高中生物之基因工程
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第33讲 基因工程
[考纲要求] 1.工具酶的发现和基因工程的诞生(a)。2.基因工程的原理和技术(b)。3.基因工程的应用(a)。4.活动：提出生活中的疑难问题，设计用基因工程技术解决的方案(c)。
考点一 基因工程的含义及操作工具
1.基因工程的诞生
(1)概念：基因工程是狭义的遗传工程。广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。
(2)核心：构建重组DNA分子，早期也将基因工程称为重组DNA技术。
(3)诞生时间：20世纪70年代。
(4)理论基础：DNA是生物遗传物质的发现，DNA双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定。
(5)技术保障：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现和运用。
2.基因工程的基本工具
2 归纳总结 与DNA有关的酶的比较
项目
作用底物
作用部位
形成产物
限制性核酸内切酶 DNA分子 磷酸二酯键 粘性末端或平末端
DNA连接酶 DNA片段 磷酸二酯键 重组DNA分子
DNA聚合酶 脱氧核苷酸 磷酸二酯键 子代DNA
DNA解旋酶 DNA分子 碱基对间的氢键 形成脱氧核苷酸单链
DNA(水解)酶 DNA分子 磷酸二酯键 游离的脱氧核苷酸
(1)限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因( × )
(2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来( × )
(3)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体( √ )
(4)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达( √ )
(5)DNA连接酶能够将任意2个DNA片段连接在一起( × )
观察下图所示过程，回答需要的工具酶及相关问题：
(1)①是限制性核酸内切酶，②是DNA连接酶，二者的作用部位都是磷酸二酯键。
(2)限制性核酸内切酶不切割自身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)说明限制性核酸内切酶有何特性？具有专一性。
1.科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并使其成功地在大肠杆菌中得以表达。但在进行基因工程的操作过程中，需使用特定的限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—，据图回答：
3 (1)过程①表示的是采用________的方法来获取目的基因。
(2)根据图示分析，在形成重组DNA分子的过程中，应用限制性核酸内切酶_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)切割质粒，用限制性核酸内切酶_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)切割目的基因。
(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是__________________。
(4)人体的生长激素基因能在大肠杆菌体内成功表达出人的生长激素是因为_____________。写出目的基因导入大肠杆菌中后表达的过程：__________________________________。
答案 (1)逆转录 (2)Ⅰ Ⅱ (3)人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同 (4)人与细菌共用一套(遗传)密码子 生长激素基因――→转录mRNA――→翻译生长激素
解析 (2)根据图示分析可知，目的基因插入了质粒中四环素抗性基因的内部，而该位置有限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列，因此在形成重组DNA分子过程中，应用限制性核酸内切酶Ⅰ切割质粒；而目的基因的两侧均含有能被限制性核酸内切酶Ⅱ识别的碱基序列，所以用限制性核酸内切酶Ⅱ切割目的基因。用限制性核酸内切酶切割目的基因和载体后形成的末端按碱基互补配对原则进行连接。(3)人的基因之所以能与大肠杆菌DNA分子进行重组，是因为人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同。(4)人体的生长激素基因能在大肠杆菌体内成功表达是因为人和大肠杆菌共用一套(遗传)密码子；目的基因导入大肠杆菌中后表达的过程为生长激素基因――→转录mRNA――→翻译生长激素。
2.(2018·金丽衢十二校联考)下表是几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制性核酸内切酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：
限制酶 BamHⅠ BclⅠ Sau3AⅠ HindⅢ
识别序列及切割位点 ↓
G GATC C
C CTAG G
↑ ↓
T GATC A
A CTAG T
↑ ↓
GATC
CTAG
↑ ↓
A AGCT T
T TCGA A
↑
(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用____________两种限制性核酸内切酶切割，
4 酶切后的载体和目的基因片段，通过________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于________态的大肠杆菌中。
(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________。
(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为_____，对于该部位，这两种酶_____(填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。
(4)若用Sau3AⅠ切图1质粒，最多可能获得________种大小不同的DNA片段。
(5)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_____。
答案 (1)BclⅠ和HindⅢ DNA连接 感受
(2)四环素 引物甲和引物丙
(3)T GATC CA CTAG G或G GATC AC CTAG T 都不能
(4)7
(5)受体细胞
解析 (1)分析4种限制性核酸内切酶识别的序列可知：BamHⅠ和BclⅠ的识别序列中含有Sau3AⅠ的识别序列，这三种酶切割DNA后可以产生相同的粘性末端。为保证质粒上含有标记基因，切割质粒时不能选用BamHⅠ和Sau3AⅠ，应选用BclⅠ和HindⅢ两种限制性核酸内切酶切割；酶切后的载体和目的基因片段，需用DNA连接酶连接形成重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于感受态的大肠杆菌中。(2)重组质粒中四环素抗性基因结构完整，氨苄青霉素抗性基因结构被破坏，在筛选平板培养基中添加四环素可以筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌。根据图2可知，PCR扩增该目的基因时，需用引物甲和引物丙两种引物。(3)BamHⅠ酶切产生的粘性末端为—G—CCTAG和GATCC— G—，BclⅠ酶切产生的粘性末端为GATCA— T—和—T—ACTAG，经DNA连接酶连接后，连接部位的6个碱基对序列为G GATC AC CTAG T或T GATC CA CTAG G，该部位的序列不能被BamHⅠ和BclⅠ识别，因此不能被这两种酶切开。(4)图1质粒中含有Sau3AⅠ酶的3个识别序列，如图(A、B、C分别表示相邻切点间的DNA片段)：
用Sau3A Ⅰ酶切，若在一个切点处切割可得到：B＋C＋A、C＋A＋B、A＋B＋C三种DNA片段(但其大小相同)；若在两个切点处切割可得到：A、B＋C、A＋C、B、A＋B、C六种
