2017-2018學(xué)年高中生物第一章基因工程第1課時(shí)基因工程的發(fā)展歷程和工具學(xué)案蘇教版選修3

1、第1課遺傳工程學(xué)科開(kāi)發(fā)過(guò)程和工具學(xué)習(xí)目標(biāo) 1。談基因工程誕生的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)、發(fā)展階段和基因工程的意義及主要實(shí)驗(yàn)成果。請(qǐng)舉例說(shuō)明限制性核酸內(nèi)切酶的作用和特性。舉例說(shuō)明DNA連接酶的作用。4.簡(jiǎn)述質(zhì)粒的意義、特性及其在基因工程中的作用一、遺傳工程學(xué)科發(fā)展過(guò)程1.遺傳工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，正是這些學(xué)科的基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展催生了遺傳工程。閱讀教材，填寫下表。年份科學(xué)家主要績(jī)效1953華生和克里克建立了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1957科亨伯格和他的合作伙伴大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶1958梅塞爾森和斯塔爾發(fā)現(xiàn)了DNA半保存復(fù)制的機(jī)制?？死锟颂岢隽嗣枋鲞z

2、傳信息流的中心法則1961 19611966尼倫堡和霍拉納等64成功破譯了所有茄子遺傳密碼1967羅斯和赫林斯基發(fā)現(xiàn)具有自我復(fù)制能力的質(zhì)粒其他科學(xué)家大腸桿菌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶1970泰明和巴爾的摩在RNA病毒中分別發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶。史密斯等用第一種特異性強(qiáng)的限制性核酸內(nèi)切酶分離1977山居噬菌體X174的基因組序列測(cè)定2.我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲面是通過(guò)細(xì)致的設(shè)計(jì)制成的“分子工具”。要種植抗蟲棉，必須先在體外“切割”含有抗蟲基因的DNA分子，然后“拼接”它們，再導(dǎo)入棉花體細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)重組后的DNA(見(jiàn)圖)。用以上資料填寫下表，了解基因工程的概念。操控物件基因(DNA)生產(chǎn)環(huán)

3、境體外操作級(jí)別DNA分子水平技術(shù)手段DNA重組與轉(zhuǎn)基因切換技術(shù)目的創(chuàng)造更符合人們要求的新型生物類型和生物產(chǎn)品分析DNA的平面結(jié)構(gòu)并回答問(wèn)題。(1)配對(duì)的堿基是如何連接的？(？什么條件會(huì)導(dǎo)致這種化學(xué)鍵斷裂？如果答案堿基配對(duì)，A和T之間就會(huì)形成兩個(gè)氫鍵，G和C之間就會(huì)形成三個(gè)氫鍵?？梢杂煤ｕr酶折斷，也可以高溫切斷。2)磷酸和脫氧核糖是如何連接的？(？化學(xué)鍵的名字是什么？答案是，每個(gè)脫氧核糖有兩個(gè)磷酸連接到3號(hào)，5號(hào)碳原子。磷酸和脫氧核糖之間的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。第二，遺傳工程學(xué)科工具酶1.分子手術(shù)刀限制性核酸內(nèi)切酶(限制性內(nèi)切酶)(1)限制性內(nèi)切酶主要源自什么生物？(？有多少種？答案主要是從大約3

4、00種微生物中分離純化。到目前為止，已從微生物中分離出約4000種限制性酶。2)限制性內(nèi)切酶的功能特點(diǎn)是什么？(？其作用部位是什么化學(xué)結(jié)合？答案是特異性高，可以識(shí)別DNA分子中的特定脫氧核苷酸序列，其作用部位是每條鏈特定部位的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。3)限制性內(nèi)切酶識(shí)別的序列有什么特征？(？大部分限制性酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成，部分限制性酶的識(shí)別序列由4、5、8個(gè)核苷酸組成。識(shí)別序列通常有回文序列。(4)根據(jù)限制酶切割方式，可分為誤差切割和切割兩種。前者切開(kāi)后兩端都留下粘性末端，后者形成扁平末端。如圖所示：2.“分子縫紉”DNA連接酶(1)DNA連接酶的作用是什么？(？答案是雙鏈D

5、NA片段之間的磷酸連接酯鍵。(2)比較海鮮酶、限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶作用的異同。(。答案海選酶分離DNA的氫鍵。限制性酶中斷DNA的磷酸二酯鍵，形成粘性末端或扁平端。DNA連接酶在DNA片段之間重新形成磷酸二酯連接。DNA聚合酶在單個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，用DNA鏈聚合。如圖所示，限制酶、DNA連接酶和DNA聚合酶作用于A(磷酸二酯鍵)，分解酶作用于B(氫鍵)。三、“分子波特”載體1.常用的托架是什么？最常用的托架是什么？答案包括質(zhì)粒、钚衍生物、動(dòng)植物病毒等。其中最常用的載體是質(zhì)粒。什么是質(zhì)粒？質(zhì)粒屬于細(xì)胞器嗎？答案質(zhì)粒來(lái)自很多細(xì)菌和酵母菌等生物，是暴露簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，獨(dú)立

6、于細(xì)菌的原核DNA，具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒不屬于細(xì)胞器，原核細(xì)胞只有核糖體的細(xì)胞器。3.教科書內(nèi)容和圖形質(zhì)粒結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)用矢量分析質(zhì)粒需要什么條件？答案(1)包含復(fù)制原點(diǎn)，并確保受體細(xì)胞獨(dú)立復(fù)制的復(fù)制區(qū)域。(2)獨(dú)特的標(biāo)記基因；(3)目的基因插入部位。質(zhì)粒上存在的標(biāo)記基因的用途是什么？答案是攜帶在重組質(zhì)粒上的標(biāo)記基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，可以通過(guò)標(biāo)記基因進(jìn)行識(shí)別和選擇。侵入含有抗生素耐藥基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌可以對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性，在含有抗生素的培養(yǎng)基中產(chǎn)生菌落，但沒(méi)有侵犯牙齒質(zhì)粒的大腸桿菌無(wú)法存活。一、DNA分子“剪切”和“結(jié)合”通過(guò)圖中DNA分子的切割和連接過(guò)程，可以回答以下問(wèn)題

7、：(1) ecor 是標(biāo)識(shí)序列由_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _切割結(jié)果生成的DNA(2)不同來(lái)源DNA片段的結(jié)合，這里需要的酶是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _答案(1)限制性核酸內(nèi)切GAATTC脫氧核苷酸腺苷脫氧核糖核苷酸磷酸二酯粘性末端(2)EcoliDNA鳥苷二氧基腺苷二氧基磷酸二氧基T4DNA連接酶分析限制酶識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列(核酸序列)，并中斷兩個(gè)特定核苷酸之間的磷酸二酯結(jié)合，DNA連接酶的作用是連接徐璐其他來(lái)源的DNA片段。

8、二、“分子波特”載體在基因工程中，必須限制酶切目的的基因和粒子，以便于重組和篩選。已知限制酶I的識(shí)別序列和切點(diǎn)是-GGATCC，限制酶II的識(shí)別序列和切點(diǎn)是-GATC。(1)上述質(zhì)粒使用限制酶_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _進(jìn)行切割，并且(2)將切除的目的基因片段插入質(zhì)粒切口，添加適量的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)指出質(zhì)粒必須至少有一個(gè)標(biāo)記基因的原因：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _32(4)其他生物的基因可

9、以接合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是_ _ _ _ _ _ _(5)酶用DNA連接酶連接后，其中兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _答案(1)(2)DNA連接酶(3)檢測(cè)重組質(zhì)粒(或目的基因)是否已引入受體細(xì)胞(4)DNA結(jié)構(gòu)基本相同(其他合理的回答也可以)(5)目的基因-載體連接體-載體連接體目的基因-目的基因連接體1.下圖顯示了重要的生物技術(shù)。圖中對(duì)物質(zhì)a、b、c、d的描述是()A.一般來(lái)說(shuō)，a和d必須用相同的限制性內(nèi)切B.b可以識(shí)別特定的核苷酸序列，并切斷A和T之間的氫鍵。C.c

10、連接雙鏈之間的A和T，使粘性末端的堿基徐璐配對(duì)。D.b代表限制性核酸內(nèi)切酶，C代表RNA聚合酶。答案a分析B是限制性核酸內(nèi)切酶，它識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列，并在DNA分子的每條鏈中，中斷特定部位兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。c是能連接兩個(gè)DNA片段的DNA連接酶。2.(關(guān)于限制酶識(shí)別序列和切口部位的特點(diǎn)，寫錯(cuò)了)。A.所有標(biāo)識(shí)的序列都可以找到中心軸B.中軸兩側(cè)雙鏈DNA的堿基反對(duì)稱地重復(fù)排列。C.僅識(shí)別和切割特定的脫氧核苷酸序列D.可以在任何部位切割DNA答案d分析限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列，在特定部位切割DNA分子。3.質(zhì)粒之所以能成為基因工程的載體，是因?yàn)檫@個(gè)()A.含有蛋白質(zhì)

11、，能完成生命活動(dòng)B.自我復(fù)制和保持連續(xù)性C.含有RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成D.目的具有能攜帶基因的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。答案b分析質(zhì)粒存在于細(xì)菌、酵母菌等微生物中，是很小的環(huán)狀DNA分子，上面有標(biāo)記基因，很容易檢查。質(zhì)粒在受體細(xì)胞中與受體細(xì)胞DNA的克隆一起復(fù)制，可以進(jìn)行目的基因的擴(kuò)增和表達(dá)。4.以下關(guān)于DNA連接酶的敘述不準(zhǔn)確。（）A.催化同一粘性終端的DNA片段之間的連接B.能催化同一平端DNA片段之間的連接。C.兩個(gè)粘性末端可以催化彌補(bǔ)堿基的氫鍵。D.能催化兩鏈DNA分子的脫氧核糖和磷酸之間的磷酸二酯鍵的形成。答案c分析氫鍵是分子間作用力，其破裂和形成與DNA連接酶無(wú)關(guān)。5.以下哪項(xiàng)不是遺傳工程中經(jīng)常使用

12、的矢量()A.細(xì)菌質(zhì)粒B. 噬菌體的衍生物C.動(dòng)植物病毒d .細(xì)菌準(zhǔn)核區(qū)的DNA答案d分析細(xì)菌擬核的DNA分子不具備載體的基本條件，不能用作基因工程的載體?；A(chǔ)鄭在玹1.實(shí)施遺傳工程學(xué)科的最終目的是()A.有機(jī)體的DNA分子提取B.DNA分子的人工剪切C.在體外轉(zhuǎn)化DNA分子。D.創(chuàng)造符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品答案d分析a，B，C三者都是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(guò)基因操作改造生物的遺傳物質(zhì)，制造符合人們要求的新的生物類型和生物產(chǎn)品。2.在以下關(guān)于限制性內(nèi)切酶的敘述中，錯(cuò)誤的是()A.你可以在特定部位切割DNA分子B.同一限制酶切割其他DN

13、A分子而產(chǎn)生的粘性末端可以很好地配對(duì)堿基。C.你可以任意切割DNA，制造出很多DNA片段D.每個(gè)限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列答案c分析限制酶是基因工程的重要工具之一。每種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列，并在特定部位切割DNA分子。同一限制酶切割其他DNA分子而產(chǎn)生的粘性末端可以形成堿基互補(bǔ)配對(duì)。以下關(guān)于限制性內(nèi)切酶的陳述是正確的()A.限制性內(nèi)切酶主要從真核生物中分離出來(lái)B.限制性內(nèi)切酶的識(shí)別順序只能由6個(gè)核苷酸組成C.限制性酶識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并切斷每條鏈特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。D.限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段的末端是粘性末端答案c分析限制

14、酶主要存在于微生物中。少數(shù)限制性酶的識(shí)別順序由4，5，8個(gè)核苷酸組成。限制性酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，在特定部位切割DNA分子，形成粘性末端或扁平末端。4.如圖所示，兩個(gè)核酸片段在適當(dāng)條件下經(jīng)過(guò)X酶的催化作用，發(fā)生了以下變化，牙齒酶為()。A.DNA連接酶B. RNA聚合酶C.DNA聚合酶d .限制酶答案a分析DNA連接酶可以連接雙股DNA片段徐璐補(bǔ)充的粘性末端。5.作為基因工程的“分子搬運(yùn)工”載體，必須具備的條件是()為了使目標(biāo)基因插入載體，必須有多個(gè)限制性內(nèi)切部位。必須有自己的復(fù)制能力?；蛘邞?yīng)與受體染色體DNA的克隆結(jié)合在受體染色體DNA中。標(biāo)記基因重組后應(yīng)可以篩選。對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害，或不

15、能進(jìn)入除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞。大小合適，過(guò)大不容易操作。A.b .C.d . 931 .答案d在基因操作過(guò)程中，為了使載體攜帶目的基因，需要對(duì)多種限制性酶有剪切點(diǎn)，以便目標(biāo)基因插入載體。向量必須具有自我復(fù)制能力，或整合在受體染色體DNA中，與染色體DNA的克隆同時(shí)復(fù)制。為了重組后篩選，必須有標(biāo)記基因。必須安全。大小要適中，太大不好操作。提高能力6.對(duì)基因工程的以下理解是()根據(jù)人的意志確定生物遺傳特性的工程人工改造基因是在體外進(jìn)行的人工基因重組實(shí)驗(yàn)室利用相關(guān)酶和原料合成DNA的主要技術(shù)是體外DNA重組技術(shù)和基因操作技術(shù)在DNA分子水平操作。一旦成功，就會(huì)遺傳A. b .C.d .答案d分析

16、基因工程可以改造和重組生物的基因，然后移植到受體細(xì)胞進(jìn)行無(wú)性繁殖，重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，是生產(chǎn)人類所需基因產(chǎn)物的技術(shù)，不是人工改造基因。7.基因工程在操作過(guò)程中必須限制酶、DNA連接酶、載體三種茄子工具?；竟ぞ叩囊韵抡f(shuō)明為()A.所有限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成B.所有DNA連接酶都可以連接粘性末端和嘴尖。C.實(shí)際上用作矢量的質(zhì)粒是天然質(zhì)粒D.原核生物內(nèi)的限制性酶可以通過(guò)剪切入侵的DNA分子來(lái)保護(hù)自己答案d分析大部分限制性酶的識(shí)別序列包括6個(gè)核苷酸，少數(shù)限制性酶的識(shí)別序列包括4、5、8個(gè)核苷酸。DNA連接酶包含Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶，這只能連接雙鏈DNA片段的補(bǔ)充粘性末端。在基因工程工作中真正用作載體的粒子都是以天然粒子為基礎(chǔ)人工改造的。8.現(xiàn)在長(zhǎng)度為1000堿基對(duì)(BP)的DNA分子是用限制性核酸內(nèi)切酶ECOR I單酶切掉后得到的DNA分子，仍然是1000bp，用KPN I單切酶切掉400bp和600bp兩個(gè)