2025屆高三二輪復習課件：基因工程+

專題1基因工程基因工程：指按照人們的愿望，進行嚴格的設計并通過體外DNA

重組和轉

基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生

物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工

的，因此又叫作DNA

重組技術。優(yōu)點：(1)克服遠緣雜交不親和障礙(與雜交育種相比)(2)定向改造生物的遺傳性狀(與誘變育種相比)●DNA是遺傳物質的證明1944年，艾弗里(0.Avery)

等人通過不同類型肺炎雙球菌的轉化實驗，不僅證明了生

物的遺傳物質是DNA,

還證明了DNA

可以從一種生物個

體轉移到另一種生物個體。艾弗里等人的工作可以說是基

因工程的先導?！馜NA雙螺旋結構和中心法則的確立

1953年，沃森

(J.D.Watson)

和克里克(F.Crick)

建立了DNA雙螺旋結構模型。1958年，梅塞爾松(M.Meselson)

和斯塔爾(F.Stahl)

用實驗證明DNA

的半保留復制。隨后不久確立的中心法

則，解開了DNA

復制、轉錄和翻譯過程之謎，闡明了遺傳

信息流動的方向?！袂矀髅艽a的破譯

1963年，尼倫伯格

(M.W.Nienberg)和馬太(H.Matthaei)破譯編碼氨基酸的遺傳密碼。1966年，霍拉納(H.G.Khorana)用實驗證實了尼倫伯

格提出的遣傳密碼的存在。這些成果不僅使人們認識到，自然界中從微生物到人類共用一套遺傳密碼，而且為基因

的分離和合成等提供了理論依據(jù)。理論：1.不同生物之間的遺傳物質是否相同?能否進行轉移?2.抗蟲基因進入棉花細胞后能否存在?

能否表達?3.抗蟲基因在棉花細胞中表達出來的蛋白質與之前是否相同?基

因

工

程的

誕生與發(fā)操

作

：

●基因轉移載體的發(fā)現(xiàn)

1967年，羅思(T.F.Roth)1.抗蟲基因如何進入棉花細胞?

和海林斯基(D.R.Helinski)

發(fā)現(xiàn)細菌擬核DNA

之外的質粒有自我復制能力，并可以在細菌細胞間轉移，這一發(fā)現(xiàn)為基因轉移找到了一種運載工具?！裰亟MDNA

表達實驗的成功

197

3年，博耶(H.Boyer)

和科思(S.Cohen)選用僅含單一EcoRI酶切位點的載體質粒

pSC101,

使之與非洲爪蟾核糖體蛋白基因的DNA片段

重組。重組的DNA轉入大腸桿菌DNA

中，轉錄出相應的

mRNA。這個實驗證明了質粒不僅可以作為基因工程的載體，重組DNA

還可以進入受體細胞，外源基因可以在原核

細胞中成功表達，并實現(xiàn)物種之間的基因交流。至此，表

明基因工程正式問世?！窆ぞ呙傅陌l(fā)現(xiàn)

1970年，阿爾伯(W.Arber)

、內

森

斯(D.Nathans)、史密斯(H.C.Smith)

在細菌中發(fā)現(xiàn)了第

一個限制性內切酶(簡稱限制酶)后，20世紀70年代初相繼發(fā)現(xiàn)了多種限制酶和連接酶，以及逆轉錄酶，這些發(fā)現(xiàn)

為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。①DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。②雙鏈DNA

分子的空間結構都是規(guī)則的雙螺旋結構。

3.抗蟲基因與載體拼接需要什么酶與工具?2.抗蟲基因與載體能否拼接?為什么?基因工程的誕生與發(fā)展思考：1.不同生物的基因為什么能拼接?①DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。②雙鏈DNA分子的空間結構都是規(guī)則的雙螺旋結構。2.外源基因為什么能在受體細胞中表達?①DNA是主要的遺傳物質。②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。③生物界共用一套遺傳密碼。相同的遺傳信息在不同的生物體內表達出相同的蛋白質。3.外源基因如何才能進入受體細胞?①載體的發(fā)現(xiàn)②限制酶和DNA連接酶可以將外源基因與載體的基因進行拼接基因工程的誕生與發(fā)展DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對如此微小的分子進行操作，是一項非常精細的工

作，科學家究竟用到了哪些“分子工具”?這些“分子工具”各具有什么特征呢?專題1-1重組DNA

技術的基本工具一

.限制性內切核酸酶——

“分子手術刀”1

.

來

源：主要從原核生物中分離純化來的2.種

類：

數(shù)

千

種

☆限制酶不是一種酶，而是一類酶。3.

特點：能夠識別雙鏈DNA

分子的特定核苷酸序列，并使每

一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。在它識別序列的中心軸線兩側將

DNA分子的兩條鏈分別切開G

A

A

TTcc

T

T

AA

G粘性末端在它識別序列的中心軸線處切開CCC

G

G

GG

G

G

C

C

C中軸線G

A

A

T

T

CC

TT

A

A

GC

C

C

G

G

GG

G

G

C

C

C5'EcoR

I3'5'Sam

I3'3'5'3'5'平末端平末端中軸線限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是6個堿基還是4個

堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱重

復排列的，稱為回文序列。中軸線

粘性末端5'

3'CC

C

G

G

G

C3'G

A

A

T

T

CC

T

T

A

AG5'5'G

A

A

T

T

cCT

T

A

A

G3'G

G

G

C

C

C3'個5'一

.限制性內切核酸酶

—

—

“分子手術刀”

1

.

來源：主要從原核生物中分離純化來的2.種

類：

數(shù)千種

☆限制酶不是一種酶，而是一類酶。3.特點：能夠識別雙鏈DNA

分子的特定核苷酸序列，并使每

一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開4.作用部位：

特定切點上的磷酸二酯鍵5.識別序列長度：大多數(shù)是6個核苷酸序列6.結

果：產(chǎn)生黏性末端或平末端1、限制酶為何不切割自身DNA?限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)

被修飾。2、據(jù)你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎?原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成了一

套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切

割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA使之失

效，從而達到保護自身的目的。深度思考?

要想獲得某個特定性狀的目的基因必須要用限制酶切幾個切口?可產(chǎn)生幾個黏性或平末端?GAATTC.大

大lTAAGAATTC

AA:G3'5'3'5'5'3'5'3'6;口c:6G目的基因切下來以后，我們接下來應該做什么?深度思考二

.DNA

鏈接酶

—

—

"分子縫合針"1.作

用

：

將雙鏈DNA雙鏈片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個

核苷酸之間的磷酸二酯鍵。2.種

類

：T4

DNA連接酶從T4噬菌體中黏性末端與平末端均可連分離得到

接，但連接平末端的效率相對比較低。G

GE.coli

DNA

連接酶從大腸桿菌中鏈接互補黏

分離得到

性末端Gc

T

TA

AAA

T

TCG0由于黏性末端的堿基是互補的，在連接時，黏性末端可以通過堿基互補配對形

成氫鍵，加快DNA

連接酶的連接速度，而平末端則不能，所以T4DNA連接酶

黏性末端的連接速度比平末端的連接速度更快。5'3'6:

℃TAA心：3'5'6二

.DNA鏈接酶

—

—

"

分

子

縫

合

針

"1.作用：

將雙鏈DNA雙鏈片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個

核苷酸之間的磷酸二酯鍵。2.種類：E.coliDNA連接酶鏈接互補黏性末端G

A

ATT

Cc

T

T

A

A

G3.作用部位：磷酸二酯鍵T4

DNA連接酶從T4噬菌體中黏性末端與平末端均可連分離得到

接，但連接平末端的效率相對比較低。G

G?

DNA

連接酶和DNA

聚合酶有區(qū)別嗎?●DNA

聚合酶連接的是游離的脫氧核苷酸，需

要模板；●DNA連接酶連接的是DNA片段。DNA

聚合酶AGCCGATDNA連接酶C限制酶BamHI

IEcoR

ISau3A

IKpn

I識別序列

切割位點GGATCC-1IIIII-CCTAGG--GAATTC-IIII

II-CTTAAG--GATC-1I|1-CTAG--GGTACC--CCAIGG-酶切結果-G

GATC

C--CCTAGG--G

AATTC--CTTAA

GGATC--CTAGCCATCAcc樣的序列?GGATCCGATCGGATCGATCCCCTAGGCTAGCCTAGCTAGGBamHII和Sau3AI酶切的片段混合在一起，加入DNA

連接酶，可能出現(xiàn)怎拓展延伸作用底物作用部位作用結果限制酶DNA分子磷酸二酯鍵形成黏性末端或平末端DNA連接酶DNA分子片段磷酸二酯鍵形成重組DNA分子DNA聚合酶脫氧核苷酸磷酸二酯鍵形成新的DNA分子DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸解旋酶DNA分子堿基對間的氫鍵形成單鏈DNA分子RNA聚合酶核糖核苷酸磷酸二酯鍵形成RNA分子【拓展延伸】幾種酶的比較：三

.基因進入受體細胞的載體

—

—

"分子運輸車"1.

作用：攜帶外源DNA片段的質粒進入受體細胞，在細胞中進行自我復

制，或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制。2.種

類：通常是用質粒，噬菌體、動植物病毒也可以質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA

之外，并具有自我復制能力的環(huán)狀雙鏈DNA

分子。氨芐青霉

素抗性基因目的基因插入位點復制原點、☆真核生物如酵母菌中也存在質粒。便于鑒定和篩選√具有特殊的標記基因√對受體細胞無害、易分離☆真正被用作載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。3.運載體需具備的條件：√有一個至多個限制酶切割位點

便于插入(攜帶)目的基因使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴增√可自我復制2.

(多選)下列有關基因工程中操作工具的敘述，正確的是(

AB

)A.

一種限制酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列。B.限制酶可用于提取目的基因，主要存在于微生物體內。C.DNA

連接酶的本質是一種分泌蛋白，可用于目的基因與運載體的結合。D.DNA復

制

時

，DNA

連接酶可催化子鏈上的核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。E.DNA

連接酶只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端連接起來，而不能將雙

鏈DNA

片段的平末端連接起來。F.

質粒都含有標記基因和限制酶識別位點，故常作為基因工程的載體G.

某種細菌質?？勺鳛榛蚬こ痰妮d體，則該質粒是由DNA

分子與蛋

白質構成的3.

(多選)如圖為DNA

分子的某一片段，其中①、②、③分別表示某種酶的作用部

位，則相應的酶依次是(

)②

③A.解旋酶、限制酶、DNA

連接酶B.

解旋酶、限制酶、DNA酶C.解旋酶、限制酶、DNA

聚合酶

D.解旋酶、DNA

連接酶、限制酶A

T