高中生物《工具酶的发现和基因工程的诞生》素材1 浙教版选修3.doc

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1、第一节工具酶的发现和基因工程的诞生一、区别几组关系 1．不能将与遗传有关的酶等同于基因工程中的酶与遗传有关的酶，通常指自然条件下，遗传信息传递及表达过程中的相关酶。广义地讲，包括遗传物质复制的相关酶和基因表达（转录和翻译）的相关酶；狭义地说，与遗传有关的酶仅指与遗传物质复制有关的酶。 基因工程中的酶，通常指在人工操纵基因的过程中涉及的酶。有狭义和广义两种：狭义地讲，指的是基因工程中的工具酶，即DNA限制性内切酶（简称限制酶）和DNA连接酶，也是基因工程中一定要有的两种酶；广义地说，除工具酶外，与人工合成目的基因有关的酶、DNA扩

2、增过程中涉及的酶，甚至于基因表达的相关酶，都可以认为与之相关。2．不能把基因工程中的“工具”等同于“工具酶”基因工程中的工具包括：基因的“剪刀”（限制酶）、基因的“针线”（DNA连接酶）和基因的“运载工具”（运载体）。其中，运载体是必需的工具，却不是酶，通常利用处理过的病毒DNA或者质粒DNA分子作为运载的工具。二、相关酶的主要功能1．解旋酶：作用于氢键，是一类解开氢键的酶，由水解ATP来供给能量。在DNA复制过程中起作用。需要注意的是，在人工操作条件下，需要解旋时，往往不用解旋酶，而是用加热的方法来解旋，例如PCR技术和DNA

3、分子杂交技术中，都有加热解旋的步骤。2．DNA聚合酶：以一条单链DNA为模板，将游离（单个的）脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链，并与母链构成一个DNA分子。在DNA复制中起作用。3．RNA聚合酶：依赖于于DNA的RNA合成酶，以双链DNA的一条链为模板，边解旋边转录形成RNA（包括rRNA、mRNA和tRNA），转录后DNA仍保持双链结构。在转录中起作用。4．逆（反）转录酶：为RNA指导的DNA聚合酶，催化以RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成DNA的过程。进一步可在DNA聚合酶的作用下，以单链DNA为

4、模板形成双链DNA分子。在基因工程中，用于合成目的基因，多在向原核生物体内导入真核生物基因时使用。5．限制酶：主要存在于微生物（细菌、霉菌等）中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，使DNA链中磷酸二酯键断开，被誉为“分子手术刀”。为基因工程（DNA重组技术）和基因诊断中的重要工具酶。6．DNA连接酶：作用与限制酶相反，是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，即把两条DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。用于基因工程中目的基因和运载体的结合。27．蛋白质合成酶：在核糖体上，以mRNA为模板、游离

5、氨基酸为原料通过脱水缩合反应形成多肽，并进一步处理形成具有特定空间结构的蛋白质。在基因表达过程中起作用。三、相关酶的分类比较 分类（依据功能）主要的酶作用部位或结果模板遗传有关的酶DNA复制有关的酶解旋酶解开氢键无DNA聚合酶形成磷酸二脂键有：DNA链DNA转录有关的酶解旋酶解开氢键无RNA聚合酶形成磷酸二脂键有：有义链翻译有关的酶蛋白质合成酶形成肽键有：mRNA逆转录有关的酶（RNA为遗传物质的生物）逆转录酶形成磷酸二脂键有：RNADNA聚合酶形成磷酸二脂键有：单链DNA基因工程的工具酶限制酶断开磷酸二脂键无DNA连接酶形成磷

6、酸二脂键无四、运载体的选择如果受体细胞是原核生物，一般选择质粒作为运载体。如果受体细胞是动物细胞，一般选择动物病毒作为运载体。如果受体细胞是植物细胞，一般选择农杆菌的Ti质粒作为运载体，而且还得将重组DNA分子先导入农杆菌后，再利用农杆菌侵染植物细胞，之后Ti质粒会进入植物细胞，并利用T-DNA的特性将重组质粒插入并整合到受体细胞的染色体中。2