第一章 基因工程-第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生

1 第一章 基因工程一、工具酶的发现和基因工程的诞生1、基因工程的概念：（1）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。

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）基因工程：就是把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。

基因工程的核心是构建重组DNA 分子。

由于基因工程是在DNA 分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA 重组技术。

重组技术。

（3）基因工程诞生的理论基础：DNA 是遗传物质的发现过程、DNA 双螺旋结构的确立、遗传信息传递方式的认定。

双螺旋结构的确立、遗传信息传递方式的认定。

2、基因工程的基本工具（1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶） ① 来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

② 功能：能够识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并能切割（使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开），因此具有专一性。

例如：某种限制性核酸内切酶能识别的序列是GAATTC,GAATTC,能在能在G 和A 之间切割DNA DNA，如，如下图所示。

下图所示。

黏性末端黏性末端③ 结果：能将DNA 分子切割成许多不同的片段。

分子切割成许多不同的片段。

备注：不同DNA 分子用同一种限制性核酸内切酶切割形成的黏性末端都相同；同一个分子用同一种限制性核酸内切酶切割形成的黏性末端都相同；同一个 DNA 分子用不同限制性核酸内切酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

分子用不同限制性核酸内切酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（2）“分子缝合针”——DNA 连接酶 ① 作用：将具有末端碱基互补的2个DNA 片段连接在一起（缝合磷酸二酯键）形成的D NA 分子称为重组DNA 分子。

第一章基因工程概述第一节基因工程的诞生和发展一、基因1．Mendel的遗传因子阶段Mendel . (1822-1884). 1856-1864豌豆杂交实验。

1866年发表论文，提出分离规律和独立分配规律1900年Mendel遗传规律被重新发现遗传学的元年Mendel提出：生物的某种性状是由遗传因子负责传递的。

是颗粒性的，体细胞内成双存在，生殖细胞内成单存在。

遗传因子是决定性状的抽象符号。

2．Morgan的基因阶段1909年丹麦遗传学家Yohannsen (1859-1927)发表了“纯系学说”首先提出了“基因”的概念，代替了Mendel “遗传因子”的概念。

但没有提出基因的物质概念。

1910年以后，Morgan .等提出了基因的连锁遗传规律。

说明了基因是在染色体上占有一定空间的实体。

基因不再是抽象符号，被赋予物质内涵。

3．顺反子阶段1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）概念：顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1条多肽链。

4.现代基因阶段（1）操纵子启动基因＋操纵基因＋结构基因（2）跳跃基因指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方，它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个位置。

（3）断裂基因1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。

（4）假基因不能合成出功能蛋白质的失活基因。

（5）重叠基因不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的即重叠的。

现代对基因的定义是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。

二、基因工程的诞生一般认为1973年是基因工程诞生的元年（S. Cohen等获得了卡那霉素和四环素双抗性的转化子菌落)理论上的三大发现和技术上的三大发明对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。

（一）DNA是遗传物质被证实1944年，Avery .利用肺炎双球菌转化实验1944年，美国洛克菲勒研究所的Oswald Avery等公开发表了改进的肺炎双球菌实验结果。

《工具酶的发现和基因工程的诞生》讲义在生命科学的漫长发展历程中，工具酶的发现无疑是一座重要的里程碑，它为基因工程的诞生奠定了坚实的基础。

基因工程，这个改变了人类对生命认知和干预能力的科学领域，正以前所未有的速度影响着我们的生活。

要理解基因工程，首先得从工具酶说起。

工具酶，顾名思义，是在生物技术中起着关键作用的酶类。

它们就像是一把把精准的“分子手术刀”，能够在特定的位置对 DNA 分子进行切割、连接、修饰等操作。

限制性内切酶是最早被发现的重要工具酶之一。

20 世纪 60 年代，科学家们在研究细菌的防御机制时，意外地发现了这种能够识别特定DNA 序列并进行切割的酶。

这一发现就如同打开了一扇通往微观世界的新大门。

限制性内切酶能够在 DNA 分子的特定位置进行切割，产生具有粘性末端或平末端的 DNA 片段。

这些切割产生的片段为后续的基因操作提供了便利。

DNA 连接酶则是另一种不可或缺的工具酶。

它能够将两个具有互补粘性末端或平末端的 DNA 片段连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。

有了限制性内切酶和 DNA 连接酶，科学家们就能够对 DNA 进行切割和拼接，实现基因的重组。

除了这两种酶，还有许多其他的工具酶在基因工程中发挥着重要作用。

例如，DNA 聚合酶能够以 DNA 为模板合成新的 DNA 链；反转录酶能够将 RNA 逆转录为 DNA；核酸酶能够降解 DNA 或 RNA 等。

有了这些强大的工具酶，基因工程的诞生也就水到渠成了。

基因工程，简单来说，就是按照人们的意愿，将不同生物的基因进行重新组合，创造出具有新的遗传性状的生物。

基因工程的诞生给人类带来了巨大的影响。

在农业领域，通过基因工程技术，我们可以培育出具有抗病虫害、抗逆性强、产量高的农作物新品种。

比如，抗虫棉的培育就是基因工程在农业上的成功应用之一。

科学家们将一种能够产生杀虫蛋白的基因导入棉花植株中，使棉花获得了抗虫的能力，减少了农药的使用，既保护了环境，又提高了棉花的产量和质量。

自我小测1．限制性内切酶破坏的是哪种化学键( ）A．氢键B．磷酸二酯键C．高能磷酸键D．肽键2．实施基因工程要把所需目的基因从供体细胞中分离出来,这要利用限制性核酸内切酶。

有一种限制酶只能识别DNA分子中的GAATTC序列，并在G和A之间进行切割，这是利用了酶的( ) A．高效性B．专一性C．多样性D．催化活性易受外界条件影响3．下列关于限制性核酸内切酶的叙述中，错误的是( ）A．它能在特殊位点切割DNA分子B．同一种限制酶切割不同的DNA产生的粘性末端能够很好地进行碱基互补配对C．它能任意切割DNA,从而产生大量的DNA片段D．每一种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列4．下列关于限制酶和DNA连接酶的理解正确的是（）A．其化学本质都是蛋白质B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C．在基因工程操作中，可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶D．它们不能被反复使用5．下列不是基因工程中载体的特点是( )A．能进行自我复制B．有适宜的限制性内切酶酶切位点C．具有抗性标记基因等D．组成的基本单位是核糖核苷酸6．如下图，两个核酸片段在适宜条件下,经X酶的催化作用,发生下述变化,则X酶是( ）A．DNA连接酶B．RNA聚合酶C．DNA聚合酶D．限制酶7．下列关于基因工程的叙述,错误的是( )A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达8．下列说法正确的是( ）A．限制酶广泛存在于动植物体内，微生物内很少分布B．限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列C．质粒是基因工程中唯一用作目的基因导入细胞的载体D．利用质粒在宿主细胞内对目的基因进行大量扩增的过程可以称为克隆9．限制酶是一种核酸切割酶,可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。

第一章基因工程基因工程是狭义的遗传工程，遗传工程的核心是构建重组DNA分子。

基因工程也称为“重组DNA技术”。

第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因工程的理论基础：DNA是遗传物质，DNA的双螺旋结构，以及遗传信息的传递方式。

基因工程的技术保障：限制性核酸内切酶，DNA连接酶和质粒载体发现与应用。

一、限制性核酸内切酶：能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。

（平末端和黏性末端）限制性核酸内切酶可作为切割DNA分子的手术刀，它的发现和应用，使DNA重组成为可能。

二、DNA连接酶：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成的DNA分子称为重组DNA分子。

DNA连接酶具有缝合DNA片段的作用。

三、质粒：能够自主复制的双链环状DNA分子，它们在细菌中以独立于大型DNA分子之外的方式存在，是一种特殊的遗传物质。

最常用的是大肠杆菌的质粒，其含有抗生素抗性基因。

标志基因工程诞生的试验：通过重组，使大肠杆菌同时具有四环素和卡那霉素的抗性。

四、基因工程的载体载体是运载外源DNA进入宿主细胞的车子，即运载工具。

除质粒外，基因工程载体还有入噬菌体、植物病毒和动物病毒。

入噬菌体：将外源基因载入大肠杆菌等宿主细胞。

植物病毒：将外源基因带入植物细胞。

动物病毒：将外源基因带入动物细胞。

第二节基因工程的原理和技术基因工程的基本原理是让人们感趣的基因（目的基因）在宿主细胞中稳定和高效表达。

基因工程的基本要素：工具酶、目的基因、载体和宿主细胞。

基因工程的基本操作步骤：A目的基因的获得；B重组DNA的形成；C重组DNA导入受体细胞（宿主细胞）；D筛选含有目的基因的受体细胞；E目的基因的表达。

一、获得目的基因目的基因序列已知：化学合成方法合成目的基因，PCR扩增目的基因。

目的基因序列未知：构建基因文库。

二、形成重组DNA分子用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体，两者形成相同的黏性末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起，形成重组DNA分子。

高中生物选修3(浙科版)知识点总结第一章基因工程一、工具酶的发现和基因工程的诞生1.基因工程的概念基因工程是将一种生物的基因转移至另一种生物体中，使其产生需要的基因产物或获得新的遗传性状。

基因工程的核心是构建重组DNA分子。

2.基因工程的基本工具限制性核酸内切酶（限制酶）是“分子手术刀”，能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并切割使其断开，具有专一性。

DNA连接酶是“分子缝合针”，将具有末端碱基互补的DNA片段连接在一起形成重组DNA分子。

载体是“分子运输车”，具有自我复制能力的双链环状DNA分子，能在受体细胞中复制并稳定保存，供外源DNA片段插入和重组DNA鉴定和选择。

二、基因工程的原理和技术基因工程的基本原理是让目的基因在宿主细胞中稳定和高效地表达。

为了实现基因工程，需要准备多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等基本要素，并按照一定的程序进行操作：目的基因的获得、重组DNA的形成、重组DNA导入受体细胞（宿主细胞），筛选含有目的基因的受体细胞、基因表达。

目的基因的获得有两种方法：一种是目的基因的序列已知，可以用化学方法合成目的基因，或者用聚合酶链式反应（PCR）扩增目的基因；另一种是目的基因的序列未知，需要建立一个包括目的基因在内的基因文库，从中寻找目的基因。

形成重组DNA分子的方法是使用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA，然后用DNA连接酶将它们连接在一起，形成重组DNA分子。

将重组DNA分子导入受体细胞的方法是使用适当的方法将形成的重组DNA分子转移到合适的受体细胞中，常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。

筛选含有目的基因的受体细胞需要使用选择性培养基进行筛选，因为并不是所有细胞都能接纳重组DNA分子。

最后，目的基因在宿主细胞中表达，能产生人们需要的功能物质。

基因工程的核心是构建重组DNA分子，而DNA的遗传信息传递方式的认定、限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现与应用为基因工程提供了技术上的保障。