現(xiàn)代生物科技基因工程第1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具

1、第1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具 基因工程 預(yù)習(xí)提綱一、基因工程的概念1手段：通過(guò)體外 和 等技術(shù)，賦予生物以新的 。2目的：按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的 和 。3設(shè)計(jì)和施工水平： 水平，又叫做DNA重組技術(shù)。DNA重組轉(zhuǎn)基因遺傳特性生物類型生物產(chǎn)品DNA分子二、DNA重組技術(shù)的基本工具1限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”(又稱限制酶)(1)來(lái)源：主要是從 中分離純化出來(lái)的。(2)功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的_斷開，因此具有 性。經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式： 和 。前者是限制酶在它識(shí)別

2、序列的 將DNA的兩條鏈切開產(chǎn)生的，后者是限制酶在它識(shí)別序列的 切開產(chǎn)生的。原核生物磷酸二酯鍵專一黏性末端平末端中心軸線兩側(cè)中心軸線處2DNA連接酶“分子縫合針”(1)作用：將 “縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的 ，形成重組DNA分子。(2)種類aEcoli DNA連接酶：只能縫合DNA片段的 。bT4DNA連接酶：既可縫合DNA片段的黏性末端，又可縫合DNA片段的 ，但連接后者的效率 。雙鏈DNA片段磷酸二酯鍵黏性末端平末端低思考：質(zhì)粒、擬核、染色體有什么區(qū)別？自主檢測(cè)1.下列有關(guān)DNA連接酶的敘述正確的是( )催化具有相同的黏性末端的DNA片段之間連接催化具有不同的黏性末端的

3、DNA片段之間連接催化兩個(gè)黏性末端互補(bǔ)堿基間氫鍵的形成催化脫氧核糖與磷酸之間的磷酸二酯鍵的形成A. B.C. D.C2.關(guān)于磷酸二酯鍵說(shuō)法正確的是( )A只有目的基因中存在B. 只有質(zhì)粒中存在CDNA單鏈或雙鏈分子中都存在D只存在于雙鏈DNA分子中C3如下圖所示，兩個(gè)核酸片段在適宜條件下，經(jīng)X酶的催化作用，發(fā)生下述變化，則X酶是()ADNA連接酶BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制酶D4下列不屬于基因工程載體的是( )A質(zhì)粒 B細(xì)菌的擬核DNAC噬菌體 D動(dòng)植物病毒B5下列有關(guān)基因工程的說(shuō)法正確的是( )A限制酶只能從原核生物中分離純化而來(lái)B限制酶識(shí)別并切割特定雙鏈DNA后可產(chǎn)生黏性末端或平末

4、端CT4DNA連接酶來(lái)自T4噬菌體，只可將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)D天然質(zhì)粒均可用于基因工程作為載體，且均不用經(jīng)人工改造B6(1)基因工程又叫做_。(2)基因工程的操作過(guò)程中至少需要的三種工具：_、_、_。(3)作為基因進(jìn)入細(xì)胞的載體必須具備的條件是_、_、_。(4)基因工程使用的載體有_、_、_。(1)DNA重組技術(shù) (2)限制酶DNA連接酶基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體(3)能夠復(fù)制具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)具有特殊標(biāo)記基因(4)質(zhì)粒噬菌體動(dòng)植物病毒對(duì)基因工程概念的理解基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平DNA分子水平基本過(guò)程剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)

5、結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物 科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年來(lái)的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程，下列關(guān)于該技術(shù)的敘述不正確的是( )A該技術(shù)在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造B它是在分子水平上進(jìn)行操作的生物工程C該工程實(shí)現(xiàn)了一種生物的基因轉(zhuǎn)接到同種生物的其他個(gè)體DNA上D實(shí)施基因工程的最終目的是定向地改造生物的遺傳性狀解析：考查對(duì)基因工程概念的識(shí)記及理解程度?；蚬こ淌侵赴凑杖藗兊脑竿?，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。DNA重組技術(shù)是體外的顯微

6、操作技術(shù)，其精確的操作過(guò)程需要三種工具，即準(zhǔn)確切割DNA的“手術(shù)刀”、將DNA片段連接起來(lái)的“縫合針”、將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞的“運(yùn)輸車”。基因工程是將一種生物的基因?qū)肓硗庖环N生物中，從而賦予該生物以新的遺傳特性。因此，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案：C名師點(diǎn)晴：(1)基因工程的原理是基因重組。必修2中講基因重組有兩種情況：減數(shù)第一次分裂前期四分體的非姐妹染色單體間的交叉互換和后期非同源染色體的自由組合，其實(shí)基因工程也是利用了基因重組的原理，只是屬于人為的基因重組。(2)基因工程可以按照人們的意愿，定向改造生物的遺傳特性，從而產(chǎn)生定向的變異，并可實(shí)現(xiàn)不同物種間的基因交流，打破生殖隔離。應(yīng)注意與現(xiàn)代進(jìn)化論

7、中“變異是不定向的”、“物種間存在生殖隔離”區(qū)分開。限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”1特點(diǎn)：具有專一性，表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：(1)識(shí)別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列。(2)切割特定序列中的特定位點(diǎn)，特定序列表現(xiàn)為中心對(duì)稱，如EcoR酶的切割序列，如下圖所示：2用限制酶切割DNA分子時(shí)被斷開的是DNA鏈中的磷酸二酯鍵(即連接相鄰脫氧核苷酸的鍵)，而不是堿基間的氫鍵。3產(chǎn)物：用限制性核酸內(nèi)切酶切割形成的新鏈有兩種末端：即黏性末端和平末端(1)黏性末端：是限制性核酸內(nèi)切酶在識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時(shí)形成的，如下圖所示：(2)平末端：是限制性核酸內(nèi)切酶在識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)

8、形成的，如下圖所示： 下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中，錯(cuò)誤的是()A它能在特殊位點(diǎn)切割DNA分子B同一種酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端能夠很好地進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)C它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量的DNA片段D每一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列解析：限制性核酸內(nèi)切酶是基因工程的重要工具之一。每種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。同一種酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端堿基互補(bǔ)配對(duì)。答案：C變式遷移1(多選)下圖表示限制酶切割某DNA的過(guò)程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)是( )ACTTAAG BGAATTC C切點(diǎn)在G和A之間 D

9、切點(diǎn)在C和T之間解析：由圖不難看出該限制酶識(shí)別的堿基序列是GAATTC，切點(diǎn)是G與A之間。答案：BCDNA連接酶“分子縫合針”1作用：把兩種來(lái)源不同的DNA片 段用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割開，然 后讓兩者的黏性末端黏合起來(lái)，互補(bǔ)的堿 基之間雖然通過(guò)形成氫鍵連接起來(lái)，但是 DNA分子的基本骨架的斷口處卻沒有連接 起來(lái)，在DNA連接酶的作用下，可以使兩個(gè)DNA末端之間的縫隙重新形成磷酸二酯鍵而連接起來(lái)，如右上圖所示。2種類：基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為Ecoli DNA連接酶；另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4DNA連接酶。這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同

10、，都是連接雙鏈DNA的缺口，而不能連接單鏈DNA。 3DNA連接酶和DNA聚合酶的區(qū)別DNA聚合酶是將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，具體異同如下表：DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)催化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 下列關(guān)于DNA連接酶的作用敘述正確的是()A將單個(gè)核苷酸加到某個(gè)DNA片段末端，形成磷酸二酯鍵B將斷開的兩個(gè)DNA片段的骨架連接起來(lái)，重新形成磷酸二酯鍵C連接兩條DNA鏈上堿基之

11、間的氫鍵D只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，而不能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接解析：DNA連接酶根據(jù)不同來(lái)源可分為兩類：一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為Ecoli DNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來(lái)的，稱為T4DNA連接酶。這兩類酶在性質(zhì)上是有差別的：Ecoli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，而T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端。而D選項(xiàng)只涉及Ecoli DNA連接酶的作用。答案：B2你能否用DNA連接酶將下列末端連接起來(lái)？(1)CTGCA (2)AC (3)GC G T

12、G CG(4)G (5)G (6)GC CTTAA ACGTC CG(7)GT (8)AATTC CA G 變式遷移解析：當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端，黏性末端之間正好堿基互補(bǔ)配對(duì)。而當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，產(chǎn)生的是平末端。通過(guò)觀察和比較(2)和(7)、(4)和(8)、(3)和(6)、(1)和(5)可以用DNA連接酶將它們連接起來(lái)。答案：(2)和(7)能連接形成ACGT TGCA(4)和(8)能連接形成GAATTC CTTAAG(3)和(6)能連接形成GCGC CGCG(1)和(5)能連接形成CTGCAG GACGTC載體“分子

13、運(yùn)輸車”1載體使用的目的載體使用有兩個(gè)目的：一是用它作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中去；二是利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2作為載體的條件作為載體必須具備三個(gè)條件：在受體細(xì)胞中能保存下來(lái)并能大量復(fù)制。具有多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)，而且每種酶的切割位點(diǎn)最好只有一個(gè)。如大腸桿菌PBR332就有多種限制酶的單一識(shí)別位點(diǎn)，可適于多種限制酶切割的DNA片段插入。有特殊的遺傳標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。如大腸桿菌PBR332質(zhì)粒攜帶有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，就可以作為篩選的標(biāo)記基因。一般來(lái)說(shuō)，天然載體往往不能滿足上述要求，因此需要根據(jù)不同的目的和需要，對(duì)載體進(jìn)行人工改造。現(xiàn)

14、在所使用的質(zhì)粒載體都是經(jīng)過(guò)改造的。3載體的種類現(xiàn)在所用的載體主要分為兩類：一類載體是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒，它是一種相對(duì)分子質(zhì)量較小、獨(dú)立于擬核以外的一種小型環(huán)狀DNA分子，有的細(xì)菌含有一個(gè)，有的細(xì)菌含有多個(gè)。質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)細(xì)菌間的接合由一個(gè)細(xì)菌向另一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移，也可以獨(dú)立復(fù)制，或整合到大型染色體DNA分子中，隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。另一類載體是病毒，包括植物病毒、動(dòng)物病毒和細(xì)菌病毒(噬菌體)。現(xiàn)在人們還在不斷尋找新的載體。 下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述，正確的是( )A質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀的細(xì)胞器B質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞中能自主復(fù)制的單鏈環(huán)狀DNA分子C質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞的生存有決定性的作

15、用D質(zhì)粒與染色體中均含有脫氧核糖解析：質(zhì)粒是一個(gè)小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，它可以進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，存在于細(xì)胞內(nèi)，但它不是宿主細(xì)胞的細(xì)胞器。質(zhì)粒是一種重要的運(yùn)載體，通常利用質(zhì)粒與目的基因結(jié)合，形成重組質(zhì)粒，然后導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞。質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞的生存沒有決定性的作用。質(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子，染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，二者均含脫氧核糖。答案：D變式遷移3質(zhì)粒是基因工程常用載體，它的特點(diǎn)是()能自主復(fù)制不能復(fù)制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單鏈DNA環(huán)狀DNA含有標(biāo)記基因ABC D解析：質(zhì)粒是一種能夠自主復(fù)制的雙鏈環(huán)狀DNA，含有一至多個(gè)標(biāo)記基因，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。答案：C點(diǎn)評(píng)：(1)區(qū)分“工具”和“工具酶”DNA重組技術(shù)的

16、基本工具有三種即限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體，而工具酶有兩種即限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。(2)質(zhì)粒不是細(xì)胞器，只是一個(gè)小型的環(huán)狀雙鏈DNA分子。同時(shí)應(yīng)注意區(qū)分開質(zhì)粒、擬核、染色體三個(gè)概念。(3)不是所有的質(zhì)粒都可作為載體，即使可以作為載體也必須經(jīng)過(guò)人工改造?；A(chǔ)鞏固1.能有效地打破物種的界限，定向地改造生物的遺傳性狀，培育新的農(nóng)作物優(yōu)良品種的生物技術(shù)是( )A基因工程技術(shù) B誘變育種技術(shù)C雜交育種技術(shù) D組織培養(yǎng)技術(shù)A2下述有關(guān)基因工程相關(guān)知識(shí)的敘述正確的是()A重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體B一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列C目的基因是指重組DNA質(zhì)粒D只要檢測(cè)出受體細(xì)胞中含有目的基因，那么，目