2025届高三二轮复习课件：基因工程+

专题1基因工程基因工程：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，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，因此又叫作DNA

重组技术。优点：(1)克服远缘杂交不亲和障碍(与杂交育种相比)(2)定向改造生物的遗传性状(与诱变育种相比)●DNA是遗传物质的证明1944年，艾弗里(0.Avery)

等人通过不同类型肺炎双球菌的转化实验，不仅证明了生

物的遗传物质是DNA,

还证明了DNA

可以从一种生物个

体转移到另一种生物个体。艾弗里等人的工作可以说是基

因工程的先导。●DNA双螺旋结构和中心法则的确立

1953年，沃森

(J.D.Watson)

和克里克(F.Crick)

建立了DNA双螺旋结构模型。1958年，梅塞尔松(M.Meselson)

和斯塔尔(F.Stahl)

用实验证明DNA

的半保留复制。随后不久确立的中心法

则，解开了DNA

复制、转录和翻译过程之谜，阐明了遗传

信息流动的方向。●遣传密码的破译

1963年，尼伦伯格

(M.W.Nienberg)和马太(H.Matthaei)破译编码氨基酸的遗传密码。1966年，霍拉纳(H.G.Khorana)用实验证实了尼伦伯

格提出的遣传密码的存在。这些成果不仅使人们认识到，自然界中从微生物到人类共用一套遗传密码，而且为基因

的分离和合成等提供了理论依据。理论：1.不同生物之间的遗传物质是否相同?能否进行转移?2.抗虫基因进入棉花细胞后能否存在?

能否表达?3.抗虫基因在棉花细胞中表达出来的蛋白质与之前是否相同?基

因

工

程的

诞生与发操

作

：

●基因转移载体的发现

1967年，罗思(T.F.Roth)1.抗虫基因如何进入棉花细胞?

和海林斯基(D.R.Helinski)

发现细菌拟核DNA

之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移，这一发现为基因转移找到了一种运载工具。●重组DNA

表达实验的成功

197

3年，博耶(H.Boyer)

和科思(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。这个实验证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体，重组DNA

还可以进入受体细胞，外源基因可以在原核

细胞中成功表达，并实现物种之间的基因交流。至此，表

明基因工程正式问世。●工具酶的发现

1970年，阿尔伯(W.Arber)

、内

森

斯(D.Nathans)、史密斯(H.C.Smith)

在细菌中发现了第

一个限制性内切酶(简称限制酶)后，20世纪70年代初相继发现了多种限制酶和连接酶，以及逆转录酶，这些发现

为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。②双链DNA

分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

3.抗虫基因与载体拼接需要什么酶与工具?2.抗虫基因与载体能否拼接?为什么?基因工程的诞生与发展思考：1.不同生物的基因为什么能拼接?①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。2.外源基因为什么能在受体细胞中表达?①DNA是主要的遗传物质。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。相同的遗传信息在不同的生物体内表达出相同的蛋白质。3.外源基因如何才能进入受体细胞?①载体的发现②限制酶和DNA连接酶可以将外源基因与载体的基因进行拼接基因工程的诞生与发展DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工

作，科学家究竟用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?专题1-1重组DNA

技术的基本工具一

.限制性内切核酸酶——

“分子手术刀”1

.

来

源：主要从原核生物中分离纯化来的2.种

类：

数

千

种

☆限制酶不是一种酶，而是一类酶。3.

特点：能够识别双链DNA

分子的特定核苷酸序列，并使每

一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。在它识别序列的中心轴线两侧将

DNA分子的两条链分别切开G

A

A

TTcc

T

T

AA

G粘性末端在它识别序列的中心轴线处切开CCC

G

G

GG

G

G

C

C

C中轴线G

A

A

T

T

CC

TT

A

A

GC

C

C

G

G

GG

G

G

C

C

C5'EcoR

I3'5'Sam

I3'3'5'3'5'平末端平末端中轴线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。中轴线

粘性末端5'

3'CC

C

G

G

G

C3'G

A

A

T

T

CC

T

T

A

AG5'5'G

A

A

T

T

cCT

T

A

A

G3'G

G

G

C

C

C3'个5'一

.限制性内切核酸酶

—

—

“分子手术刀”

1

.

来源：主要从原核生物中分离纯化来的2.种

类：

数千种

☆限制酶不是一种酶，而是一类酶。3.特点：能够识别双链DNA

分子的特定核苷酸序列，并使每

一条链中特定部位的磷酸二酯键断开4.作用部位：

特定切点上的磷酸二酯键5.识别序列长度：大多数是6个核苷酸序列6.结

果：产生黏性末端或平末端1、限制酶为何不切割自身DNA?限制酶不切割自身DNA的原因是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。2、据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗?原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一

套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切

割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA使之失

效，从而达到保护自身的目的。深度思考?

要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性或平末端?GAATTC.大

大lTAAGAATTC

AA:G3'5'3'5'5'3'5'3'6;口c:6G目的基因切下来以后，我们接下来应该做什么?深度思考二

.DNA

链接酶

—

—

"分子缝合针"1.作

用

：

将双链DNA双链片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个

核苷酸之间的磷酸二酯键。2.种

类

：T4

DNA连接酶从T4噬菌体中黏性末端与平末端均可连分离得到

接，但连接平末端的效率相对比较低。G

GE.coli

DNA

连接酶从大肠杆菌中链接互补黏

分离得到

性末端Gc

T

TA

AAA

T

TCG0由于黏性末端的碱基是互补的，在连接时，黏性末端可以通过碱基互补配对形

成氢键，加快DNA

连接酶的连接速度，而平末端则不能，所以T4DNA连接酶

黏性末端的连接速度比平末端的连接速度更快。5'3'6:

℃TAA心：3'5'6二

.DNA链接酶

—

—

"

分

子

缝

合

针

"1.作用：

将双链DNA双链片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个

核苷酸之间的磷酸二酯键。2.种类：E.coliDNA连接酶链接互补黏性末端G

A

ATT

Cc

T

T

A

A

G3.作用部位：磷酸二酯键T4

DNA连接酶从T4噬菌体中黏性末端与平末端均可连分离得到

接，但连接平末端的效率相对比较低。G

G?

DNA

连接酶和DNA

聚合酶有区别吗?●DNA

聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需

要模板；●DNA连接酶连接的是DNA片段。DNA

聚合酶AGCCGATDNA连接酶C限制酶BamHI

IEcoR

ISau3A

IKpn

I识别序列

切割位点GGATCC-1IIIII-CCTAGG--GAATTC-IIII

II-CTTAAG--GATC-1I|1-CTAG--GGTACC--CCAIGG-酶切结果-G

GATC

C--CCTAGG--G

AATTC--CTTAA

GGATC--CTAGCCATCAcc样的序列?GGATCCGATCGGATCGATCCCCTAGGCTAGCCTAGCTAGGBamHII和Sau3AI酶切的片段混合在一起，加入DNA

连接酶，可能出现怎拓展延伸作用底物作用部位作用结果限制酶DNA分子磷酸二酯键形成黏性末端或平末端DNA连接酶DNA分子片段磷酸二酯键形成重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键形成新的DNA分子DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键形成脱氧核苷酸解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成单链DNA分子RNA聚合酶核糖核苷酸磷酸二酯键形成RNA分子【拓展延伸】几种酶的比较：三

.基因进入受体细胞的载体

—

—

"分子运输车"1.

作用：携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞，在细胞中进行自我复

制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。2.种

类：通常是用质粒，噬菌体、动植物病毒也可以质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA

之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA

分子。氨苄青霉

素抗性基因目的基因插入位点复制原点、☆真核生物如酵母菌中也存在质粒。便于鉴定和筛选√具有特殊的标记基因√对受体细胞无害、易分离☆真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。3.运载体需具备的条件：√有一个至多个限制酶切割位点

便于插入(携带)目的基因使目的基因稳定存在且数量可扩增√可自我复制2.

(多选)下列有关基因工程中操作工具的叙述，正确的是(

AB

)A.

一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列。B.限制酶可用于提取目的基因，主要存在于微生物体内。C.DNA

连接酶的本质是一种分泌蛋白，可用于目的基因与运载体的结合。D.DNA复

制

时

，DNA

连接酶可催化子链上的核苷酸之间形成磷酸二酯键。E.DNA

连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将双

链DNA

片段的平末端连接起来。F.

质粒都含有标记基因和限制酶识别位点，故常作为基因工程的载体G.

某种细菌质粒可作为基因工程的载体，则该质粒是由DNA

分子与蛋

白质构成的3.

(多选)如图为DNA

分子的某一片段，其中①、②、③分别表示某种酶的作用部

位，则相应的酶依次是(

)②

③A.解旋酶、限制酶、DNA

连接酶B.

解旋酶、限制酶、DNA酶C.解旋酶、限制酶、DNA

聚合酶

D.解旋酶、DNA

连接酶、限制酶A

T