高二生物新人教版选修3学案专题1 基因工程 第1课时《DNA重组技术的基本工具学案》Word格式文档下载.docx
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图1为我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉,就是通过精心设计,用“分子工具”构建成的。
培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”,然后,导入棉花体细胞内,并使重组DNA在细胞中表达。
由上述资料填写下表,理解基因工程的概念。
操作对象
基因(DNA)
操作环境
生物体外
操作水平
DNA分子水平
技术手段
DNA重组和转基因等技术
目的
创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品
2.基因工程的工具酶
(1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
①主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②功能:
能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
小贴士 限制酶所识别序列的特点
呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图所示,中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
如GCCG以中心线为轴,两侧碱基互补对称;
CGCGATGCGC以AT为轴,两侧碱基互补对称。
③作用结果:
形成DNA片段末端。
a.黏性末端
是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的,如图所示。
b.平末端
是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线处切开时形成的,如图所示。
④观察图2,说明限制酶切割的位置在2、4(处)。
(2)“分子缝合针”——DNA连接酶
①作用:
将双链DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。
②DNA连接酶种类和作用的区别
种类
来源
作用
E·
coliDNA
连接酶
大肠杆菌
缝合黏性末端被切开的磷酸二酯键,不能连接平末端
T4DNA连接酶
T4噬菌体
缝合黏性末端和平末端,但平末端之间连接的效率比较低
归纳提炼
1.DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
(1)区别
应用
限制性核酸内切酶
使特定部位的磷酸二酯键断裂
用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶
在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键
用于基因表达载体的构建
(2)两者的关系可表示为:
2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA聚合酶
相同点
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不
同
点
模板
不需要模板
需要DNA的一条链为模板
作用对象
游离的DNA片段
单个的脱氧核苷酸
作用结果
形成完整的DNA分子
形成DNA的一条链
用途
基因工程
DNA分子复制
活学活用
1.下图为DNA分子的切割和连接过程,据图回答下列问题。
(1)EcoRⅠ是一种____________酶,其识别序列是________________,切割位点是___________与___________之间的___________键。
切割结果产生的DNA末端片段形式为_____________。
(2)不同来源的DNA片段结合,在这里需要的酶是__________连接酶,此酶的作用是在__________和________之间形成__________键而起缝合作用的。
还有一种连接平末端的连接酶是__________。
答案
(1)限制性核酸内切 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 磷酸二酯 黏性末端
(2)E·
coliDNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 磷酸二酯 T4DNA连接酶
解析 限制酶能识别特定的核苷酸序列(碱基序列),并使两个特定核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,DNA连接酶的作用是将不同来源的DNA片段连接起来。
方法链接 与DNA分子有关的四种酶的作用部位图解:
(1)作用于a(磷酸二酯键)的酶:
限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶。
(2)作用于b(氢键)的酶:
解旋酶。
探究点二 “分子运输车”——载体
载体的作用是作为运载工具,将目的基因转移到受体细胞中去,并在受体细胞内大量复制。
常用的载体有细菌的质粒、病毒等。
1.质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物,是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
2.作为载体的条件有:
(1)载体DNA要携带目的基因,因此要求载体DNA必须有一个至多个限制酶切割位点。
(2)目的基因进入受体细胞后要进行DNA复制,因此要求携带目的基因的载体具有自我复制的特点或能整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制。
(3)目的基因进入受体细胞后要进行鉴定和选择,一般利用质粒上特殊的标记基因。
(4)霍乱弧菌有强烈的致病性,也含有质粒,但一般不用来做载体。
因此,我们选择的载体应该对受体细胞无害。
3.常用载体种类
质粒、λ噬菌体的洐生物和灭活的动植物病毒等。
其中最常用的载体是质粒。
细胞膜上的载体与基因工程中的载体的区别
(1)化学本质不同:
细胞膜上的载体化学成分是蛋白质;
基因工程中的载体可能是物质,如质粒(DNA)、λ噬菌体的衍生物,也可能是生物,如动植物病毒等。
(2)功能不同:
细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞;
基因工程中的载体是一种“分子运输车”,把目的基因导入受体细胞。
2.限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。
如图表示四种质粒和目的基因,其中,箭头所指部位为限制酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基因。
适于作为图示目的基因载体的质粒是( )
问题导析
(1)据图可知,能识别此目的基因的两端序列的是限制酶MunⅠ和EcoRI。
(2)质粒B上无标记基因,不适合作为载体;
质粒A和C都有上述限制酶的识别位点,但是C的切割位点在标记基因上。
答案 A
解析 由图可知,质粒B上无标记基因,不适合作为载体;
质粒C和D的标记基因上都有限制酶的识别位点;
只有质粒A上既有标记基因,且MunⅠ的切割位点不在标记基因上。
基因工程的基本工具
①限制性核,酸内切酶分子手术刀
⑥DNA连接酶分子缝合针
⑧载体分子运输车
1.下图表示一项重要的生物技术,对图中物质a、b、c、d的描述,正确的是( )
A.通常情况下,a与d需要用同一种限制酶进行切割
B.b能识别特定的核苷酸序列,并将A与T之间的氢键切开
C.c连接双链间的A和T,使黏性末端处碱基互补配对
D.b代表的是限制性核酸内切酶,c代表的是RNA聚合酶
解析 b是限制性核酸内切酶,能识别特定的核苷酸序列并使DNA分子的每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,而不是使氢键断开;
c是DNA连接酶,能连接两个DNA片段。
2.关于限制酶识别序列和切开部位的特点,叙述错误的是( )
A.所识别的序列都可以找到一条中轴线
B.中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列
C.只识别和切割特定的核苷酸序列
D.在任何部位都能将DNA切开
答案 D
解析 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的位点上切割DNA分子。
3.质粒之所以能做基因工程的载体,是由于它( )
A.含蛋白质,从而能完成生命活动
B.能够自我复制,且能保持连续性
C.含RNA,能够指导蛋白质的合成
D.具有环状结构,能够携带目的基因
答案 B
解析 质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中,是一种很小的环状DNA分子,其上有标记基因,便于检测。
质粒在受体细胞中,能随受体细胞DNA的复制而复制,进行目的基因的扩增和表达。
4.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。
运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质,下图表示了这一技术的基本过程,在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—,请回答下列问题。
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________________。
人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。
(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内,原因是_______________________,
“插入”时用的工具是________,其种类有__________________________。
答案
(1)限制酶 DNA连接酶
(2)
(3)基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的 载体 质粒、动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等
解析 基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶,不同生物的基因之所以能整合在一起,是因为基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的。
将目的基因导入受体细胞,离不开载体的协助,基因工程中常用的载体除质粒外,还有动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等。
基础过关
知识点一 基因工程的概念和工具酶
1.实施基因工程的最终目的是( )
A.提取生物体的DNA分子
B.对DNA分子进行人工剪切
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.创造符合人们需要的新生物类型和生物产品
解析 A、B和C三项均为基因工程操作的具体内容,但不是基因工程的目的。
实施基因工程的最终目的是通过基因操作定向改造生物的遗传物质,创造符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
2.下列关于限制酶的叙述中,错误的是( )
A.它能在特殊位点切割DNA分子
B.同一种限制酶切割不同的DNA产生的黏性末端能够很好地进行碱基配对
C.它能任意切割DNA,从而产生大量DNA片段
D.每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列
答案 C
解析 限制酶是基因工程的重要工具之一。
每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子。
同一种限制酶切割不同的DNA产生的黏性末端能进行互补配对。
3.下列有关限制酶的说法,正确的是( )
A.限制酶主要是从真核生物中分离出来的
B.限制酶的识别序列只能由6个核苷酸组成
C.限制酶能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开
D.限制酶切割产生的DNA片段末端都为黏性末端
解析 限制酶主要存在于微生物中。
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的位点上切割DNA分子,切开后形成两种末端——黏性末端和平末端。
少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。
4.下列关于DNA连接酶的
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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