DNA重组技术的基本工具

专题1 基因工程基因工程是指按照人 们的愿望，进行严格 的设计，并通过体外 DNA重组和转基因等技 术，赋予生物以新的 遗传特性，从而创造 出更符合人们需要的 新的生物类型和生物 产品。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。

能否培养出具有抗虫 性状的抗虫棉呢？

胰岛素是治疗糖尿病的特效药,长期以来只 能从猪、牛等动物的胰腺中提取，产量低 成本高。 而微生物生长迅速，容易控制。于是科学 家设想，若能将人的胰岛素基因导入微生 物体内，并得以表达，就不仅能解决产量 问题，还能大大降低生产成本，使药品价 格大幅下降。 能否让微生物产生出人的 胰岛素等珍贵药物？

这些定向改造生物的设想能 实现么？ 经过多年的努力，科学家 终于在20世纪70年代创立了 可以定向改造生物的新技术

——基因工程

一、基因工程的概念：优点： 又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通 俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物 定向地改造生物的遗传性状； 的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后 实现基因在不同物种之间的转移，迅速培育 放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物 出生物新品种 的遗传性状。原理 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果 基因重组 生物体外 基因/DNA 分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类需要的基因产物

一、基因工程诞生的理论基础1.基因拼接的理论基础(1)大多数生物的遗传物质是DNA。

(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

2.外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。 (2)遗传信息的传递都遵循中心法则。 (3)生物界共用一套遗传密码。

基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌提取

普通棉花(无抗虫特性)与运载体DNA拼接，导入

抗虫基因

棉花细胞(含抗虫基因)表达

棉花植株(有抗虫特性)

解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？

DNA重组技术的基本工具“分子手术刀” ──限制酶 “分子缝合针” ──DNA连接酶 “分子运输车” ──基因进入受体细胞的载体

自主学习阅读课本4-5页“限制性核酸内切酶—— 分子手术刀”的相关内容，填写下表来源 种类 作用主要从原核生物中分离纯化而来 已经分离出大约4000种 1、识别双链DNA分子的某种特定核 苷酸序列 2、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。

作用结 果

形成两种末端：黏性末端或 平末端

脱氧核苷酸的结构

5’ 4’ 3’ 1’ 2’

磷酸二酯键5’

A1

’

5’端

3’端

4’3’ 2’

3’,5’-磷 酸二酯 键

5’ 4’ 3’

G1’ 2’

5’端 3’端

限制酶的识别序列仔细观察各限制酶 识别的特定序列有 何 特点？限制酶所识别的序列的特点是： 呈现碱基互补对称，无论是6个 碱基还是4个碱基，都可以找到 一条中心轴线，中轴线两侧的 双链DNA上的碱基是反向对称 重复排列的 ，称为回文序列

EcoRI限制酶的作用大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)只能识别GAATTC 序列，并在G和A之间切开。 在G与A之 间切割 中轴线

EcoRI限制酶的切割黏性末端被限制酶切开的DNA两条 单链的切口，带有几个伸出的 核苷酸，他们之间正好互补配 对，这样的切口叫黏性末端。

黏性末端

SmaI限制酶的作用SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。在G与C之 间切割

中轴线

SmaI限制酶的切割当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时， 切开的DNA两条单链的切口，是平整的， 这样的切口叫平末端。

平末端

平末端

寻根问底你能推测限制酶存在于原核生物中的 为什么限制酶不剪切细菌本身的 DNA? 作用是什么吗？原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物 通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 的细胞，其 DNA分子中不具备这种限制酶 制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲 菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会 基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切 种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并 割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的 且可以防止外源 DNA 的入侵。 目的。

反馈练习：以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析： ①GC… ②AATTC… ③ …GC ④ …CTTAA CG… G… …CG …G (1)其中①和 是由一种限制酶切割形成的 末端，两者要重组成一个DNA 分子，所用DNA连接 酶通常是 。 (2) 和 是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形成重组DNA片段，所用的连接酶通常 是 。

自主学习阅读课本第5页“分子缝合针”—— DNA连接酶的相关内容，填写下表

类型

来源

功能相同点 差别

E· coliDNA连接酶 大肠杆菌 恢复磷 只能连接黏性末端 酸二酯 能连接黏性末端和 T4DNA连接酶 T4噬菌体 键 平末端(效率较低)