与鉴定
区
定向改造生物的遗传特性，以获
别
实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 得人类所需的生物类型或生物产
品
结果 可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 联系
3、生物界共用一套 遗传密码
。
三、基因工程的概念：
又叫 DNA重组 技术，是按照人们的愿望，进行严格
的设计，并通过体外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
。
[教材知识问题化梳理] 一、基因工程的基本工具
1．限制性核酸内切酶 (1)来源：主要从 原核 生物中分离纯化而来。 (2)作用：识别特定的 核苷酸序列 并切开相应两个核 苷酸之间的 磷酸二酯键 。 (3)结果：产生 黏性末端 或平末端。
二、在回顾教材图表中强化学科能力
据农杆菌转化法示意图回答下列问题： (1)农杆菌T质粒中T－DNA具有怎样的特点？ 答案：能转移到受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的 DNA上。
(2)农杆菌转化法的基本原理是什么？ 答案：利用农杆菌T－DNA的可转移性，将目的基因插入 T－DNA上通过农杆菌的转化，将目的基因导入受体细胞， 并整合到植物细胞的染色体上。 (3)农杆菌转化法主要适用于哪类植物？ 答案：双子叶植物和裸子植物。
②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
[效果自评组合式设计]
一、在小题集训中洞悉命题视角
1．限制酶只能用于切割目的基因。
( ×)
2．DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。(×)
3．E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末
端。
(× )
4．质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体。
化学本质 ： 双链环状DNA分子 特点能 有自 一我 个复 至制 多个 限制酶切割位点
有特殊的 标记基因
(2)其他载体：λ噬菌体衍生物、 动植物病毒 等。
载体应具备的条件
条件
适应性
稳定并能复制
目的基因稳定存在且数量可扩大
有一个至多个限制性核 酸内切酶切割位点
可携带多个或多种外源基因
注：蛋白质工程与基因工程密不可分，又称作第二代基因工程。
蛋白质工程 (1)目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对 蛋白质结构进行分子设计。 (2)操作手段：基因修饰或基因合成。 (3)设计流程：
2．蛋白质工程与基因工程的比较
项目 区别 与联系
蛋白质工程
基因工程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白 获取目的基因→构建基因表达载
一、基因拼接的理论基础：
1、 DNA 是生物的主要遗传物质
2、DNA的基本组成单位都是四种 脱氧核苷酸
。
3、双链DNA分子的空间结构都是规则的 双螺旋 结构。
二、外源基因在受体细胞内表达的理论基础：
1、基因是控制 生物性状
的独立遗传单位。
2、遗传信息的传递都遵循 中心法则 阐述的信息传递方向。
[认知纠偏]
五种DNA相关酶的比较 作用底物 作用部位
形成产物
限制性核酸 DNA分子 磷酸二酯键 黏性末端或平末端
内切酶
DNA连接酶 DNA片段 磷酸二酯键 DNA聚合酶 脱氧核苷酸 磷酸二酯键
重组DNA分子 子代DNA
DNA解旋酶
碱基对间的 形成脱氧核苷酸单 DNA分子
氢键 链
DNA(水解)酶 DNA分子 磷酸二酯键 游离的脱氧核苷酸
具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择
获取目的基因
从基因组文库中获取：即用限制性核酸内
切酶进行切割、分离
(1)直接分离从cDNA文库中获取：即利用mRNA反
转录形成
利用PCR扩增技术：获取大量目的基因
(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。
目的基因的检测与鉴定
( √)
5．载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳
定存在并表达。
√( )
6．利用PCR技术能合成目的基因。
(×)
7．目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。 (√)
8．检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原－抗体杂交
技术。
(×)
Biblioteka Baidu
9．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(√ )
10．蛋白质工程的操作对象是蛋白质分子。
2．DNA连接酶 常用类型 E·coli DNA连接酶
来源
__大_肠__杆__菌___
功能
连接黏性末端
T4DNA连接酶 T4噬菌体
连接黏__性__末__端__和__平__末___端_
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二 酯键
限制性核酸内切酶与DNA连接酶的关系
3．载体
(1)常用载 体——质粒
2．(2013·东城模拟)基因工程中，需使用特定的限制酶切割 目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识 别序列和切点是－G↓GATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列 和切点是－↓GATC－。根据图判断下列操作正确的是 ()
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 解析：目的基因若用限制酶Ⅰ切割时，只能在目的基因的一 侧切开，而不能将其切下；质粒若用限制酶Ⅱ切割，两种标 记基因均将被破坏，所以只能用限制酶Ⅰ切割质粒。 答案：D
1．下列关于基因工程中有关酶的叙述不．正确的是 ( ) A．限制性核酸内切酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA B．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接 C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNA D．逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA 解析：DNA聚合酶只能从引物末端延伸DNA而不能延伸RNA； 限制性核酸内切酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA； DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接；逆转录 酶以一条RNA为模板合成互补的DNA。 答案：C
( ×)
考点二 基因工程与蛋白质工程
3．(2013·广东四校联考)将人的干扰素基因通过基因定点突变，
使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，改造后的干扰素
过程 质结构→推测应有的氨基酸序列→ 体→将目的基因导入受体细胞→
找到相对应的脱氧核苷酸序列
目的基因的检测与鉴定
区
定向改造生物的遗传特性，以获
别
实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 得人类所需的生物类型或生物产
品
结果 可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 联系
3、生物界共用一套 遗传密码
。
三、基因工程的概念：
又叫 DNA重组 技术，是按照人们的愿望，进行严格
的设计，并通过体外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
。
[教材知识问题化梳理] 一、基因工程的基本工具
1．限制性核酸内切酶 (1)来源：主要从 原核 生物中分离纯化而来。 (2)作用：识别特定的 核苷酸序列 并切开相应两个核 苷酸之间的 磷酸二酯键 。 (3)结果：产生 黏性末端 或平末端。
二、在回顾教材图表中强化学科能力
据农杆菌转化法示意图回答下列问题： (1)农杆菌T质粒中T－DNA具有怎样的特点？ 答案：能转移到受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的 DNA上。
(2)农杆菌转化法的基本原理是什么？ 答案：利用农杆菌T－DNA的可转移性，将目的基因插入 T－DNA上通过农杆菌的转化，将目的基因导入受体细胞， 并整合到植物细胞的染色体上。 (3)农杆菌转化法主要适用于哪类植物？ 答案：双子叶植物和裸子植物。
②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
[效果自评组合式设计]
一、在小题集训中洞悉命题视角
1．限制酶只能用于切割目的基因。
( ×)
2．DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。(×)
3．E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末
端。
(× )
4．质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体。
化学本质 ： 双链环状DNA分子 特点能 有自 一我 个复 至制 多个 限制酶切割位点
有特殊的 标记基因
(2)其他载体：λ噬菌体衍生物、 动植物病毒 等。
载体应具备的条件
条件
适应性
稳定并能复制
目的基因稳定存在且数量可扩大
有一个至多个限制性核 酸内切酶切割位点
可携带多个或多种外源基因
注：蛋白质工程与基因工程密不可分，又称作第二代基因工程。
蛋白质工程 (1)目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对 蛋白质结构进行分子设计。 (2)操作手段：基因修饰或基因合成。 (3)设计流程：
2．蛋白质工程与基因工程的比较
项目 区别 与联系
蛋白质工程
基因工程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白 获取目的基因→构建基因表达载