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PAGE13-專題一基因工程〔趣味導(dǎo)學(xué)〕當(dāng)人們的很多奇思妙想成為現(xiàn)實(shí)后,又有人想出了天方夜譚式的神話,能否讓水稻植株也能夠固定空氣中的氮?能否讓細(xì)菌也能夠吐出蠶絲?能否讓微生物也能夠生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等寶貴的藥物?想創(chuàng)建這些生物新品種,你認(rèn)為能實(shí)現(xiàn)嗎?〔專題概述〕本專題包括了“DNA重組技術(shù)的基本工具”“基因工程的基本操作程序”“基因工程的應(yīng)用”及“蛋白質(zhì)工程的崛起”,另外還在專題起先回顧了基因工程的誕生和發(fā)展歷程。教材首先講解并描述了基因工程的概念、基本工具,在此基礎(chǔ)上又講解并描述了基因工程的基本操作程序,讓我們對基因工程有了一個較完整的相識。基因工程的應(yīng)用則主要從植物基因工程、動物基因工程和基因治療等幾個方面進(jìn)行了闡述。這樣不僅可以使我們充分了解基因工程的最新進(jìn)展,更重要的是以此激發(fā)我們學(xué)習(xí)生物學(xué)的愛好,培育科學(xué)探究精神和奉獻(xiàn)精神。在本專題內(nèi)容中,DNA重組技術(shù)的基本工具、基因工程的基本操作程序是近年高考中常常涉及的重點(diǎn)內(nèi)容,也是難點(diǎn)。在這些學(xué)問中,往往考察用遺傳學(xué)的基本學(xué)問分析生物技術(shù)的原理的實(shí)力,并對一些社會焦點(diǎn)和熱點(diǎn)問題理解和分析實(shí)力,相識科學(xué)技術(shù)的發(fā)展所帶來的雙重影響?!矊W(xué)法指導(dǎo)〕本專題內(nèi)容較為抽象,在學(xué)習(xí)時應(yīng)留意:1.應(yīng)聯(lián)系前面已經(jīng)學(xué)過的DNA的結(jié)構(gòu)和功能、半保留復(fù)制、中心法則、遺傳密碼等學(xué)問,有助于理解DNA重組技術(shù)的基本工具、操作步驟及應(yīng)用。2.須要仔細(xì)閱讀教材中的每個圖解,充分發(fā)揮想象力,將抽象內(nèi)容詳細(xì)化?!矊n}重點(diǎn)〕基因工程所需的三種基本工具;基因工程的基本操作程序四個步驟;基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用;蛋白質(zhì)工程的原理。〔專題難點(diǎn)〕基因工程載體須要具備的條件;從基因文庫中獲得目的基因;利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因;基因治療;蛋白質(zhì)工程的原理。
第一節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)1.認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論探討和技術(shù)創(chuàng)新。2.簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。(重、難點(diǎn))3.簡述基因工程中載體須要具備的條件。(重點(diǎn))簡述基因工程的誕生?;A(chǔ)學(xué)問·雙基夯實(shí)一、基因工程的概念基因工程是指依據(jù)人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計,并通過①__體外DNA重組__和轉(zhuǎn)基因等技術(shù),給予生物以新的遺傳特性,從而創(chuàng)建出更符合人們須要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在②__DNA分子__水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的,因此又叫做③__DNA重組技術(shù)__。二、DNA重組技術(shù)的基本工具1.工具簡介(1)“分子手術(shù)刀”——④__限制性核酸內(nèi)切酶__(2)“分子縫合針”——⑤__DNA連接酶__(3)“分子運(yùn)輸車”——⑥__基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體__2.限制性核酸內(nèi)切酶(1)來源:主要是從⑦_(dá)_原核生物__中分別純化出來的。(2)功能:能夠識別雙鏈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核苷酸之間的⑧__磷酸二酯鍵__斷開,因此具有⑨__專一__性。大多數(shù)限制酶的識別序列由⑩__6__個核苷酸組成。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__。前者是限制酶在它識別序列的?__中軸線兩側(cè)__將DNA的兩條鏈切開產(chǎn)生的,后者是限制酶在它識別序列的?__中軸線處__切開產(chǎn)生的。3.DNA連接酶(1)分類:依據(jù)酶的來源不同,可分為兩類:一類是從大腸桿菌中分別得到的,稱為?__E·coliDNA連接酶__;另一類是從?__T4噬菌體__中分別出來的,稱為T4DNA連接酶。(2)兩種DNA連接酶的比較:相同點(diǎn):都縫合?__磷酸二酯__鍵。區(qū)分:E·coliDNA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,而不能將雙鏈DNA片段?__平末端__之間進(jìn)行連接;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eq\o\ac(○,21)__平末端__。但連接平末端之間的效率eq\o\ac(○,22)__比較低__。4.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體(1)載體具備的條件:a.eq\o\ac(○,23)__有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)__;b.在宿主細(xì)胞中能保存下來并能大量復(fù)制;c.eq\o\ac(○,24)__有特別的標(biāo)記基因__。(2)基因工程中運(yùn)用的載體有:eq\o\ac(○,25)__質(zhì)粒__、λ噬菌體的衍生物和eq\o\ac(○,26)__動植物病毒__等。其中最常用的是質(zhì)粒。它是一種袒露的、eq\o\ac(○,27)__結(jié)構(gòu)簡潔__、eq\o\ac(○,28)__獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外__,并具有eq\o\ac(○,29)__自我復(fù)制__實(shí)力的雙鏈環(huán)狀DNA。思索1.不同的限制酶具有不同的識別序列,說明限制酶具有什么特點(diǎn)?提示:專一性2.作為運(yùn)載工具的載體,要求必需對受體細(xì)胞無害,為什么?提示:載體假如對受體細(xì)胞有害,其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞,就會影響受體細(xì)胞的生命活動,甚至破壞受體的生命活動。┃┃活學(xué)巧練__■推斷題1.基因工程的原理是基因重組,不過在這里這種變異是定向的。(√)2.DNA重組技術(shù)所須要的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體。(×)分析:留意是“工具酶”,載體不是酶。3.DNA聚合酶也可以用作DNA重組技術(shù)的工具。(×)分析:DNA聚合酶的作用是將單個的脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上,即一個一個地往上“聚”,而DNA連接酶連接的是DNA片段,即一片一片地“連”。4.限制酶在原來的原核細(xì)胞內(nèi)對細(xì)胞自身有害。(×)分析:限制酶切割外源DNA,而使之失效,達(dá)到愛護(hù)自身細(xì)胞的目的。5.DNA連接酶可以連接目的基因與載體間的氫鍵,形成重組DNA。(×)分析:DNA連接酶連接的是磷酸二酯鍵,而不是氫鍵。6.全部的DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端。(×)分析:E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端,而T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端。7.載體的種類有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等,其中動植物病毒必需是DNA病毒。(√)8.DNA連接酶能連接全部相同或互補(bǔ)的黏性末端,故該酶沒有專一性。(×)分析:任何酶都具有專一性。酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng),黏性末端相連接屬于一類合成反應(yīng)。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)津?qū)W問點(diǎn)基因工程的概念┃┃重難拓展__■1.對基因工程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)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果人類須要的基因產(chǎn)物2.基因工程得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)①全部生物的DNA都是以4種脫氧核苷酸為基本單位,構(gòu)成獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu),這為不同種生物DNA拼接勝利供應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)。②全部生物共用一套遺傳密碼子,為某生物的基因能夠在其他生物細(xì)胞內(nèi)正常指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成供應(yīng)可能。學(xué)問貼士基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組的主要區(qū)分是:(1)有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的,并且只能在同一物種間進(jìn)行;(2)基因工程可以在不同物種間進(jìn)行重組,并且方向性強(qiáng),可以定向地變更生物的性狀。┃┃典例評析__■典例1下列對基因工程的理解,正確的是(C)①它是一種依據(jù)人們的意愿,定向改造生物遺傳特性的工程②對基因進(jìn)行人為刪減或增加某些堿基③是體外進(jìn)行的人為的基因重組④在試驗(yàn)室內(nèi),利用相關(guān)的酶和原料合成DNA⑤主要技術(shù)為體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)⑥在DNA分子水平上進(jìn)行操作⑦一旦勝利,便可遺傳A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤⑥⑦C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦解析:基因工程是對現(xiàn)有基因的剪切和重組,并沒有對基因進(jìn)行改造,也不是要合成新的DNA。┃┃變式訓(xùn)練__■1.下列有關(guān)基因工程誕生的說法,不正確的是(D)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)覺使基因工程的實(shí)施成為可能C.遺傳密碼的破譯為基因的分別和合成供應(yīng)了理論依據(jù)D.基因工程必需在同物種間進(jìn)行解析: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。學(xué)問點(diǎn)基因工程的工具酶┃┃重難拓展__■1.限制性核酸內(nèi)切酶(1)來源:這類酶主要是從原核生物中分別純化出來的。(2)種類:迄今已從近300種不同的微生物中分別出了約4000種限制酶。(3)特點(diǎn):①主要切割外源DNA,而對自身的DNA不起作用,達(dá)到愛護(hù)自身的目的;②只能識別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列;③只能在特定的部位進(jìn)行切割。(4)結(jié)果:形成黏性末端或平末端。(5)實(shí)質(zhì):使特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。學(xué)問貼士①若限制酶切割后形成的是黏性末端,則形成的兩個黏性末端是反向重復(fù)序列。②大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成,例如EcoRI、SmaI限制酶識別序列由6個核苷酸組成,也有少數(shù)限制酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成。2.DNA連接酶(1)分類eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E·coliDNA連接酶\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(來源:大腸桿菌,作用:使黏性末端之,間連接)),T4DNA連接酶\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(來源:T4噬菌體,作用:既能連接黏性末端,也能連接平末端,,但后者效率低))))(2)實(shí)質(zhì):復(fù)原被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。┃┃典例評析__■典例2以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段,下列有關(guān)敘述錯誤的是(A)①eq\a\vs4\al(…CTCGA,…G)②eq\a\vs4\al(…G,…CTTAA)③eq\a\vs4\al(…TG,…AC)④eq\a\vs4\al(…G,…CTGCA)⑤eq\a\vs4\al(…GC,…CG)A.以上DNA片段肯定是由5種限制酶切割后產(chǎn)生的B.若要把相應(yīng)片段連接起來,應(yīng)選用DNA連接酶C.上述①④兩個片段能進(jìn)行連接,其連接后形成的DNA分子是eq\a\vs4\al(…CTGCAG…,…GACGTC…)D.限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵解析:①和④的黏性末端相同,可能是由同一種限制酶切割產(chǎn)生的,也可能是由兩種限制酶切割產(chǎn)生的,A錯誤;DNA連接酶可連接切割出來的DNA片段,B正確;①和④片段可連接為eq\a\vs4\al(…CTGCAG…,…GACGTC…),C正確;限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵,D正確。┃┃變式訓(xùn)練__■2.已知某種限制酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點(diǎn),如右圖中箭頭所指。假如該線性DNA分子在3個酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷,則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段?,F(xiàn)有多個上述線性DNA分子,若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點(diǎn)被該酶切斷,則從理論上講,經(jīng)該酶酶切后,這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是(C)A.3 B.4C.9 D.12解析:每一種限制酶切割DNA后會留下特異性的黏性末端或平末端,同時一次切割后,會把DNA分割成兩個片段,且不同的限制酶切后的片段不一樣,假如將題圖中的三個切割位點(diǎn)自左至右依次標(biāo)為甲、乙、丙,只在甲處切,可產(chǎn)生兩個片段,即a和右邊的b+c+d段,假如只在乙處切,就有a+b和c+d段,假如只在丙處切,就有a+b+c和d段,在甲、乙兩處同時切,就有a、b和c+d段,在乙、丙處同時切,就有a+b和c、d段,在甲、丙兩處同時切,就有a、b+c、d段三種片段,在甲、乙、丙三處同時切,就有a、b、c、d四種片段。所以本題應(yīng)當(dāng)選C。學(xué)問點(diǎn)“分子運(yùn)輸車”——載體┃┃重難拓展__■(1)作用:一是用它作為運(yùn)載工具,將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中去;二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量的復(fù)制(稱為克隆)。(2)作為載體必需具備的條件:①具有一個或多個限制酶切割位點(diǎn),該切割位點(diǎn)必需位于載體本身必需的基因序列之外。②能夠自我復(fù)制或整合到染色體DNA上后隨染色體DNA復(fù)制。③帶有標(biāo)記基因,便于篩選。④本身是平安的,不能對受體細(xì)胞產(chǎn)生危害。⑤大小適中,便于操作。但事實(shí)上,自然載體一般不會同時具備上述條件,所以在基因工程中須要對載體進(jìn)行人工改造。現(xiàn)在所用的質(zhì)粒幾乎都是人工改造的。┃┃典例評析__■典例3質(zhì)粒是基因工程最常用的載體,它的主要特點(diǎn)是(C)①能自主復(fù)制②不能自主復(fù)制③結(jié)構(gòu)很?、苁堑鞍踪|(zhì)⑤是環(huán)狀RNA⑥是環(huán)狀DNA⑦能“友好”地“借居”A.①③⑤⑦ B.②④⑥C.①③⑥⑦ D.②③⑥⑦解析:質(zhì)粒存在于細(xì)菌和酵母菌等生物中,是一種很小的環(huán)狀DNA,上面有標(biāo)記基因,便于在受體細(xì)胞中檢測。質(zhì)粒在受體細(xì)胞中能隨受體細(xì)胞DNA的復(fù)制而復(fù)制,能進(jìn)行目的基因的擴(kuò)增和表達(dá)。┃┃變式訓(xùn)練__■3.質(zhì)粒是基因工程最常用的載體,下列關(guān)于質(zhì)粒的說法正確的是(C)A.質(zhì)粒在宿主細(xì)胞內(nèi)都要整合到染色體DNA上B.質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型細(xì)胞器C.基因工程操作中的質(zhì)粒一般都是經(jīng)過人工改造的D.質(zhì)粒上堿基之間數(shù)量存在A+G=U+C解析:基因工程運(yùn)用的載體需有一個至多個酶切位點(diǎn),具有自我復(fù)制的實(shí)力,存在標(biāo)記基因,對受體細(xì)胞平安,且分子大小適合。而自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件,都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。而質(zhì)粒進(jìn)入宿主細(xì)胞后不肯定都要整合到染色體DNA上,如宿主細(xì)胞是細(xì)菌細(xì)胞則不需整合。質(zhì)粒是小型環(huán)狀雙鏈DNA分子而不是細(xì)胞器,也不會有堿基U。指引迷津·撥云見日與遺傳有關(guān)的各種酶的比較名稱作用參加的生理過程與應(yīng)用作用位點(diǎn)(如下圖)DNA連接酶連接兩個DNA片段基因工程a限制性核酸內(nèi)切酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開aDNA聚合酶在脫氧核苷酸鏈上添加單個脫氧核苷酸DNA的復(fù)制aRNA聚合酶在核糖核苷酸鏈上添加單個核糖核苷酸轉(zhuǎn)錄a解旋酶使堿基對間氫鍵斷裂形成脫氧核苷酸單鏈DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄過程中的RNA聚合酶已具有解旋酶活性,所以轉(zhuǎn)錄過程中不再運(yùn)用解旋酶b逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成DNA逆轉(zhuǎn)錄、基因工程a學(xué)問貼士①DNA連接酶和DNA聚合酶的作用都是催化形成磷酸二酯鍵,而不是氫鍵,氫鍵是分子間的靜電吸引力,不須要通過酶的催化形成。②DNA連接酶只能在兩個DNA片段間形成磷酸二酯鍵,而DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸加到已有DNA片段上,且須要以一條DNA鏈為模板。③目前發(fā)覺的DNA連接酶不具有連接單鏈DNA的實(shí)力。典例4如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變更,圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確依次是(C)A.①②③④ B.①②④③C.①④②③ D.①④③②解析:限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂,形成黏性末端,因此①符合;DNA聚合酶用于DNA分子的復(fù)制,能在單鏈上將一個個脫氧核苷酸連接起來,因此④符合;DNA連接酶能在具有相同堿基末端的兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,因此②符合;解旋酶能夠?qū)NA分子的雙螺旋解開,因此③符合。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以自然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒,pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體,其主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因,以便于__篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞__。(2)pBR322分子中有單個EcoRI限制酶作用位點(diǎn),EcoRI只能識別序列—GAATTC—,并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個EcoRI的切點(diǎn),請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRI切割后所形成的黏性末端:____eq\a\vs4\al(,。)(3)pBR322分子中另有單個的BamHI限制酶作用位點(diǎn),現(xiàn)將經(jīng)BamHI處理后的質(zhì)粒與用另一種限制酶BglⅡ處理得到的目的基因,通過DNA連接酶作用復(fù)原__磷酸二酯__鍵,勝利獲得了重組質(zhì)粒,說明__兩種限制酶(BamHI和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同__。(4)為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無ampR和tetR的大腸桿菌,將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培育基上培育,得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培育基上,使絨布面沾上菌落,然后將絨布按到含四環(huán)素的培育基上培育,得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二比照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是__能抗氨芐青霉素,但不能抗四環(huán)素__,圖三結(jié)果顯示,多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是__pBR322質(zhì)粒__。解析:(1)質(zhì)粒作為基因表達(dá)載體的條件之一是要有抗性基因,以便于篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。(2)同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同,依據(jù)題意可知:該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端為:目的基因—GAATTC—……—GAATTC——CTTAAG—……—CTTAAG—(3)DNA連接酶催化兩個DNA片段形成磷酸二酯鍵;而通過DNA連接酶作用能將兩個DNA分子片段連接,表明經(jīng)兩種限制酶(BamHI和BglⅡ)切割得到的DNA片段,其黏性末端相同。(4)由題意知:由于與圖三空圈相對應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培育基上生長,而不能在含四環(huán)素的培育基上生長,故可推知與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素,但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示,多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素,而經(jīng)限制酶BamHI作用后,標(biāo)記基因tetR被破壞,而不能抗四環(huán)素,故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。探規(guī)尋律黏性末端或平末端是否由一種限制酶切割形成的推斷方法:推斷黏性末端或平末端是否由同一種限制酶切割形成的方法是:將黏性末端或平末端之一旋轉(zhuǎn)180°后,看它們是否是完全相同的結(jié)構(gòu)。是,則為相同限制酶切割形成;否,則為不同限制酶切割形成。問題釋疑·探究升華P7思索與探究1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎?以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段:你是否能用DNA連接酶將它們連接起來?提示:__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…;2.聯(lián)系你已有的學(xué)問,想一想,為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA?提示:迄今為止,基因工程中運(yùn)用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的,它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DNA,是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防衛(wèi)機(jī)制,可以將外源入侵的DNA降解掉。生物在長期演化過程中,含有某種限制酶的細(xì)胞,其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列,或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上,使限制酶不能將其切開。這樣,盡管細(xì)菌中含有某種限制酶,也不會使自身的DNA被切斷,并且可以防止外源DNA的入侵。3.自然的DNA分子可以干脆用做基因工程載體嗎?為什么?提示:基因工程中作為載體運(yùn)用的DNA分子很多都是質(zhì)粒(plasmid),即獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的袒露DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體運(yùn)用呢?其實(shí)不然,作為基因工程運(yùn)用的載體必需滿意以下條件。(1)載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn),以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點(diǎn),還必需是在質(zhì)粒本身須要的基因片段之外,這樣才不至于因目的基因的插入而失活。(2)載體DNA必需具備自我復(fù)制的實(shí)力,或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。(3)載體DNA必需帶有標(biāo)記基因,以便重組后進(jìn)行重組質(zhì)粒的篩選。(4)載體DNA必需是平安的,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。(5)載體DNA分子大小應(yīng)適合,以便提取和在體外進(jìn)行操作,太大就不便操作。事實(shí)上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件,都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4.網(wǎng)上查詢:DNA連接酶有連接單鏈DNA的本事嗎?提示:迄今為止,所發(fā)覺的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的實(shí)力,至于緣由,現(xiàn)在還不清晰,或許將來會發(fā)覺可以連接單鏈DNA的酶。P4尋根問底1.依據(jù)你所駕馭的學(xué)問,你能推想出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎?提示:原核生物簡潔受到自然界外源DNA的入侵,但是,生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防衛(wèi)機(jī)制,以防止外來病原體的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防衛(wèi)性工具,當(dāng)外源DNA侵入時,限制酶會將外源DNA切割掉,以保證自身的平安。所以,限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效,從而達(dá)到愛護(hù)自身的目的。P6尋根問底2.DNA連接酶與DNA聚合
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