工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生 省賽獲獎

關(guān)于“現(xiàn)代生物科技專題”的學(xué)習(xí)形象抽象名詞過程聯(lián)系第一章基因工程第一節(jié)工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生蘇云金桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲棉“遺傳工程”泛指把一種生物的遺傳物質(zhì)（細胞核、染色體脫氧核糖核酸等）移到另一種生物的細胞中去，并使這種遺傳物質(zhì)所帶的遺傳信息在受體細胞中表達。

“基因工程”的核心：構(gòu)建重組DNA分子蘇云金桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲棉蘇云金桿菌可以合成毒蛋白想一想：要讓棉花細胞合成毒蛋白，要把蘇云金桿菌內(nèi)的什么物質(zhì)轉(zhuǎn)移到棉花細胞？為什么？把蘇云金桿菌的毒蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花細胞，讓棉花合成毒蛋白。為什么毒蛋白基因在棉花細胞中表達后合成的仍然是毒蛋白？共用一套密碼子1.“DNA是遺傳物質(zhì)”的發(fā)現(xiàn)2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立及遺傳信息傳遞方式的認定3.遺傳密碼的破譯基因工程的理論基礎(chǔ)毒蛋白基因（DNA）是遺傳物質(zhì)，指導(dǎo)毒蛋白的合成目的基因我們面對的問題？蘇云金桿菌毒蛋白抗蟲棉1.DNA分子太長（所含基因多，如人的一個DNA分子中含有上千個基因），不易操作2.保證目的基因能表達、能復(fù)制3.DNA分子易被水解基因剪刀基因的針線運輸工具解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要的工具：基因的剪刀：基因的針線：基因的運輸工具：載體，將外源基因運送到細胞（受體細胞）中，并保證目的基因表達和復(fù)制。DNA連接酶限制性核酸內(nèi)切酶基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計施工的。DNA分子的直徑只有2.0nm（粗細只有頭發(fā)絲的十萬分之一），要在如此細小的DNA分子上進行剪切和拼接，是一項非常精細的工作，必須要有專門的工具。一、基因的剪刀——限制性核酸內(nèi)切酶2、功能

特點：能夠識別和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊（脫氧）核苷酸序列的酶。3、結(jié)果：專一性，即一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的位點將DNA分子切斷。（注意切割外來的DNA而不切割自身的DNA）產(chǎn)生粘性末端1、來源：在細菌等微生物內(nèi)。種類很多。切割的本質(zhì)：在特定位點水解磷酸二酯鍵EcoRⅠ切割DNA的實例T磷酸二酯鍵1‘2’3‘4’5‘1‘2’3’4‘5’AAATTGCCTTAAG3’3’5’5’AATTGCCTTAAGEcoRⅠ氫鍵可以自發(fā)斷裂和形成請分別說出上述兩種限制性核酸內(nèi)切酶的識別序列和切割位點？回文結(jié)構(gòu)

書寫重播5’3’5’3’大腸桿菌中EcoRI限制性核酸內(nèi)切酶的作用過程限制性核酸內(nèi)切酶切一次形成幾個粘性末端？產(chǎn)生的2個粘性末端具有什么關(guān)系？

什么叫粘性末端？當(dāng)限制性核酸內(nèi)切酶從識別序列的特定位點切割后，被限制性核酸內(nèi)切酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫粘性末端。

當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。請分別說出上述兩種限制性核酸內(nèi)切酶的識別序列和切割位點？思考題：要想獲得目的基因，其必須含有幾個相應(yīng)限制性核酸內(nèi)切酶的識別位點？可產(chǎn)生幾個粘性末端？目的基因左右各一個識別位點，，產(chǎn)生4個粘性末端。目的基因限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。在目的基因的兩側(cè)各有1個酶Ⅱ的切點。請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后形成的粘性末端。分析限制性核酸內(nèi)切酶的切割作用的一般方法1.將告知的識別序列補充為雙鏈，明確識別序列及其堿基對數(shù)2.根據(jù)切點畫出粘性末端3.對不同限制性內(nèi)切酶的粘性末端進行比較作答DNA連接酶用EcoRⅠ切割后的某一環(huán)狀DNA分子用EcoRⅠ切割后的目的基因二、基因的針線——DNA連接酶1、作用:將具有末端堿基互補的2個DNA片段連接起來，形成重組DNA分子。2、連接的部位:是DNA骨架上的缺口（也就是建立磷酸二酯鍵）3、意義：可以將限制性核酸內(nèi)切酶切割下來的基因（DNA片段）與另外被切割開的DNA分子連接到一起，為“基因重組提供了可能”。G

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GEcolⅠ切割DNA連接酶在脫氧核糖與磷酸基團之間形成

磷酸二酯鍵氫鍵自發(fā)形成DNA連接酶分為兩類：①從大腸桿菌中分離得到：EcoRⅠDNA連接酶，只能將雙鏈DNA片段互補的粘性末端之間連接。②從T4噬菌體中分離到：

T4連接酶，既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補的粘性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端，但連接平末端之間的效率比較低。注意不同點：DNA連接酶是將DNA片段的末端連接起來，形成重組DNA。DNA聚合酶是在復(fù)制過程中將一個個游離的脫氧核苷酸連接形成子鏈上。DNA聚合酶和DNA連接酶有何相同和不同點？相同點：化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，都催化形成磷酸二酯鍵。三、基因的運輸工具——載體1.作用：能將外源基因送入受體細胞。為什么不能將目的基因直接導(dǎo)入受體細胞完成轉(zhuǎn)化呢？2、作為載體的必要條件（特點）：①能夠在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存②能使目的基因表達3、載體種類P4：質(zhì)粒和病毒（噬菌體、動物病毒、植物病毒）最常用的載體——質(zhì)粒P4質(zhì)粒——細菌中獨立于擬核之外能自主復(fù)制的小型雙鏈環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒的分布：細菌、真菌等（最常用的質(zhì)粒：大腸桿菌的質(zhì)粒）具有某些標記基因，便于進行篩選。（如抗生素的抗性基因、具有顏色反應(yīng)的基因等）有多個限制酶酶切位點1.“DNA是遺傳物質(zhì)”的發(fā)現(xiàn)2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立3.遺傳信息傳遞方式的認定基因工程的理論基礎(chǔ)P2基本要求：1.說出基因工程的含義并指出基因工程的主要內(nèi)容；2.說出限制性核酸內(nèi)切酶的含義及作用特點；3.說出DNA連接酶的作用4.簡述質(zhì)粒的含義、特性及其在基因工程中的作用5.解釋限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和質(zhì)粒對誕生基因工程的作用說明：對于限制性內(nèi)切酶，只要求了解教科書中提到的兩種限制性核酸內(nèi)切酶的堿基識別序列和切割位點?；蚬こ痰恼Q生理論基礎(chǔ)技術(shù)保障基因工程的工具（重點）工具酶載體（運載體）：重點掌握質(zhì)粒的含義、特性及作用限制性核酸內(nèi)切酶：含義、作用特點及過程DNA連接酶：作用基因工程的含義及主要內(nèi)容小結(jié)變異類型：操作水平：意義：基因重組DNA分子水平1）基礎(chǔ)理論研究方面：在基因的結(jié)構(gòu)、功能和表達調(diào)控等方面有重要意義2.）生產(chǎn)實踐方面：a.定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。b.實現(xiàn)種間遺傳物質(zhì)的交換（克服遠緣雜交的不親和障礙、或克服生殖隔離）構(gòu)建重組DNA分子核心：請分別說出上述兩種限制性核酸內(nèi)切酶的識別序列和切割位點？練習(xí)：2（2005·天津理綜·31）限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個切點，在目的基因的兩側(cè)各有1個酶Ⅱ的切點。①請畫出質(zhì)粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的粘性末端。

②請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后所形成的粘性末端。

③在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的粘性末端能否連接起來？為什么？可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的粘性末端是相同的（或是可以互補的）基本要求：1.說出基因工程的含義并指出基因工程的主要內(nèi)容。2.說出限制性核酸內(nèi)切酶的含義及作用特點。3.說出DNA連接酶的作用。4.簡述質(zhì)粒的含義、特性及其在基因工程中的作用。發(fā)展要求：解釋限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和質(zhì)粒對誕生基因工程的作用說明：對于限制性內(nèi)切酶，只要求了解教科書中提到的兩種限制性核酸內(nèi)切酶的堿基識別序列和切割位點。單核苷酸鏈的走向不作拓展。能夠在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存具多個限制性核酸內(nèi)切酶切點，以便與外源基因連接。具有某些標記基因，便于進行篩選。（如抗生的抗性基因等）對受體細胞無害3、作為載體的必要條件（特點）：受體細胞④具備易于檢測的標記基因，其中含有抗生素抗性基因（如四環(huán)素的抗性基因）。但天然質(zhì)粒往往不能滿足上述要求，因此需要根據(jù)不同目的和需要，對質(zhì)粒進行人工改造，現(xiàn)在所使用的質(zhì)粒幾乎都是經(jīng)過改造的。

如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制性核酸內(nèi)切酶來切割，會怎樣呢？小型環(huán)狀DNA兩兩結(jié)合，可能形成幾種情況？基因工程作業(yè)中的問題：區(qū)分以下概念例如（1）具有菠菜基因的豬，體內(nèi)不飽和脂肪酸要比一般的豬高約2