2020版高考生物复习第1讲基因工程教学案苏教版(选修3)

第1讲 基因工程

[考纲展示] 1.基因工程的诞生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及技术(含PCR 技术)(Ⅱ) 3.基因工程的应用(Ⅱ) 4.蛋白质工程(Ⅰ)

考点一| 基因工程的基本工具

1．基因工程的概念

(1)概念：是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。

(2)遗传原理：基因重组。

(3)优点

①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

②与诱变育种相比：定向改造生物的遗传性状。

2．基因工程的基本工具

(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)。

①来源：主要来自原核生物。

②特点：具有专一性，表现在两个方面：

识别——双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列。

切割——特定核苷酸序列中的特定位点。

③作用：断裂特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

④结果：产生黏性末端或平末端。

(2)DNA 连接酶

①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒的特点⎩⎪⎨⎪⎧能自我复制有一个至多个限制酶的切割位点有特殊的标记基因

③作用：携带外源DNA 片段进入受体细胞。

[思考回答]

1．原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA?

提示：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰等。

2．图甲表示Eco R Ⅰ限制酶及DNA连接酶的作用示意图，图乙表示SmaⅠ限制酶的作用示意图。请据图回答问题：

(1)请写出Eco R Ⅰ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列以及切割位点。

提示：Eco R Ⅰ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。

(2)限制酶和DNA连接酶的作用部位相同吗？DNA连接酶起作用时，是否需要模板？

提示：相同，都是磷酸二酯键。不需要模板。

1．基因工程技术使用限制酶需注意的四个问题

(1)获取目的基因和切割载体时，经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是产生相同的黏性末端或平末端。

(2)获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。

(3)限制酶切割位点的选择，必须保证标记基因的完整性，以便于检测。

(4)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。

2．限制酶和DNA连接酶的关系

(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。

(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。

3．载体

(1)条件与目的

①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。

②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

◎考法1 考查限制酶、DNA连接酶等酶的作用

[解题指导] 确定选择限制酶种类的方法

1．根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类

(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。

(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。

2．根据质粒的特点确定限制酶的种类

(1)所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。

(2)质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。

1．(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了Eco R Ⅰ、Bam H Ⅰ和Sau3A Ⅰ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的Eco R Ⅰ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。

图(a)

图(b)

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)经Bam H Ⅰ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

图(c)

(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有___________和______________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________。

解析：(1)由题图可知，Bam H Ⅰ和Sau3A Ⅰ两种限制性内切酶的共同识别序列是错误!，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经Bam H Ⅰ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A Ⅰ酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。

答案：(1)Sau3A Ⅰ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录

(3)E·coli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶

2．下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位