选修3现代生物科技专题
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基因工程的核心是构建重组DNA分子。 • 基因工程又叫做DNA重组技术。 • 这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行 人工“剪切” 和“拼接”，对生物的基因进 行改造和重新组合，然后导入受体细胞内，使 重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需 要的新的生物类型和生物产品。
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
• 时间：20世纪70年代 • 理论基础：DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构 遗传信息传递方式（中心法则） • 技术基础（即工具）： 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体质粒
1、基因的剪刀——限制性核酸内切酶
①分布：主要在原核生物中。 ②作用特点:识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列（回文序列） ③作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的键 --磷酸二酯键(断开)
ห้องสมุดไป่ตู้
•
⑤质粒的存在对宿主细胞无影响。
⑥一般用人工构建的质粒作为基因载体
人工构建的质粒－pBR322
Ampr
氨苄青霉素抗性基因
Tetr
插入失活
四环素抗性基因
本节小结
限制性核酸内切酶 工具酶 DNA连接酶 基因工程的工具
载体：最常用是质粒
归纳：对DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解
名称 作用 参与的生理过程 及应用 作用部位 形成产物
• 时间：20世纪70年代 • 理论基础：DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构 遗传信息传递方式（中心法则）
科学探索的脚步
1866年，孟德尔提出遗传因子的分离定律和自由组合定律。 1902年，萨顿提出遗传的染色体学说 1910年，摩尔根用果蝇伴性遗传实验证实遗传的染色体学说。
1928年，格里菲思活体细菌转化实验 1944年，艾弗里离体细菌转化实验 1952年，赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验， 确认DNA是遗传物质 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型。 1957年，提出中心法则 1958年，证实了DNA半保留复制 1969年，破译全部遗传密码
• ⑤⑴同种限制性核酸内切酶来切割DNA分子，会产
生相同的粘性末端。
• ⑵若用不同的限制性核酸内切酶来切割DNA分子， 多数情况下会产生不同的粘性末端，但也有可有 会产生相同的粘性末端。
G AA T T C
G AA T T C C T T AA G
C T T AA G
同种限制酶切割
G
AA T T C G
G
AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶 GA A T T C
C T T A AG
2、基因的针线——DNA连接酶
2、基因的针线——DNA连接酶
①作用特点：将具有末端碱基互补的2个DNA分子片 段连接在一起，形成重组DNA分子。 ②连接的部位：磷酸二酯键(形成)(即把梯子两边 扶手的断口连接起来)
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶
过程
DNA聚合酶
将DNA片段的末端连 将单个脱氧核苷酸连 接起来，不需要模板 接成长链，需要模板
结果
共同点
将存在的DNA片段连 形成新的DNA分子， 接成重组DNA 用于DNA的复制过程
作用部位都是磷酸二酯键
3.基因运输工具——载体
⑴作用： ①将外源基因导入受体细胞
DNA连接酶
限制性核酸 内切酶 DNA聚合酶
RNA聚合酶 逆转录酶
归纳：对DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解
名称 作用 参与的生理过程 及应用
基因工程
作用部位
形成产物 重组DNA 分子 粘性末端 或平末端 子代DNA 分子 RNA分子 DNA分子
DNA连接酶
连接两个DNA片段
磷酸 二酯键 磷酸 二酯键
限制性核酸 切割某种特定的脱氧 内切酶 核苷酸序列 DNA聚合酶
基因工程 DNA复制
磷酸 二酯键 在核糖核苷酸链上添 磷酸 RNA聚合酶 转录 加单个核糖核苷酸 二酯键 磷酸 逆转录酶 以RNA为模板合成DNA 逆转录、基因工程 二酯键
在脱氧核苷酸链上添 加单个脱氧核苷酸
例题(08浙）已知某种限制性内切酶在一线性 DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。 如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该 酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。 现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分 子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理 论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最 多能产生长度不同的DNA片段种类数是（ ） A． 3 B.4 C.9 D.12
选修3 现代生物科技专题
选修3 现代生物科技专题 第一章 基因工程
实例
• 棉铃虫是棉花蕾铃期重要钻蛀性害虫，主 要蛀食蕾、花、铃，也取食嫩叶。棉铃虫 对棉花危害十分严重。 • 苏云金芽孢杆菌的DNA分子上存在Bt基因， 此基因表达一种内毒素(杀虫晶体蛋白)， 可使棉铃虫中毒死亡。
第一章 基因工程
5′
A
氢键
T
3′
T
A
磷酸二酯键
G C
C
G
3′
DNA分子
5′
带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的 切口叫粘性末端。
粘性末端
粘性末端
某种限制性核酸内切酶：GAATTC
C
1、基因的剪刀——限制性核酸内切酶
①分布：主要在原核生物中。 ②作用特点:识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列（回文序列） ③作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的键 --磷酸二酯键(断开) ④切口类型：粘性末端和平末端
②利用载体在宿主细胞中对 目的基因进行大量复制
⑵具备的条件：
①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 ②具有某些标记基因，便于筛选 ③有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
⑶举例：质粒（常用）、λ噬菌体和动植物病毒。
⑷质粒的特点
• • • • ①能够自主复制的双链环状DNA分子； ②质粒是基因工程中最常用的载体； ③最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，常含 有抗生素抗性基因； ④存在于许多细菌及酵母菌等生物中；
知识回顾
蛋白质
染色质
染色体
5′
A
氢键
T
3′
T
A
磷酸二酯键
G C
C
G
3′
DNA分子
5′
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
• 时间：20世纪70年代 • 理论基础：DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构 遗传信息传递方式（中心法则） • 技术基础（即工具）： 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体质粒
1、基因的剪刀——限制性核酸内切酶
①分布：主要在原核生物中。 ②作用特点:识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列（回文序列） ③作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的键 --磷酸二酯键(断开)
ห้องสมุดไป่ตู้
•
⑤质粒的存在对宿主细胞无影响。
⑥一般用人工构建的质粒作为基因载体
人工构建的质粒－pBR322
Ampr
氨苄青霉素抗性基因
Tetr
插入失活
四环素抗性基因
本节小结
限制性核酸内切酶 工具酶 DNA连接酶 基因工程的工具
载体：最常用是质粒
归纳：对DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解
名称 作用 参与的生理过程 及应用 作用部位 形成产物
• 时间：20世纪70年代 • 理论基础：DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构 遗传信息传递方式（中心法则）
科学探索的脚步
1866年，孟德尔提出遗传因子的分离定律和自由组合定律。 1902年，萨顿提出遗传的染色体学说 1910年，摩尔根用果蝇伴性遗传实验证实遗传的染色体学说。
1928年，格里菲思活体细菌转化实验 1944年，艾弗里离体细菌转化实验 1952年，赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验， 确认DNA是遗传物质 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型。 1957年，提出中心法则 1958年，证实了DNA半保留复制 1969年，破译全部遗传密码
• ⑤⑴同种限制性核酸内切酶来切割DNA分子，会产
生相同的粘性末端。
• ⑵若用不同的限制性核酸内切酶来切割DNA分子， 多数情况下会产生不同的粘性末端，但也有可有 会产生相同的粘性末端。
G AA T T C
G AA T T C C T T AA G
C T T AA G
同种限制酶切割
G
AA T T C G
G
AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶 GA A T T C
C T T A AG
2、基因的针线——DNA连接酶
2、基因的针线——DNA连接酶
①作用特点：将具有末端碱基互补的2个DNA分子片 段连接在一起，形成重组DNA分子。 ②连接的部位：磷酸二酯键(形成)(即把梯子两边 扶手的断口连接起来)
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶
过程
DNA聚合酶
将DNA片段的末端连 将单个脱氧核苷酸连 接起来，不需要模板 接成长链，需要模板
结果
共同点
将存在的DNA片段连 形成新的DNA分子， 接成重组DNA 用于DNA的复制过程
作用部位都是磷酸二酯键
3.基因运输工具——载体
⑴作用： ①将外源基因导入受体细胞
DNA连接酶
限制性核酸 内切酶 DNA聚合酶
RNA聚合酶 逆转录酶
归纳：对DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解
名称 作用 参与的生理过程 及应用
基因工程
作用部位
形成产物 重组DNA 分子 粘性末端 或平末端 子代DNA 分子 RNA分子 DNA分子
DNA连接酶
连接两个DNA片段
磷酸 二酯键 磷酸 二酯键
限制性核酸 切割某种特定的脱氧 内切酶 核苷酸序列 DNA聚合酶
基因工程 DNA复制
磷酸 二酯键 在核糖核苷酸链上添 磷酸 RNA聚合酶 转录 加单个核糖核苷酸 二酯键 磷酸 逆转录酶 以RNA为模板合成DNA 逆转录、基因工程 二酯键
在脱氧核苷酸链上添 加单个脱氧核苷酸
例题(08浙）已知某种限制性内切酶在一线性 DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。 如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该 酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。 现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分 子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理 论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最 多能产生长度不同的DNA片段种类数是（ ） A． 3 B.4 C.9 D.12
选修3 现代生物科技专题
选修3 现代生物科技专题 第一章 基因工程
实例
• 棉铃虫是棉花蕾铃期重要钻蛀性害虫，主 要蛀食蕾、花、铃，也取食嫩叶。棉铃虫 对棉花危害十分严重。 • 苏云金芽孢杆菌的DNA分子上存在Bt基因， 此基因表达一种内毒素(杀虫晶体蛋白)， 可使棉铃虫中毒死亡。
第一章 基因工程
5′
A
氢键
T
3′
T
A
磷酸二酯键
G C
C
G
3′
DNA分子
5′
带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的 切口叫粘性末端。
粘性末端
粘性末端
某种限制性核酸内切酶：GAATTC
C
1、基因的剪刀——限制性核酸内切酶
①分布：主要在原核生物中。 ②作用特点:识别和切割DNA分子内一小段特殊 核苷酸序列（回文序列） ③作用部位：磷酸与脱氧核糖之间的键 --磷酸二酯键(断开) ④切口类型：粘性末端和平末端
②利用载体在宿主细胞中对 目的基因进行大量复制
⑵具备的条件：
①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 ②具有某些标记基因，便于筛选 ③有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
⑶举例：质粒（常用）、λ噬菌体和动植物病毒。
⑷质粒的特点
• • • • ①能够自主复制的双链环状DNA分子； ②质粒是基因工程中最常用的载体； ③最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，常含 有抗生素抗性基因； ④存在于许多细菌及酵母菌等生物中；
知识回顾
蛋白质
染色质
染色体
5′
A
氢键
T
3′
T
A
磷酸二酯键
G C
C
G
3′
DNA分子
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