201X_202x學(xué)年高中生物1.1DNA重組技術(shù)的基本工具新人教版選修3

1、專題1 基因工程,1.1DNA重組技術(shù)的基本工具,一,二,一、基因工程的概念,一,二,二、基因工程操作的基本工具 1.限制性核酸內(nèi)切酶(也稱“限制酶”,一,二,2.DNA連接酶“分子縫合針,3.載體“分子運(yùn)輸車,探究點(diǎn),基因工程的工具 問題導(dǎo)引1 (1)如何從一個(gè)DNA分子上將所需的目的基因切割下來?(2)用何種酶將該目的基因與其他的DNA片段拼接成新的DNA分子? 根據(jù)下列操作流程,回答相關(guān)問題,DNA分子的切割和連接,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),1)EcoR是一種酶,其識別序列是,切割位點(diǎn)是與之間的鍵。 (2)將不同來源的DNA片段拼接成新的DNA分子,需要的酶應(yīng)是。圖中此酶催化與之間形成

2、鍵,從而將不同來源的DNA片段拼接在一起,構(gòu)成。 答案(1)限制性核酸內(nèi)切GAATTCGA磷酸二酯 (2)DNA連接酶GA磷酸二酯重組DNA分子,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),歸納提升 1.限制酶的作用結(jié)果 DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式黏性末端和平末端。 (1)黏性末端:由限制酶在它識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開形成。如圖所示為EcoR(在G和A之間切割)的切割結(jié)果,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),2)平末端:由限制酶在它識別序列的中心軸線處將DNA的兩條鏈分別切開形成。如圖所示為Sma(在G和C之間切割)的切割結(jié)果,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),2.與DN

3、A有關(guān)的四種酶的比較,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),3.與DNA有關(guān)的四種酶的作用部位圖解,作用位點(diǎn)示意圖 (1)作用于a(磷酸二酯鍵)的酶:限制酶(斷開)、DNA連接酶(形成)和DNA聚合酶(形成)。 (2)作用于b(氫鍵)的酶:解旋酶,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),特別提醒(1)限制酶所識別序列的特點(diǎn)是一條鏈按照一定方向讀的堿基順序與另一條鏈按相反方向讀的堿基順序相同。無論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基,都可以找到一條中心軸線。 (2)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵;限制酶不切割細(xì)菌自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已被修飾;DNA連接酶起作用時(shí),不需要模板,

4、當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),問題導(dǎo)引2 質(zhì)粒是基因工程中主要的運(yùn)載體,當(dāng)把目的基因插入質(zhì)粒時(shí),對目的基因的插入位置和標(biāo)記基因的位置有何要求? 下圖是大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖,請?zhí)骄恳韵聠栴},當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)相同,都是,二者還具有其他共同點(diǎn),如,(寫出兩條即可)。 (2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為 ,則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為;可使用把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為,其作用是 。 (4)圖中目的基因若插入到氨芐青霉素抗性基因內(nèi),氨芐青霉素抗性基因還能作為標(biāo)記基因嗎?。原因是什么,當(dāng)堂檢測,本課必記,

5、探究點(diǎn),答案(1)DNA能夠自我復(fù)制具有遺傳特性都能控制生物性狀等(寫出兩條即可) (2)CGCGT ADNA連接酶 (3)標(biāo)記基因用于重組DNA的鑒定和選擇 (4)不能影響氨芐青霉素抗性基因的表達(dá),當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),歸納提升 對作為載體必須具備的條件的分析 (1)作為載體必須具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn),而且每種限制酶的切點(diǎn)最好只有一個(gè)的原因:某種限制酶只能識別單一切點(diǎn),若載體上每種酶有一個(gè)以上的酶切點(diǎn),則切割重組后可能丟失某些片段,若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū),則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。 (2)能夠在受體細(xì)胞中保留下來,且載體DNA必須具備自我復(fù)制能力,或能夠整合到受體細(xì)胞染色體D

6、NA上,并隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),3)帶有特殊的標(biāo)記基因,以便重組后進(jìn)行重組DNA的鑒定和選擇,常用的標(biāo)記基因有抗生素抗性基因、熒光蛋白基因等。 載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素,所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞。 特別提醒自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件,需要進(jìn)行人工改造,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),案例探究 類型一基因工程的工具酶 例1下表中列出了幾種限

7、制酶的識別序列及其切割位點(diǎn),圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。下列相關(guān)說法錯(cuò)誤的是(,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),A.一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)Sma切割后,含有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán) B.用圖1所示的質(zhì)粒和圖2所示的目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒,不能使用Sma切割 C.圖2中為防止酶切后含目的基因的DNA片段自身連接成環(huán)狀,不能使用EcoR D.為了獲取重組質(zhì)粒,最好用BamH和Hind同時(shí)切割質(zhì)粒和外源DNA,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),解析圖1所示質(zhì)粒分子經(jīng)Sma切割后形成2個(gè)平末端,根據(jù)DNA分子的兩條鏈反向平行的特點(diǎn)可知,切割后應(yīng)含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),A項(xiàng)錯(cuò)誤。用Sma切割會破壞目的基因

8、和質(zhì)粒中的標(biāo)記基因,B項(xiàng)正確。如果用EcoR處理目的基因,由于兩端含有相同的黏性末端,則可能發(fā)生自身環(huán)化,用BamH和Hind兩種限制酶同時(shí)切割質(zhì)粒和外源DNA即可解決這一問題,所以C、D兩項(xiàng)正確。 答案A,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),方法技巧(1)DNA分子經(jīng)限制酶切割后的片段長度分析。 對于鏈狀DNA分子而言,如果其上有1個(gè)酶切位點(diǎn),用限制酶切割后形成2個(gè)DNA片段;如果有2個(gè)酶切位點(diǎn),則用限制酶切割后形成3個(gè)DNA片段,以此類推。 對于環(huán)狀DNA分子而言,如果其上有1個(gè)酶切位點(diǎn),用限制酶切割后形成1個(gè)鏈狀DNA片段,且長度不發(fā)生變化;如果有2個(gè)酶切位點(diǎn),則用限制酶切割后形成2個(gè)DNA片段

9、,以此類推。 (2)選擇限制酶時(shí)要考慮目的基因兩端的限制酶切割位點(diǎn)、質(zhì)粒上的限制酶切割位點(diǎn)及是否破壞目的基因和標(biāo)記基因來確定限制酶的種類,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類 a.應(yīng)選擇酶切位點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇Pst。 b.不能選擇酶切位點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲不能選擇Sma。 c.為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用兩種限制酶同時(shí)切割目的基因和質(zhì)粒,如圖甲也可選擇用Pst和EcoR兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的酶切位點(diǎn))。 根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類 a.所選限制酶與切割目的基因的限制酶一般相同,

10、以確保具有相同的黏性末端。 b.質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等,所以所選擇的限制酶應(yīng)不能切割質(zhì)粒上的所有標(biāo)記基因,即至少要保留一個(gè)標(biāo)記基因,用于重組DNA的鑒定和選擇。如圖乙中質(zhì)粒不能使用限制酶Sma切割,因?yàn)闀茐臉?biāo)記基因,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),某DNA分子中含有某限制酶的一個(gè)識別序列,用該限制酶切割該DNA分子,可能形成的兩個(gè)DNA片段是 (,A.B. C.D,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),解析限制酶識別的序列一般為回文序列,其切割形成的若為黏性末端,則黏性末端應(yīng)該互補(bǔ)配對。中兩個(gè)黏性末端不能互補(bǔ)配對,不是同一種限制酶切割形成的,錯(cuò)誤;中兩個(gè)片段連接形成的堿基序列不是回文序列,錯(cuò)誤;中

11、兩個(gè)片段連接形成的堿基序列是回文序列,正確;中兩個(gè)黏性末端互補(bǔ)配對,且連接形成的堿基序列為回文序列,正確。B項(xiàng)正確。 答案B,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),類型二基因工程的載體及所具備的條件 例2下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖,其中ori 為復(fù)制必需的序列, amp為氨芐青霉素抗性基因, tet為四環(huán)素抗性基因,箭頭表示一種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)。若要得到一個(gè)能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的含重組DNA 的細(xì)菌,應(yīng)選用的質(zhì)粒是(,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),解析A項(xiàng),破壞了復(fù)制必需的序列導(dǎo)致復(fù)制不能進(jìn)行,與題意不符。B項(xiàng),氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因都完好,在四環(huán)素培

12、養(yǎng)基上和氨芐青霉素培養(yǎng)基上都能生長,與題意不符。C項(xiàng),氨芐青霉素抗性基因被破壞,四環(huán)素抗性基因完好,能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長,而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長,與題意相符。D項(xiàng),氨芐青霉素抗性基因完好,四環(huán)素抗性基因被破壞,其結(jié)果與題意不符。 答案C 方法技巧解決這類問題,必須先弄清圖示中的復(fù)制原點(diǎn)、相關(guān)標(biāo)記基因的位置及切割位點(diǎn)破壞的位置。限制酶切割位點(diǎn)的選擇既要保證標(biāo)記基因的完整性,又要保證復(fù)制原點(diǎn)的完整性,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),作為基因工程中的“分子運(yùn)輸車”載體,應(yīng)具備的條件是() 必須有一個(gè)至多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn),以便目的基因插入到載體上載體必須具備自我復(fù)制的能力,或整合到受體染色體D

13、NA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制必須帶有標(biāo)記基因,以便進(jìn)行重組后的篩選必須是安全的,不會對受體細(xì)胞有害,或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去大小應(yīng)合適,太大則不易操作 A.B. C.D. 答案D,當(dāng)堂檢測,本課必記,探究點(diǎn),當(dāng)堂檢測,本課必記,1.實(shí)施基因工程的最終目的是() A.提取生物體的DNA分子 B.對DNA分子進(jìn)行人為剪切 C.在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造 D.創(chuàng)造符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品 解析A、B和C三項(xiàng)均為基因工程操作的具體內(nèi)容,但不是基因工程的目的。實(shí)施基因工程的最終目的是通過基因操作定向改造生物的遺傳物質(zhì),創(chuàng)造符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品。 答案

14、D,探究點(diǎn),當(dāng)堂檢測,本課必記,2.下列關(guān)于限制酶識別序列和切割部位的特點(diǎn)的敘述,錯(cuò)誤的是() A.所識別的序列都可以找到一條中軸線 B.大多數(shù)限制酶的識別序列由6個(gè)核苷酸組成 C.只識別和切割特定的核苷酸序列 D.在任何部位都能將DNA切開 解析一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并且能在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。限制酶所識別的序列都有一個(gè)中軸線,在中軸線切割形成平末端,在中軸線兩側(cè)切割形成黏性末端,但不是在任何部位都能切割。 答案D,探究點(diǎn),當(dāng)堂檢測,本課必記,3.下圖為DNA分子的某一片段,其中分別表示某種酶的作用部位,則相應(yīng)的酶依次是(,A.DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B.限制

15、酶、解旋酶、DNA連接酶 C.限制酶、DNA連接酶、解旋酶 D.解旋酶、限制酶、DNA連接酶 解析是氫鍵,是解旋酶的作用位點(diǎn);是磷酸二酯鍵,限制酶可將其斷裂;DNA連接酶可將DNA片段之間的磷酸二酯鍵連接起來。 答案D,探究點(diǎn),當(dāng)堂檢測,本課必記,4.下列關(guān)于DNA連接酶的相關(guān)敘述,正確的是() A.DNA連接酶需要模板,連接的是兩條鏈堿基對之間的氫鍵 B.DNA連接酶連接的是黏性(平)末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖 C.T4DNA連接酶只能連接黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖 D.EcoliDNA連接酶既能連接平末端,又能連接黏性末端 解析DNA連接酶不需要模板,催化形成的是磷酸二酯鍵,A

16、項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA連接酶連接的是黏性(平)末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖,使兩者之間形成磷酸二酯鍵,B項(xiàng)正確;T4DNA連接酶既可以連接黏性末端,也可以連接平末端,連接的是兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖,C項(xiàng)錯(cuò)誤;EcoliDNA連接酶只能連接黏性末端,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案B,探究點(diǎn),當(dāng)堂檢測,本課必記,5.限制酶Mun和限制酶EcoR的識別序列及切割位點(diǎn)分別是CAATTG和GAATTC。下圖表示四種質(zhì)粒和目的基因,其中箭頭所指部位為限制酶的識別位點(diǎn),質(zhì)粒陰影部分表示標(biāo)記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是(,解析由圖可知,質(zhì)粒B無標(biāo)記基因,不適合作為載體;質(zhì)粒C和D的標(biāo)記基因中都有限制酶的識別位點(diǎn);只有質(zhì)粒A有標(biāo)記基因且Mu