高考生物一轮复习 现代生物科技 第1讲 基因工程(选修3)

双链 DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。如
以中心
线为轴，两侧碱基互补对称；CGCGATGCGC以AT为轴，两侧碱基互
补对称。
(2)切割后产生末端的种类——黏性末端和平末 端
①当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将 DNA 的两条链分别切开时，产生的是黏性末端。
②当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产 生的是平末端。
选修 3 现代生物科技专题
第 1 讲 基因工程
考纲要求： 1.基因工程的诞生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及技术(Ⅱ) 3.基因工程的应用(Ⅱ) 4.蛋白质工程(Ⅱ)
1．限制性核酸内切酶(限制酶) (1)来源：主要从 原核生物 中分离纯化而来。
(2)作用：认识特定的 核苷酸序列 并切开相应两个核 苷酸之间的磷酸二酯键 。
(1)在此转基因工程中，目的基因是____________，具体操作 过程中下图所示的黏性末端是由________种限制酶作用产生的。
(2)将此目的基因导入大肠杆菌体内需要载体的帮助，则 作为载体必须具备能够在宿主细胞内复制并稳定保存，以及 _____________(至少答出两点)等条件。
(3)在此转基因工程中，将体外重组 DNA 导入大肠杆菌 体内，并使其在细胞内________的过程称为转化。最常用的 转化方法是首先用 Ca2＋处理大肠杆菌，目的是_________。
③质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终 止子等，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。
④如果所选限制酶的切点不是一个，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。
5．基因工程操作基本工具的 8 个易错点 (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜 的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。 (3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶， 目的是产生相同的黏性末端。 (4)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两 处，同时产生 4 个黏性末端。
2．限制酶与 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：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．与 DNA 分子相关的几种酶比较
种类 项目
限制酶
DNA DNA 聚合酶
连接酶
解旋酶
DNA 分
作用底物 DNA 分子 子片段 脱氧核苷酸 DNA 分子
(8)基因工程中有 3 种工具，但工具酶只有 2 种。
1．萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现 象。如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。一直以 来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的，但加利福尼亚大 学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导 入大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。根据已有的 知识回答下列有关问题：
(2)其他载体：λ 噬菌体衍生物、动植物病毒等。
(3)作为载体的条件
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
有一个至多个限制酶 可携带多个或多种外
切割位点
源基因
便于重组 DNA 的鉴定 具有特殊的标记基因
和选择
1．限制性核酸内切酶(限制酶) (1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱 基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的
③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，可使用两种不同的
限制酶分别切割目的基因和质粒，如图甲可选择用 PstⅠ和 EcoRⅠ两种限制 酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ①切割 质粒 的限制酶要与切割 目的基因 的 限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。 ②目的基因的表达需要调控序列，质粒的插入基 因部位之前有启动子 ，之后需有 终止子 。
(5)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都 相同，同一个 DNA 分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末 端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基 因，以便进行检测。
(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基 因工程中的载体是 DNA 分子，能将目的基因导入受体细胞内； 膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。
(3)结果：产生 黏性末端 或平末端。
[注意] (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的化学本质为蛋白质，其作用的发挥需要 适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均使其变性失活。
2．DNA 连接酶
[注意] (1)切割目的基因和载体时用同一种限制酶的目的是 产生相同的黏性末端。 (2)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两 处，同时产生 4 个黏性末端。 3．载体
(4)目的基因在受体细胞是否能转录出 mRNA，可用 ________技术来检测；目的基因是否表达出相应的蛋白质， 除了通过大肠杆菌是否发光来确定外，还可以通过______特 异性反应来判断。
解析：(1)在此转基因工程中，目的基因是荧光素酶 基因；图中所示的黏性末端是由 2 种限制酶作用产生的， 其中第一个和第三个是由一种限制酶切割产生的，另外 两个是由另一种限制酶切割产生的。(2)作为基因工程的 载体必须具备的条件是：具有限制酶的切割位点；要有 标记基因(如抗性基因)，以便于重组细胞的筛选；能在宿 主细胞中稳定存在并复制；是安全的，对受体细胞无害， 而且易从供体细胞中分离出来。
磷酸
碱基对间
作用部位 磷酸二酯键
磷酸二酯键
二酯键
的 氢键
切割目的基因及载体，
将双链 DNA
能专一性识别双链
只能将单
作
片段“缝合”
将 DNA 两
DNA 分子的某种特定
个脱氧核
用
起来，恢复被
条链之间
的核苷酸序列，并且ห้องสมุดไป่ตู้
苷酸添加
特
限制酶切开的
的氢键打
使每一条链中特定部
到脱氧核
点
两个核苷酸之
开
位的两个核苷酸之间
苷酸链上
间的磷酸二酯键
的磷酸二酯键断开
作用
形成黏性末
形成重组
形成新的 形成单链
结果
端或平末端
DNA 分子 DNA 分子 DNA 分子
4.选择限制酶的注意事项
(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。