高二生物人教版選修課件：專題DNA重組技術(shù)的基本工具

1、高二生物人教版選修課件：專題DNA重組技術(shù)的基本工具1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 2 課堂講義課堂講義 重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破3 對(duì)點(diǎn)練習(xí)對(duì)點(diǎn)練習(xí) 即時(shí)訓(xùn)練，體驗(yàn)成功即時(shí)訓(xùn)練，體驗(yàn)成功預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)一、基因工程的概念一、基因工程的概念(閱讀閱讀P1)1.對(duì)概念的理解基因工程的別名操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象 操作水平水平目的創(chuàng)造出更符合人們需要的新的DNA重組技術(shù)DNA分子生物類型和生物產(chǎn)品基因2.基因工程的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持(閱讀P23)理論基礎(chǔ)是遺傳物質(zhì)的證明DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和 的確立的破譯技術(shù)支持基因轉(zhuǎn)移載體 的發(fā)現(xiàn)多種 和 ，

2、以及 酶(工具酶)的發(fā)現(xiàn)DNA合成和 技術(shù)的發(fā)明 的實(shí)現(xiàn)、 的成功第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世、技術(shù)的發(fā)明DNA中心法則遺傳密碼連接酶連接酶逆轉(zhuǎn)錄測(cè)序DNA體外重組重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)PCR質(zhì)粒二、二、 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”(閱讀閱讀P45)1.來源：主要來自于 。2.特點(diǎn)(1)識(shí)別雙鏈DNA分子的某種 序列。(2)使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的 斷開。3.作用結(jié)果(1)黏性末端：在所識(shí)別序列的將DNA的兩條鏈分別切開時(shí)形成的末端。(2)平末端：在所識(shí)別序列的 處切開時(shí)形成的末端。原核生物特定核苷酸磷酸二酯鍵中心軸線兩側(cè)中心軸線三、三、 DNA連接酶連接酶“分

3、子縫合針分子縫合針”(閱讀閱讀P56)1.種類EcoliDNA連接酶大腸桿菌黏性T4DNA連接酶T4噬菌體平2.作用：將切開的DNA片段“縫合”，恢復(fù)被限制酶切開的 ，拼接成新的DNA分子。磷酸二酯鍵四、四、 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”(閱讀閱讀P6)1.種類：質(zhì)粒、 的衍生物、動(dòng)植物病毒等。2.常用載體質(zhì)粒(1)質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有 能力的很小的 分子。(2)質(zhì)粒DNA分子上有一個(gè)至多個(gè) 位點(diǎn)，供DNA片段插入其中。噬菌體自我復(fù)制雙鏈環(huán)狀DNA限制酶切割外源(3)質(zhì)粒DNA分子上有特殊的 ，供重組DNA的 。(

4、4)在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上經(jīng)過 的。標(biāo)記基因鑒定和選擇人工改造預(yù)習(xí)診斷預(yù)習(xí)診斷判斷正誤：(1)限制性核酸內(nèi)切酶只能用于切割目的基因。()(2)DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來。()(3)Ecoli DNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端。()(4)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體。()(5)載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中。()(6)變異一般是不定向的，但基因工程使生物產(chǎn)生新的性狀變異卻是定向的，是按照人們的實(shí)際需要進(jìn)行的有目的的改造。()(7)不同生物的DNA能夠重組是由于基本單位和空間結(jié)構(gòu)相同。 ()一、基因工程

5、的理論基礎(chǔ)一、基因工程的理論基礎(chǔ)課堂講義課堂講義 重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破1.不同生物DNA分子得以重新拼接的基礎(chǔ)(1)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(2)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(3)所有生物DNA堿基對(duì)均遵循嚴(yán)格的“互補(bǔ)配對(duì)”原則，即A總與T配對(duì)，G總與C配對(duì)如此，方可使具相同末端(黏性末端)的不同DNA分子得以連接在一起。2.外源基因在受體內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ)(1)基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位，具有相對(duì)獨(dú)立性。(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則所闡述的信息流動(dòng)方向。(3)生物界共用一套遺傳密碼。思維激活思維激活1.與其他生物變異相比，基因工程所導(dǎo)致的

6、變異有何特點(diǎn)？答案答案變異一般是不定向的，但基因工程使生物產(chǎn)生新的性狀變異卻是定向的，是按照人們的實(shí)際需要進(jìn)行的有目的的改造。2.基因工程的原理是什么？答案答案基因重組。3.將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌體內(nèi)，通過大腸桿菌能大量生產(chǎn)人胰島素。請(qǐng)分析人胰島素基因能在大腸桿菌體內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ)是什么？答案答案生物共用一套遺傳密碼。應(yīng)用示例應(yīng)用示例1. 科學(xué)家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是()A.定向提取生物體內(nèi)的DNA分子B.定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”C.在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造D.定向地改造生物的遺傳性狀問題導(dǎo)析問題導(dǎo)析 (1)基因工程是在體

7、外進(jìn)行 ，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)。(2) 重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生人類所需的 ，也就 地改造了生物的遺傳性狀。答案答案D基因重組生物類型和產(chǎn)品定向一題多變一題多變 判斷正誤：(1) 基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程。()(2) 基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類都是有益的。()(3) 基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變。()(4) 基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng)。 ()二、基因工程的工具酶二、基因工程的工具酶1.限制酶與DNA連接酶的比較(1)區(qū)別項(xiàng)目作用應(yīng)用限制酶 使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂用于提取目的基因和切割載體DNA連接酶在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于基因表達(dá)載體的構(gòu)建(2)兩者的關(guān)系可表示為

8、(3)磷酸二酯鍵指的是下圖圓圈中的化學(xué)鍵，而限制酶切割或DNA連接酶連接的只能是箭頭所指處的化學(xué)鍵，因?yàn)槿χ辛硪粋€(gè)化學(xué)鍵屬于一個(gè)核苷酸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。連接酶與DNA聚合酶的比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)模板不需要模板需要DNA的一條鏈為模板作用對(duì)象游離的DNA片段單個(gè)的脫氧核苷酸作用結(jié)果 形成完整的DNA分子形成DNA的一條鏈用途基因工程DNA復(fù)制思維激活思維激活1.限制酶與DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)和基本組成單位分別是什么？答案答案化學(xué)本質(zhì)均是蛋白質(zhì)；基本組成單位均是氨基酸。2.氫鍵的斷裂與重新形成與限制酶和DNA連接酶是否有關(guān)？答案答案氫鍵是分子間

9、作用力，其斷裂與重新形成均與限制酶和DNA連接酶無關(guān)。3.限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)體現(xiàn)了酶的哪種特性？答案答案限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并且只能在特定部位切割，這說明了酶具有專一性。4.不同限制酶切割形成的黏性末端能發(fā)生黏合嗎？借助于什么方式來完成黏合？答案答案能。前提是不同限制酶切割形成的黏性末端要互補(bǔ)，通過堿基相互配對(duì)形成氫鍵的方式來完成黏合。5.在下圖中標(biāo)出限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的作用部位。答案答案如圖所示限制酶、DNA連接酶和DNA聚合酶作用于a處化學(xué)鍵，而解旋酶作用于b處化學(xué)鍵。應(yīng)用示例應(yīng)用示例2.如下圖，兩個(gè)核酸片段在適宜條件下，經(jīng)X酶的

10、催化作用，發(fā)生下列變化，則X酶是()連接酶聚合酶聚合酶 D.限制酶問題導(dǎo)析問題導(dǎo)析 (1) 可以連接兩個(gè)DNA片段之間的磷酸二酯鍵。(2) 可以催化單個(gè)游離的核糖核苷酸形成RNA。(3) 可以催化單個(gè)游離的脫氧核糖核苷酸形成DNA。(4) 可以將DNA分子從特定的位點(diǎn)進(jìn)行切割。答案答案ADNA連接酶RNA聚合酶DNA聚合酶限制酶一題多變一題多變 判斷正誤：(1) DNA連接酶催化相同黏性末端的DNA片段之間的連接。()(2) DNA連接酶催化兩個(gè)黏性末端互補(bǔ)堿基間氫鍵的形成。()(3) DNA連接酶催化DNA分子兩條鏈的脫氧核糖與磷酸之間磷酸二酯鍵的形成。()(4) 限制酶切割后不一定形成黏性

11、末端。()(5) 不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端。()(6)不同DNA分子用同一種限制酶切割形成的黏性末端都相同。()(7)DNA連接酶無識(shí)別的特異性，DNA連接酶對(duì)于黏性末端或平末端都能催化其“縫合”，重新形成DNA分子。()(8)下列所示的黏性末端是由3種限制性核酸內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的。()三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車分子運(yùn)輸車”1.載體的作用(1)用它作為運(yùn)載工具，將目的基因送入受體細(xì)胞中去。(2)利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2.作為載體的必備條件(1)有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段插入。(2)具備自我復(fù)制能力，且能在受

12、體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。(3)帶有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。(4)必須是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害。3.載體的種類(1)細(xì)菌質(zhì)粒，它是細(xì)菌擬核DNA以外的小型雙鏈環(huán)狀DNA分子，有的細(xì)菌只有一個(gè)，有的細(xì)菌有多個(gè)。(2)噬菌體的衍生物和某些動(dòng)植物病毒的DNA。一般來說，天然載體往往不能滿足人類的所有要求，因此人們根據(jù)不同的目的和需求，對(duì)某些天然的載體進(jìn)行人工改造。思維激活思維激活1.基因工程的載體和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體有哪些區(qū)別？答案答案(1)主動(dòng)運(yùn)輸中載體的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其作用是運(yùn)輸離子、氨基酸、核苷酸等物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。(2)基因工程中的載體的化學(xué)本質(zhì)是DNA，其作用是攜帶目的基因進(jìn)入受

13、體細(xì)胞。2. 霍亂弧菌中也含有質(zhì)粒，能否用來作為載體？答案答案不能。因?yàn)椋覀冞x擇的載體應(yīng)該對(duì)受體細(xì)胞無害。應(yīng)用示例應(yīng)用示例3.質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細(xì)菌體內(nèi)。某細(xì)菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如右圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入成功。外源基因插入的位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)，請(qǐng)根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長(zhǎng)情況，推測(cè)三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點(diǎn)，正確的一組是() 細(xì)菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)A.是c；是b；是aB.是a和

14、b；是a；是bC.是a和b；是b；是aD.是c；是a；是b問題導(dǎo)析問題導(dǎo)析 (1)細(xì)菌能在含 和 的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說明 基因沒有被破壞，所以插入點(diǎn)是 。(2)對(duì)細(xì)菌來說，能在含 的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，而不能在含的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說明其 基因正常而 基因被破壞，插入點(diǎn)為 。氨芐青霉素四環(huán)素抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素c氨芐青霉素四環(huán)素抗四環(huán)素抗氨芐青霉素b(3)細(xì)菌不能在含 的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說明其 基因被插入而破壞，故插入點(diǎn)為 。答案答案A氨芐青霉素抗氨芐青霉素a一題多變一題多變 判斷正誤：(1)為供外源DNA插入質(zhì)粒，質(zhì)粒DNA分子上有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)。()(2)質(zhì)粒上的特殊標(biāo)記基因可以供外源D

15、NA片段插入質(zhì)粒。()(3)被用做載體的一般都是天然質(zhì)粒。()(4)細(xì)菌核區(qū)的DNA也常被用做載體。()課堂課堂小結(jié)小結(jié)限制性核酸內(nèi)切酶原核雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列磷酸二酯鍵黏性末端DNA連接酶磷酸二酯鍵載體質(zhì)粒噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存一個(gè)供外源DNA片段插入具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇對(duì)點(diǎn)練習(xí)對(duì)點(diǎn)練習(xí) 1 2 3 41.下列有關(guān)基因工程誕生的說法，不正確的是()A.基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的B.工具酶和載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實(shí)施成為可能C.遺傳密碼的破譯為基因的分離和合成提供了理論依據(jù)D.基因工程必須在同物

16、種間進(jìn)行解析解析基因工程可在不同物種間進(jìn)行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物的遺傳性狀。答案答案D1 2 3 42.下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的說法中，正確的是()A.其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)連接酶可恢復(fù)DNA分子中的氫鍵C.在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA連接酶D.限制酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端解析解析限制酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。A1 2 3 43.結(jié)合圖，判斷下列有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是()1 2 3 4A.切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶B.連接a處的酶為DNA連接酶C.切斷b處的酶為解旋酶D.切斷b處的為限制性核酸內(nèi)切酶解析解析切斷a處磷酸二酯鍵的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，連接a處磷酸二酯鍵的酶為DNA連接酶；切斷b處氫鍵的酶為解旋酶，b處氫鍵的形成不需要酶。答案答案D1 2