新人教版 选择性必修3 重组DNA技术的基本工具 教案Word格式文档下载.docx
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(7)1983年,科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。
此后,基因工程进入了迅速发展的阶段。
(1)基因工程是人工操作导致的染色体变异,变异是不定向的(×
)
(2)S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌,发生了基因重组(√)
(3)基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,又叫作重组DNA技术(√)
(4)科学家发现,在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力,并可以在细菌细胞间转移(√)
1.(生命观念)为什么几乎所有生物的DNA分子都可以进行DNA拼接?
提示:
几乎所有生物的DNA分子都具有相似的成分和结构,即都是由4种脱氧核苷酸形成规则的双螺旋结构。
2.(科学思维)为什么一种生物的基因在其他生物体内也能正常表达?
(1)所有生物共用一套遗传密码,这为一种生物的基因在其他生物体内正常表达提供了可能。
(2)基因是控制生物体性状的结构和功能单位,具有相对独立性,这为目的基因在受体细胞中的独立表达提供了可能。
1.下列叙述符合基因工程概念的是( )
A.在细胞内将DNA进行重组,赋予生物新的遗传特性
B.将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株
C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株
D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上
解析:
选B 基因工程是在生物体外将DNA进行重组,赋予生物新的遗传特性,A项错误;
B项符合基因工程的概念;
C项属于诱变育种;
D项外源基因导入细菌不是人为操作的,不属于基因工程的范畴。
2.科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中,在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。
下列不是这一先进技术的理论依据的是( )
A.所有生物共用一套遗传密码
B.基因能控制蛋白质的合成
C.兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成,都遵循相同的碱基互补配对原则
D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
选D 题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程,目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质,说明控制其合成的mRNA上的密码子是共用的,相同的密码子决定相同的氨基酸,A项正确;
基因通过转录获得mRNA,进而控制蛋白质的合成,B项正确;
基因是有遗传效应的DNA片段,只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则,其组成原料都是四种脱氧核苷酸,C项正确;
生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系,D项错误。
知识点
(二)重组DNA技术的工具酶
1.限制性内切核酸酶(又称限制酶)
(1)来源:
主要来自原核生物。
(2)功能:
能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
(3)结果:
产生黏性末端或平末端。
(4)应用:
已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G
AATTC和CCC
GGG,在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
2.DNA连接酶
(1)作用:
将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。
(2)种类:
种类
比较
E·
coliDNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
大肠杆菌
T4噬菌体
特点
只能连接黏性末端
既可以连接黏性末端,又可以连接平末端
(1)限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害(×
(2)DNA聚合酶也可以用作重组DNA技术的工具(×
(3)DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键,形成重组DNA(×
(4)E·
coliDNA连接酶既能连接黏性末端,又能连接平末端(×
1.(生命观念)图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。
请据图回答:
请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点;
EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶作用的结果分别是什么?
EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC,切割位点在G和A之间;
SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG,切割位点在G和C之间。
EcoRⅠ限制酶将DNA切割成黏性末端,SmaⅠ限制酶将DNA切割成平末端。
2.(科学思维)DNA连接酶的作用特点:
(1)DNA连接酶和限制性内切核酸酶的比较:
DNA连接酶
限制性内切核酸酶
作用部位
磷酸二酯键
作用结果
连接DNA片段
形成黏性末端或平末端
(2)DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键,二者的作用对象相同吗?
为什么?
不相同。
DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来,而DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸加到已有的DNA片段上。
1.下列关于DNA连接酶的叙述正确的是( )
①催化相同黏性末端的DNA片段之间的连接
②催化不同黏性末端的DNA片段之间的连接
③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成
④催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成
A.①③ B.②④
C.②③D.①④
选D 在DNA重组技术中,两个DNA片段间必须有相同的黏性末端,这样黏性末端的碱基才能通过氢键连接而互补配对,再由DNA连接酶连接双链DNA分子间的磷酸二酯键。
2.EcoRⅠ和SmaⅠ限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成,但切割后产生的结果不同,其识别序列和切割点(图中箭头处)分别如下图所示,据图分析下列叙述正确的是( )
A.所有限制酶的识别位点均由6个核苷酸序列组成
B.SmaⅠ限制酶切割后产生的是黏性末端
C.用连接酶连接平末端和黏性末端的连接效率一样
D.细菌细胞内限制酶可以切割外源DNA,防止外源DNA入侵
选D 不是所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成;
据图可知,SmaⅠ限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA片段切开,产生的是平末端;
用DNA连接酶连接平末端的效率比较低;
细菌细胞内的限制酶可以切割外源DNA,防止外源DNA入侵,是一套完善的防御体系。
[归纳提升]
1.限制酶的识别序列和切割末端的判断
(1)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,都可以找到一条中轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
如
以中心线为轴,两侧碱基互补对称,
以
为轴,两侧碱基互补对称。
(2)黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方法:
将黏性末端或平末端之一旋转180°
后,看它们是否是完全相同的结构。
是,则为相同限制酶切割形成的;
否,则为不同限制酶切割形成的。
2.五种酶的比较
作用底物
产物
限制酶
DNA分子
黏性末端或平末端
DNA片段
重组DNA分子
DNA聚合酶
脱氧核苷酸和DNA片段
子代DNA
解旋酶
碱基对中的氢键
脱氧核苷酸单链
DNA(水解)酶
游离的脱氧核苷酸
知识点(三)基因进入受体细胞的载体
1.种类
(1)常用载体——质粒
①化学本质:
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
②质粒作为载体所具备的条件及原因
条件
原因
能在细胞中进行自我复制或整合到受体DNA上
能使目的基因稳定存在且数量可扩增
有一个至多个限制酶切割位点
供外源DNA片段(基因)插入其中
常有特殊的标记基因
便于重组DNA分子的筛选
无毒害作用
对受体细胞无毒害作用,避免受体细胞受到损伤
(2)其他载体:
噬菌体、动植物病毒等。
2.功能
(1)相当于运输工具,将外源基因送入受体细胞。
(2)携带外源基因在受体细胞内大量复制。
(1)重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA聚合酶(×
(2)载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等,其中动植物病毒必须是DNA病毒(√)
(3)新冠病毒(RNA病毒)可以作为基因工程的载体(×
1.(科学思维)质粒作为目的基因的载体,其本质是什么?
所有质粒都是载体吗?
DNA。
不是。
作为载体必须具备一定的条件,条件不具备,则不能作为载体。
2.(科学思维)载体在基因工程中的作用是什么?
作为运输工具,将外源(目的)基因导入受体细胞;
携带外源(目的)基因在受体细胞内大量复制。
3.(科学思维)分析质粒载体结构模式图,回答下列问题:
(1)质粒上氨苄青霉素抗性基因的作用是什么?
作为标记基因,便于重组DNA分子的筛选。
(2)为使外源基因插入质粒中,质粒需具备的条件是什么?
有一个至多个限制性内切核酸酶的切割位点。
1.质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。
下列有关叙述正确的是( )
A.质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子
B.在所有的质粒上都能找到一个或多个限制酶切割位点
C.携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制
D.质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择
选D 质粒不只分布于原核生物中,在真核生物——酵母菌细胞内也有分布;
并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点,从而成为合适的运载目的基因的工具;
重组质粒进入受体细胞后,可以在细胞内自我复制,也可以整合后复制;
质粒上的抗性基因常作为标记基因。
2.下面是四种不同质粒的示意图,其中ori为复制必需的序列,amp为氨苄青霉素抗性基因,tet为四环素抗性基因,箭头表示同一种限制性内切核酸酶的酶切位点。
若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞,应选用的质粒是( )
选C A质粒的ori被破坏,该质粒将无法自我复制,而tet和amp均保持完整,说明该细胞能在四环素培养基和氨苄青霉素培养基上生长,A错误;
B质粒的tet和amp均保持完整,说明该细胞能在四环素培养基和氨苄青霉素培养基上生长,B错误;
C质粒的tet保持完整,而amp被破坏,说明该细胞能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长,C正确;
D质粒的tet被破坏,而amp保持完整,说明该细胞能在氨苄青霉素培养基上生长而不能在四环素培养基上生长,D错误。
1.载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。
目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。
当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞,原理如图所示:
2.细胞膜上的载体与基因工程中的载体不同
(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),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”,把目的基因送入受体细胞。
知识点(四)DNA的粗提取与鉴定
1.实验原理
(1)提取原理
①DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异,可以利用这些差异,选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
②DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理,可以初步分离DNA与蛋白质。
③DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于2mol/L的NaCl溶液。
(2)鉴定原理:
在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。
2.方法步骤
(1)称取约30g洋葱,切碎,然后放入研钵中,倒入10mL研磨液,充分研磨。
(2)在漏斗中垫上纱布,将洋葱研磨液过滤到烧杯中,在4℃冰箱中放置几分钟后,再取上清液。
也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中,在1500r/min的转速下离心5min,再取上清液放入烧杯中。
(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%),静置2~3min,溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。
用玻璃棒沿一个方向搅拌,卷起丝状物,并用滤纸吸去上面的水分;
或者将溶液倒入塑料离心管中,在10000r/min的转速下离心5_min,弃上清液,将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干。
(4)取两支20mL的试管,各加入2_mol/L的NaCl溶液5mL。
将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。
然后,向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。
混合均匀后,将试管置于沸水中加热5min。
待试管冷却后,比较两支试管中溶液颜色的变化。
(1)DNA与蛋白质都溶于酒精(×
(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度相同(×
(3)DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色(√)
1.(科学探究)鸟类和哺乳动物的红细胞都适合用来提取DNA吗?
请说明理由。
哺乳动物的红细胞没有细胞核,不适合作材料提取DNA。
2.(科学探究)实验过程要充分地搅拌和研磨,如果研磨不充分,会对实验结果产生怎样的影响?
研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全,提取的DNA量变少,导致看不到丝状沉淀物,用二苯胺鉴定不显示蓝色。
3.(科学探究)实验过程中应如何使用玻璃棒搅拌?
搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部,搅拌要轻缓,并向一个方向搅拌以便获得较完整的DNA分子。
1.下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验原理的叙述,正确的是( )
A.DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的升高而减小
B.利用DNA不溶于酒精的性质,可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯的DNA
C.DNA是大分子有机物,易溶于水也溶于某些有机溶剂
D.在沸水浴中,DNA遇二苯胺会出现紫色反应
选B 随NaCl溶液浓度的升高,DNA的溶解度先降低后增大,A错误;
DNA不溶于酒精等有机溶剂,B正确;
在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺后呈现蓝色,D错误。
2.若从植物细胞中提取DNA,发现实验效果不好,如看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定时颜色反应不明显等。
其可能的原因是( )
①植物细胞中不含DNA ②研磨不充分 ③过滤不充分 ④冷酒精的量过大
A.①② B.③④
C.①④D.②③
选D 研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全,提取的DNA量变少;
过滤不充分也会导致提取的DNA量过少;
若用于沉淀DNA的酒精量过少,也会导致DNA的沉淀量少,从而影响实验效果。
DNA粗提取与鉴定实验成功的关键
(1)破碎细胞应彻底充分。
(2)对提取的含杂质较多的DNA进行提纯时,所用的酒精必须经过充分预冷后才能使用。
(3)实验过程中,搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部,并且搅拌要轻缓,并向一个方向搅拌以便获得较完整的DNA分子。
(4)由于玻璃表面带电荷,DNA易被吸附于玻璃表面,故实验中应尽量不使用或少使用玻璃器皿,这样可以提取到较多的DNA。
(5)二苯胺试剂要现配现用,否则会影响鉴定的效果。
[学习小结]
1.科学家们经过多年的努力,创立了一种新兴生物技术——基因工程。
实施该工程的最终目的是( )
A.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状
选D 基因工程的内容就是在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出更符合人们需要的基因产物,也就是定向地改造了生物的遗传性状。
2.DNA的粗提取中,加入与滤液体积相等的、冷却的A溶液,静置2~3min,溶液中会出现白色丝状物。
上面提到的A溶液是指( )
A.0.9%的NaCl溶液
B.0.14mol/L的NaCl溶液
C.质量分数为15%的HCl溶液
D.体积分数为95%的酒精溶液
选D 细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液,但DNA不溶于酒精溶液,故滤液与体积分数为95%的冷却的酒精溶液混合后,就会得到白色的丝状物。
3.下列有关限制性内切核酸酶的叙述,正确的是( )
A.用限制性内切核酸酶切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时,被水解的磷酸二酯键有2个
B.限制性内切核酸酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大
C.—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA连接酶连接
D.只有用相同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒
选B 用限制性内切核酸酶切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时,需要切割目的基因的两侧,因此要断裂4个磷酸二酯键,即被水解的磷酸二酯键有4个,A错误;
限制性内切核酸酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大,B正确;
—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不同,分别为CATG和GATC,不能用DNA连接酶连接,C错误;
用不同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的DNA片段和质粒,若产生的黏性末端相同,也能形成重组质粒,D错误。
4.下列关于DNA连接酶作用的叙述,正确的是( )
A.将单个核苷酸加到某个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键
B.将断开的2个DNA片段的骨架连接起来,重新形成磷酸二酯键
C.连接2条DNA链上碱基之间的氢键
D.只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来,而不能将两者之间的平末端进行连接
选B DNA连接酶和DNA聚合酶都催化2个脱氧核苷酸分子之间形成磷酸二酯键。
但DNA连接酶是在2个DNA片段之间形成磷酸二酯键,将2个DNA片段连接成重组DNA分子;
DNA聚合酶是将单个的核苷酸分子加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯键,合成新的DNA分子;
T4DNA连接酶还可以连接平末端。
5.(多选)下列关于载体的叙述中,错误的是( )
A.载体与目的基因结合后,实质上是两个重组DNA分子
B.在基因工程操作中,真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的
C.目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等
D.载体具有某些标记基因,便于对其进行切割
选AD 用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起,形成的DNA分子为一个重组DNA分子,A错误;
常用的载体有质粒、噬菌体动植物病毒等,其中在基因工程操作中,真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的,B、C正确;
标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来,D错误。
6.如表所示为几种限制酶的识别序列及其切割位点,请回答下列问题:
(1)从表中四种酶的切割位点看,可以切出平末端的酶是________。
(2)将目的基因与质粒DNA“缝合”依靠的是________酶,它的作用是形成磷酸二酯键;
两条链间的碱基对通过________连接起来。
(3)图1中的质粒分子可被表中限制酶________切割,切割后的质粒含有________个游离的磷酸基团。
(4)在相关酶的作用下,图1中的甲与图2中的乙____________________(填“能”或“不能”)拼接起来。
请说明理由:
_________________________________________________。
(1)由表中四种限制酶的切割位点可知,SmaⅠ可切出平末端。
(2)目的基因与质粒缝合时用DNA连接酶进行连接,形成磷酸二酯键;
两条链之间的碱基依据碱基互补配对原则形成氢键。
(3)根据质粒的碱基序列可知,质粒分子可被限制酶EcoRⅠ切割,切割后形成链状DNA,每一端有一个游离的磷酸基团,共有2个游离的磷酸基团。
(4)由图可知,甲和乙的黏性末端相同,在DNA连接酶的作用下可以拼接起来。
答案:
(1)SmaⅠ
(2)DNA连接 氢键 (3)EcoRⅠ 2 (4)能 二者具有相同的黏性末端
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