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人教版高中生物选修三
知识点梳理
重点题型（常考知识点）巩固练习
基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具
【学习目标】
1、了解基因工程的诞生及概念。 2、知道基因的结构。
3、简述DNA重组技术所需三种基本工具及其应用（重点、难点）。 【要点梳理】
要点一、基因工程概述 基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 操作过程 结果 基因拼接的理论基础 基因拼接技术或DNA重组技术 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 ①DNA是生物的主要遗传物质； ②DNA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。 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生物界公用一套遗传密码子。 外源基因在受体内表达的理论基础
要点二、基因工程的诞生
【课程：基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具 369163 基因工程的诞生】 1.遗传基础理论的重大突破
艾弗里、赫尔希、蔡斯等人证明DNA是遗传物质 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构
1958年，梅塞尔森和斯塔尔证明DNA的半保留复制 1963~1967年，尼伦伯格、马太、霍拉纳破译遗传密码 中心法则的提出和完善指出遗传信息在大分子间的传递 2.技术发明使基因工程的实施成为可能
技术上三大发明：
⑴基因转移载体的发现——1967年，T.F.Roth（罗思）&D.R.Helinski（海林斯基）发现质粒的自我复制能力，并能够在细菌之间转移。
⑵工具酶的发现——1972年， H.C. Smith 、W.Arber & D.Nathans从流感嗜血杆菌中分离得到限制性内切酶；
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1970年， 逆转录酶的发现使真核细胞的 基因制备成为可能；此后，多种限制酶和连接酶被发现。 ⑶DNA体外重组的实现—1972年， 美国 Berg 第一次构建出了体外重组DNA分子。
重组DNA表达实验的成功—1973年，H.Boyer & S.Cohen选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC101，使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA。 3.技术进一步推动基因工程的发展：
⑴第一例转基因动物和转基因植物问世
1980 年，科学家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。
1983年，科学家采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因烟草。 ⑵PCR技术的发明
1988年， 美 K.Mullis发明PCR技术，使基因工程进一步发展。
三、基因的结构【课程：基因工程（一）基因的结构和基因工程的基本工具 369163 基因的结构 】 1.原核细胞基因结构
2.真核细胞基因结构
四、基因工程的工具
1.“分子的手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶） （1）存在：主要存在于原核生物中。
（2）特点：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的切点上切割DNA分子。它具有专一性，表现在两个方面
①识别双链DNA中特定的核苷酸序列。
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②切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如EcoRI酶的切割序列（如下图）。
（3）作用部位：限制酶切割DNA分子时被断开的是DNA链中的磷酸二酯键（连接相邻脱氧核苷酸的键）：而不是碱基间的氢键，如下图所示：
（4）结果：切割形成的DNA片段产生两种末端，如下图所示：
要点诠释：
在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，但对自己的DNA没有损害作用。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶，简称限制酶。限制酶是基因工程中重要的切割工具，科学家已经从原核生物中分离出了许多种限制酶并且已经商品化，在基因工程中广泛使用。
2.“分子的缝合针”——DNA连接酶
（1）种类：根据DNA连接酶的来源不同，可分为两类：
①E·coli DNA连接酶：来源于大肠杆菌，能将具有黏性末端的DNA片段连接起来，而不能将具有平末端的DNA片段连接起来。
②T4DNA连接酶：来源于T4噬菌体，既能将具有黏性末端的DNA片段连接起来，也能将具有平末端的DNA片段连接起来。
（2）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，即连接的是DNA片段每条单链中两相邻的核苷酸之间的磷酸二酯
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键。如下图所示：
（3）与DNA相关的几种酶的比较 项目 种类 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA（水解酶） DNA解旋酶 作用底物 DNA分子 DNA分子片段 脱氧核苷酸 DNA分子 DNA分子 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对之间的氢键
作用结果 形成粘性末端或平末端 形成重组DNA分子 形成新的DNA分子 形成脱氧核苷酸 形成单链DNA分子
3.“分子运输车”——载体 （1）作用：
①为运输工具，将目的基因导入受体细胞中去。 ②利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 （2）载体必须具备的三个条件：
①能在受体细胞内稳定保存并大量复制。
②有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 ③具有某些标记基因，以便进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。 （3）种类：
①细菌的质粒，它是细菌拟核DNA以外、并且具有自我复制能力双链环状DNA分子（一般有1kb～200 kb，kb为千碱基对），有的细菌只有一个，有的细菌有多个。 ②入噬菌体的衍生物。 ③动植物病毒。
④一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。
【典型例题】
类型一：基因工程概述
例1、（2014 江苏高考）下列关于基因工程技术的叙述，错误的是 ．．
A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列 B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应 C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因
D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 【答案】ABC
【解析】限制性核酸内切酶大多是特异性识别6个核苷酸序列，但也有识别序列由4、5或8个核苷酸组成的， A错误；PCR中耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，B项错误；载体质粒上抗生素抗性基因可作为标
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