高三一轮复习生物：基因工程的基本工具课件.pptx

基因工程基因工程专题专题1青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素青霉素v豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮v家蚕能够吐出蚕丝为人类利用家蚕能够吐出蚕丝为人类利用定向基因改造设想定向基因改造设想 设想设想设想设想一一一一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌能否让细菌能否让细菌能否让细菌“吐出吐出吐出吐出”蚕丝蚕丝蚕丝蚕丝？设想设想设想设想二二二二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？珍贵的药物？珍贵的药物？珍贵的药物？设想设想设想设想三三三三经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于经过多年的努力，科学家于20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代创立年代创立年代创立年代创立了可以了可以了可以了可以定向定向改造生物的新技术改造生物的新技术改造生物的新技术改造生物的新技术基因工程。基因工程。基因工程。基因工程。基因工程的产物基因工程的产物基因工程的产物基因工程的产物基因工程的产物基因工程的产物 基因工程的概念：基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以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。由于基因工程是在生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNADNA重组技重组技重组技重组技术术术术或或基因拼接技术。基因拼接技术。基因拼接技术。基因拼接技术。原理原理操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外 基因基因DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达人类需要的新的生物类型和生物产品人类需要的新的生物类型和生物产品优点：优点：定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状；实现基因在不同物种之间的转移，迅速培育实现基因在不同物种之间的转移，迅速培育出生物新品种出生物新品种基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接，导入拼接，导入拼接，导入拼接，导入棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)表达表达表达表达抗虫基因抗虫基因1、不同生物的基因为什么可以进行、不同生物的基因为什么可以进行拼接拼接2、细菌的基因为什么能够在棉花、细菌的基因为什么能够在棉花 体内表达？体内表达？3、性状的表达与我们从前学过的什、性状的表达与我们从前学过的什么过程有关？么过程有关？1基因拼接的理论基础基因拼接的理论基础(1)大多数生物的遗传物质是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。的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。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。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。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。生物界共用一套遗传密码。基因工程诞生的理论基础基因工程诞生的理论基础抗虫棉的培育有哪些关键步骤？抗虫棉的培育有哪些关键步骤？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取普通棉花普通棉花(无抗虫特性无抗虫特性)棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接，导入导入导入导入棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)表达表达表达表达抗虫基因抗虫基因基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA“缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因进入棉花细胞进入棉花细胞一、一、DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？“分子手术刀分子手术刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶关键步骤一：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来细胞内提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因与运载体抗虫基因与运载体DNA“缝合缝合”关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞抗虫基因进入棉花细胞“分子缝合针分子缝合针”DNADNA连接酶连接酶“分子运输车分子运输车”基因进入受体细胞的基因进入受体细胞的载体载体一、一、DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”来源：来源：主要从主要从原核生物原核生物中分离纯化出来。中分离纯化出来。种类：种类：已从近已从近300种微生物中分离出种微生物中分离出4000种种限制酶。限制酶。作用：作用：1.能够能够识别识别双链双链DNA的某种的某种特定核苷酸序列特定核苷酸序列2.使每一条链中使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之间的两个核苷酸之间的的磷酸二酯键磷酸二酯键断开断开。DNADNA分子分子限制酶切割相邻两个限制酶切割相邻两个脱氧核苷酸之间的脱氧核苷酸之间的磷磷酸二酯键酸二酯键。磷磷酸酸二二酯酯键键一个核苷酸脱氧核糖上第一个核苷酸脱氧核糖上第一个核苷酸脱氧核糖上第一个核苷酸脱氧核糖上第3 3位的位的位的位的羟基与下一个核苷酸脱氧核糖羟基与下一个核苷酸脱氧核糖羟基与下一个核苷酸脱氧核糖羟基与下一个核苷酸脱氧核糖上第上第上第上第5 5位的磷酸羟基脱水缩合成位的磷酸羟基脱水缩合成位的磷酸羟基脱水缩合成位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称酯键，该酯键称酯键，该酯键称酯键，该酯键称3,53,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。磷酸二酯键。磷酸二酯键。一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核苷酸序列核苷酸序列，并且能在并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNA分子。分子。具有具有特异性特异性。作用特点：作用特点：大多数大多数限制酶的识别序列由限制酶的识别序列由6 6个个核苷酸组成核苷酸组成少数的识别序列由少数的识别序列由4 4、5 5或或8 8个核苷酸组成个核苷酸组成限制酶的识别序列：限制酶的识别序列：（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”限制酶的识别序列：限制酶的识别序列：回文序列回文序列EcoRI限制酶的切割：限制酶的切割：中轴线中轴线中轴线中轴线黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端在在在在GG与与与与A A之间切割之间切割之间切割之间切割大肠杆菌的一种限制酶大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别只能识别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。EcoR黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端C C C G G GG G G C C C中轴线中轴线中轴线中轴线SmaI限制酶的切割：限制酶的切割：C C CG G GG G GC C C平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端只能识别只能识别CCCGGG序列序列，并在，并在C和和G之间切开。之间切开。Sma平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端平末端产生产生黏性末端黏性末端或或平末端平末端。限制酶的作用结果：限制酶的作用结果：TGAATCTGAATC53TAATCGGTAATC总结：来源主要来自_种类约种特点识别双链DNA分子的某种_切割特定核苷酸序列中的特定位点作用断裂的两个核苷酸之间的_结果产生或平末端原核生物4000特定核苷酸序列特定部位磷酸二酯键黏性末端（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”以下是两种限制酶切割后形成的以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析：片段，试分析：GC AATTC GC G CG G CG CTTAA (1)其中其中和和 是由一种限制酶切割形成的是由一种限制酶切割形成的 末端。末端。（2）和和 是由另一种限制酶切割形成的是由另一种限制酶切割形成的 末端。末端。反馈练习：反馈练习：如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性相同的黏性(平平)末端末端，然后让两，然后让两者的黏性者的黏性(平平)末端末端黏合黏合起来，就可以合成重起来，就可以合成重组的组的DNA分子了。分子了。思考思考?（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶作用作用:作用原理：作用原理：催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成把切下来的把切下来的DNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNA，即将即将脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸连接起来连接起来.“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶(二二)“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶 限制酶切割后有两种不同的结果，限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，也有两种酶。那么恢复它们的连接时，也有两种酶。黏性末端黏性末端平末端平末端类型：类型：类型类型类型类型EcoliEcoliDNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶来源来源来源来源功能功能功能功能大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体恢复恢复恢复恢复磷酸磷酸磷酸磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键只能连接只能连接只能连接只能连接黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端能连接能连接能连接能连接黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端和和和和平末端平末端平末端平末端(效率较低效率较低效率较低效率较低)相同点相同点相同点相同点差别差别差别差别（二）（二）“分子缝合针分子缝合针”DNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶的作用：聚合酶的作用：ATGCATGC都能催化形成都能催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键都是蛋白质都是蛋白质不需要不需要需要需要形成完整的重形成完整的重组组DNA分子分子形成形成DNA的一条链的一条链基因工程基因工程DNA复制复制DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较只能将单个核苷酸只能将单个核苷酸连接到已有的脱氧连接到已有的脱氧核苷酸单链上，形核苷酸单链上，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键在两个在两个DNADNA片段片段（双链）之间形（双链）之间形成磷酸二酯键成磷酸二酯键基因工程操作的两种工具酶知识拓展：1.1.识别序列的特点：呈现碱基互补对称，识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链双链DNADNA上的碱基是反向对称重复排列的上的碱基是反向对称重复排列的。基因工程操作的两种工具酶知识拓展：2.2.同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端，同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端，相同的黏性末端不一定来自同一种限制酶的切相同的黏性末端不一定来自同一种限制酶的切割，但同样能相互连接。割，但同样能相互连接。1.1.下列说法中不正确的有下列说法中不正确的有()限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的DNADNA连接酶都是从原核生物中分离得到的连接酶都是从原核生物中分离得到的所有限制酶识别的核苷酸序列均由所有限制酶识别的核苷酸序列均由6 6个核苷酸组成个核苷酸组成不同限制酶的识别序列不同不同限制酶的识别序列不同T T4 4DNADNA连接酶可以连接平末端，且连接效率较高连接酶可以连接平末端，且连接效率较高A.B.A.B.C.D.C.D.B练习练习2.2.伯格首先在体外进行了伯格首先在体外进行了DNADNA改造的研究，成功地构建了第改造的研究，成功地构建了第一个体外重组一个体外重组DNADNA分子。下列相关叙述正确的是分子。下列相关叙述正确的是()A.A.不同的不同的DNADNA分子必须用同一种限制酶切割，才能产生相同分子必须用同一种限制酶切割，才能产生相同的黏性末端的黏性末端B.DNAB.DNA连接酶、连接酶、DNADNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合酶和逆转录酶都能催化聚合酶和逆转录酶都能催化形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键C.C.当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNADNA的两条链分的两条链分别切开时，产生的是平末端别切开时，产生的是平末端D.D.限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的作用部位不同连接酶的作用部位不同B将将外源基因外源基因送入送入受体细胞受体细胞。(三三)基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 “分子运输车分子运输车”载体的作用：载体的作用：质粒质粒 噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物动植物病毒等动植物病毒等载体的种类：载体的种类：质粒：质粒：裸露的、结构简单、独立于细菌拟核裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有之外，并具有自我复制自我复制能力的很小的能力的很小的双链双链环状环状DNA分子。分子。(三三)基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 “分子运输车分子运输车”载体必须具备的条件载体必须具备的条件1、如果载体对受体细胞有害将怎样？、如果载体对受体细胞有害将怎样？2、人们如何知道目的基因是否进入受、人们如何知道目的基因是否进入受体细胞？体细胞？3、假如目的基因导入受体细胞后不能、假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？复制将怎样？4、作为载体没有切割位点将怎样？、作为载体没有切割位点将怎样？作为载体的必要条件：作为载体的必要条件：有切割位点有切割位点供外源供外源供外源供外源DNADNA片段片段片段片段(基因基因基因基因)插入。插入。插入。插入。能自我复制能自我复制能够在宿主细胞中复制并稳定地保存能够在宿主细胞中复制并稳定地保存有遗传标记基因有遗传标记基因供重组供重组供重组供重组DNADNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。的鉴定和选择。的鉴定和选择。载体载体DNA必需是安全的必需是安全的不会对受体细胞有害，或不会对受体细胞有害，或不会对受体细胞有害，或不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞不能进入到除受体细胞不能进入到除受体细胞不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。外的其他生物细胞中去。载体载体DNA分子大小应适合分子大小应适合以便提取和在体外进行以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。操作，太大就不便操作。能复制并带着能复制并带着能复制并带着能复制并带着插入的目的基插入的目的基插入的目的基插入的目的基因一起复制因一起复制因一起复制因一起复制有切割位点有切割位点有切割位点有切割位点有标记基因的有标记基因的有标记基因的有标记基因的存在，可用含存在，可用含存在，可用含存在，可用含氨苄青霉素的氨苄青霉素的氨苄青霉素的氨苄青霉素的培养基鉴别。培养基鉴别。培养基鉴别。培养基鉴别。质粒是质粒是独立于细菌拟核独立于细菌拟核DNA之外的一种可之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露以自我复制、双链闭环的裸露DNA分子。分子。1）不属于质粒被选为基因载体的理由是（）不属于质粒被选为基因载体的理由是（）A、能复制、能复制B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点C、具有标记基因、具有标记基因D、它是环状、它是环状DNAD练习练习2）有关基因工程的叙述中，正确的是（）有关基因工程的叙述中，正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列酸序列B、质粒是基因工程中唯一的载体、质粒是基因工程中唯一的载体C、载体必须具备的条件之一是：具有一个、载体必须具备的条件之一是：具有一个或多个限制酶切点，以便与目的基因连接或多个限制酶切点，以便与目的基因连接D、DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键氢键C练习练习限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNADNA连接酶连接酶载体载体DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具总结总结1.1.基因工程的概念基因工程的概念操作环境_操作对象基因操作水平_水平操作原理_操作结果按照人类的需要 改造生物的遗传特性基础梳理夯实教材基础生物体外DNA分子基因重组定向2.2.基因工程的诞生基因工程的诞生(1)理论基础是遗传物质的证明。DNA双螺旋结构和的确立。遗传密码的破译：所有生物共用一套。(2)技术支持基因转移载体的发现：质粒有能力，并且可以在细菌细胞间转移。工具酶的发现：陆续发现了多种限制酶、连接酶以及逆转录酶。DNA合成和测序技术、体外重组技术的实现。重组DNA表达实验的成功。DNA中心法则遗传密码自我复制1.请列举基因重组的类型。深化探究解决问题疑难提示(1)真核生物有性生殖过程中，减数分裂时发生的基因重组：交叉互换型、自由组合型。(2)肺炎双球菌转化实验中发生的基因重组：S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌。(3)基因工程是人工操作导致的基因重组。2.为什么不同生物的DNA可拼接在一起？提示几乎所有生物的DNA分子都是由4种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构。3.一种生物的基因可在不同生物体内表达的原因是什么？提示所有生物都共用一套遗传密码。4.目的基因为什么可在受体细胞内独立表达？提示基因是控制生物性状的结构和功能单位，具有相对独立性。1 1.限制性核酸内切酶“分子手术刀”基础梳理夯实教材基础来源主要来自_种类约 种特点识别双链DNA分子的某种_切割特定核苷酸序列中的特定位点作用断裂 的两个核苷酸之间的_结果产生 或平末端原核生物4000特定核苷酸序列特定部位磷酸二酯键黏性末端2 2.DNA连接酶“分子缝合针”(1)作用：将“缝合”起来，恢复被切开的两个核苷酸之间的。(2)种类种类来源特点 DNA连接酶_只能“缝合”具有 的双链DNA片段，不能“缝合”双链DNA片段的平末端T4DNA连接酶T4噬菌体既可以“缝合”双链DNA片段互补的 ，又可以“缝合”双链DNA片段的_双链DNA片段限制酶磷酸二酯键Ecoli大肠杆菌互补黏性末端黏性末端平末端1.请列举与DNA相关的酶。提示限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、DNA(水解)酶、解旋酶。深化探究解决问题疑难2.有同学认为，与DNA相关的酶的作用部位都是磷酸二酯键，你同意他的观点吗？提示不同意。解旋酶的作用部位是氢键。3.请依次写出上述与DNA相关的酶的作用结果。提示限制酶可将DNA切成两个片段；DNA连接酶可将两个DNA片段连接为一个DNA分子；DNA聚合酶可将单个脱氧核苷酸依次连接到DNA单链末端上；DNA(水解)酶可将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸；解旋酶可将双链DNA分子局部解旋为单链。1.1.种类：种类：质粒、的衍生物、动植物病毒等。2.2.常用载体常用载体质粒质粒(1)本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有_能力的很小的双链环状DNA分子。(2)质粒作为载体所具备的条件及原因基础梳理夯实教材基础条件原因稳定并能_能使目的基因稳定存在且数量可扩增有一个至多个 位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的_便于重组DNA的_无毒害作用对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤噬菌体自我复制自我复制或整合到染色体DNA上限制酶切割标记基因鉴定和选择(3)作用作为运输工具，将目的基因导入。质粒携带在受体细胞内大量复制。受体细胞目的基因下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图探究以下问题：DNA深化探究解决问题疑难1.a代表的物质和质粒都能进行自我复制，它们的化学本质都是。2.某目的基因切割末端为，为使质粒和目的基因连接在一起，质粒应有的一段核苷酸序列及被限制酶切割的末端分别是什么？提示ACGCGTCGCGTTGCGCA；A3.氨苄青霉素抗性基因，能控制某物质的合成，该物质能抵抗氨苄青霉素，使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活。因此，氨苄青霉素抗性基因在基因工程载体上能起什么作用？提示用作标记基因，供重组DNA的鉴定与选择。4.由以上分析总结作为载体必须具备哪些条件？提示作为载体必须具备的条件：(1)必须有一个至多个限制酶切割位点；(2)必须具备自我复制的能力；(3)必须有标记基因。提示：迄迄今今为为止止，基基因因工工程程中中使使用用的的限限制制酶酶绝绝大大部部分分都都是是从从细细菌菌或或霉霉菌菌中中提提取取出出来来的的，它它们们各各自自可可以以识识别别和和切切断断DNADNA上上特特定定的碱基序列。的碱基序列。细细菌菌中中限限制制酶酶之之所所以以不不切切断断自自身身DNADNA，是是因因为为微微生生物物在在长长期期的的进进化化过过程程中中形形成成了了一一套套完完善善的的防防御御机机制制，含含有有某某种种限限制制酶酶的的细细胞胞，其其DNADNA分分子子中中或或者者不不具具备备这这种种限限制制酶酶的的识识别别切切割割序序列列，或或者者通通过过甲甲基基化化酶酶将将甲甲基基转转移移到到所所识识别别序序列列的的碱碱基基上上，使使限限制制酶酶不不能能将将其其切切开开。这这样样，尽尽管管细细菌菌中中含含有有某某种种限限制制酶酶也也不不会会使使自自身的身的DNADNA被切断，并且可以防止外源被切断，并且可以防止外源DNADNA的入侵的入侵（第7页）思考与探究：2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？提示：基基因因工工程程中中作作为为载载体体使使用用的的DNA分分子子很很多多都都是是质质粒粒（plasmid），即即独独立立于于细细菌菌拟拟核核处处染染色色体体DNA之之外外的的一一种种可可以以自自我我复复制制、双双链链闭闭环环的的裸裸露露的的DNA分分子子。是是否否任任何何质质粒粒都都可可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。（1）载载体体DNA必必需需有有一一个个或或多多个个限限制制酶酶的的切切割割位位点点，以以便便目目的的基基因因可可以以插插入入到到载载体体上上去去。这这些些供供目目的的基基因因插插入入的的限限制制酶酶的的切切点点所所处处的的位位置置，还还必必须须是是在在质质粒粒本本身身需需要要的的基基因因片片段段之之外外，这这样才不至于因目的基因的插入而失活。样才不至于因目的基因的插入而失活。（2）载载体体DNA必必需需具具备备自自我我复复制制的的能能力力，或或整整合合到到受受体体染染色色体体DNA上上随随染染色色体体DNA的的复复制制而同步复制。而同步复制。（3）载体载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。（4）载载体体DNA必必需需是是安安全全的的，不不会会对对受受体体细细胞胞有有害害，或或不不能能进进入入到到除除受受体体细细胞胞外外的的其其他他生生物物细胞中去。细胞中去。（5）载体载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实实际际上上自自然然存存在在的的质质粒粒DNA分分子子并并不不完完全全具具备备上上述述条条件件，都都要要进行人工改造后才能用于基因工程操作。进行人工改造后才能用于基因工程操作。3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示：迄今为止，所发现的迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链连接酶都不具有连接单链DNA的能力的能力4.DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？提示：原原核核生生物物容容易易受受到到自自然然界界外外源源DNA的的入入侵侵，但但是是，生生物物在在长长期期的的进进化化过过程程中中形形成成了了一一套套完完善善的的防防御御机机制制，以以防防止止外外来来病病原原物物的的侵侵害害。限限制制酶酶就就是是细细菌菌的的一一种种防防御御性性工工具具，当当外外源源DNA侵侵入入时时，会会利利用用限限制制酶酶将将外外源源DNA切切割割掉掉，以以保保证证自自身身的的安安全全。所所以以，限限制制酶酶在在原原核核生生物物中中主主要要起起到到切切割割外外源源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。、使之失效，从而达到保护自身的目的。寻根问底：寻根问底：1.根根据据你你所所掌掌握握的的知知识识，你你能能分分析析出出限限制制酶酶存存在在于于原原核核生生物物中中的的作作用用是是什么吗什么吗？提示：不是一回事。不是一回事。DNADNA连接酶连接酶是连接双链是连接双链DNADNA的缺口（的缺口（nicknick），而不能连接单链），而不能连接单链DNADNA。DNADNA连接酶连接酶和和DNADNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3 3位碳原子位碳原子上的羟基与上的羟基与5 5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？别主要表现在什么地方呢？（1 1）DNADNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的33末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNADNA连接酶是在两个连接酶是在两个DNADNA片片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNADNA片段之间形成片段之间形成磷酸二酯键。磷酸二酯键。（2 2）DNADNA聚合酶是以一条聚合酶是以一条DNADNA链为模板，将单个核苷酸通过磷链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的酸二酯键形成一条与模板链互补的DNADNA链；而链；而DNADNA连接酶是将连接酶是将DNADNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNADNA连接酶不需要模板。连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。相同。寻根问底：2.DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？聚合酶是一回事吗？为什么？抗生素选择原理抗生素选择原理受体菌因受体菌因不带有抗生素抗性基因不带有抗生素抗性基因，不能在含抗生，不能在含抗生素的培养基中生长。素的培养基中生长。当带有当带有抗生素抗性基因抗生素抗性基因的的载体载体进入受体菌后，受进入受体菌后，受体菌具有的抗性，能生长。体菌具有的抗性，能生长。双标记基因双标记基因在质粒的抗四环素基因在质粒的抗四环素基因上插入目的基因后，导上插入目的基因后，导致抗四环素基因失活，致抗四环素基因失活，变成只对氨苄青霉素有变成只对氨苄青霉素有抗性，这样就可以通过抗性，这样就可以通过对抗生素是对抗生素是双抗双抗还是还是单单抗抗来筛选含重组质粒的来筛选含重组质粒的受体菌。受体菌。