新教材 精品生物 选择性必修三 第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具Word下载.docx
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来源
主要来自原核生物
种类
数千种
作用
识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开
结果
产生黏性末端或平末端
2.DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)作用:
将两个DNA片段连接起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)种类
特点
E.coliDNA连接酶
大肠杆菌
只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来,不能连接具有平末端的DNA片段
T4DNA连接酶
T4噬菌体
既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,但连接平末端的效率相对较低
(1)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列( )
(2)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来( )
(3)E.coliDNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端( )
(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同( )
(5)DNA连接酶起作用时不需要模板( )
(4)×
(5)√
易错警示
(1)回文序列:
限制酶特异性识别和切割的部位具有回文序列,即在切割部位,一条链正向读的碱基顺序,与另一条链反向读的顺序完全一致。
例如:
EcoRⅠ限制酶识别的DNA序列为
,为回文序列。
(2)限制酶与DNA连接酶的作用部位和作用区别:
限制酶和DNA连接酶都作用于特定部位的磷酸二酯键,但前者是“切割”,后者是“缝合”。
易错提醒
与DNA相关的几种酶的比较
项目
DNA连接酶
限制酶
DNA聚合酶
解旋酶
作用部位
磷酸二酯键
氢键
作用对象
DNA片段
DNA
单个的脱氧核苷酸
作用结果
将两个DNA片段连接成完整的DNA分子
切割DNA分子
将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端
将双链DNA分子局部解旋为单链
下图是4种限制酶的识别序列及其酶切位点,请思考回答下列问题:
(1)图中限制酶1和2分别切割DNA后会产生黏性末端,限制酶3和4分别切割DNA后会产生平末端。
(2)限制酶1和2分别切割DNA后会产生相同的黏性末端。
(3)经酶1和酶2分别切割DNA分子,连接形成重组DNA分子后,重组DNA分子仍能被限制酶2识别。
(4)用酶3和酶4分别切割DNA后,其产物经T4_DNA连接酶催化能连接形成重组DNA分子。
归纳总结
不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端一定是相同的,不同类型的限制酶切割后也可能产生相同的黏性末端。
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.种类:
质粒、噬菌体、动植物病毒等。
2.常用载体——质粒
(1)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
稳定存在并能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
可携带多个或多种外源基因
具有特殊的标记基因
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
(3)作用
①作为运输工具,将外源基因导入细胞。
②质粒携带外源基因在细胞内大量复制。
(1)作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因( )
(2)质粒是环状双链DNA分子,是基因工程常用的载体( )
(3)载体的作用是携带外源基因导入细胞中,使之稳定存在并表达( )
(4)载体(如质粒)和细胞膜中的载体蛋白的成分相同( )
(5)作为载体,必须要有标记基因( )
(2)√ (3)√ (4)×
标记基因的筛选原理
载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因,而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。
将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞,抗性基因在受体细胞内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性。
在含有该抗生素的培养基上,能够生存的是被导入了载体的受体细胞。
如图所示:
如图所示为大肠杆菌及质粒的结构模式图,据图探究以下问题:
(1)a代表的物质和质粒都能进行自我复制,它们的化学本质都是DNA。
(2)某外源基因切割末端为
,若质粒也可用同种限制酶处理,质粒应有的一段核苷酸序列及被该限制酶切割的末端分别是什么?
提示 —ACGCGT— CGCGT—
—TGCGCA—;
A—
(3)氨苄青霉素抗性基因,能控制某物质的合成,该物质能抵抗氨苄青霉素,使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活。
因此,氨苄青霉素抗性基因在基因工程载体上能起什么作用?
提示 用作标记基因,便于重组DNA的筛选。
(4)由以上分析总结作为载体必须具备哪些条件?
提示 作为载体必须具备的条件:
①必须有一个至多个限制酶切割位点;
②必须具备自我复制的能力;
③必须有特殊的标记基因。
1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”:
切割DNA的工具是限制性内切核酸酶,又称限制酶。
限制酶切割的是双链DNA分子每一条链中特定部位的磷酸二酯键,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,如EcoRⅠ、
SmaⅠ限制酶等,DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端。
2.DNA连接酶——“分子缝合针”:
DNA连接酶是一种能够将两个DNA片段连接起来的酶。
一类是从大肠杆菌中分离得到的E.coliDNA连接酶,其只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来,不能连接具有平末端的DNA片段;
一类是从T4噬菌体中分离出来的T4DNA连接酶,其既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,但连接平末端之间的效率相对较低。
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”:
在基因工程中通常利用质粒作为载体,除此之外,也可用噬菌体、动植物病毒等。
1.下列有关基因工程叙述错误的是( )
A.基因工程产生的变异属于基因突变
B.最常用的载体是质粒
C.工具酶主要有限制性内切核酸酶和DNA连接酶
D.该技术人为地增加了生物变异的范围,实现种间遗传物质的交换
答案 A
2.在基因工程操作过程中,DNA连接酶的作用是( )
A.将任意两个DNA片段连接起来
B.将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来,包括DNA片段和碱基对之间的氢键
C.连接具有相同黏性末端或平末端的DNA片段,即形成磷酸二酯键
D.只连接具有相同黏性末端的DNA片段碱基对之间的氢键
答案 C
解析 DNA连接酶将具有互补的黏性末端或平末端的DNA片段连接起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,C正确。
3.下列有关质粒的叙述,正确的是( )
A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B.质粒是真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,能自主复制的小型环状双链DNA分子
C.质粒只有在侵入宿主细胞后,才能在宿主细胞内复制
D.基因工程中常用的载体除了质粒外,还有核DNA、动植物病毒以及噬菌体
答案 B
解析 质粒是广泛存在于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的一种环状双链DNA分子,A错误、B正确;
质粒侵入宿主细胞后,能在宿主细胞内复制,也能在原细胞内复制,C错误;
基因工程中常用的载体除了质粒外,还有动植物病毒和噬菌体,D错误。
4.如图所示为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的识别序列,箭头表示每一种限制酶的特定切割位点,切割出来的DNA片段末端可以互补黏合的限制酶及其正确的末端互补序列为( )
A.BamHⅠ和EcoRⅠ;
末端互补序列为—AATT—
B.BamHⅠ和HindⅢ;
末端互补序列为—GATC—
C.EcoRⅠ和HindⅢ;
D.BamHⅠ和BglⅡ;
答案 D
解析 BamHⅠ切割出的末端序列为—GATC—,EcoRⅠ切割出的末端序列为—AATT—,HindⅢ切割出的末端序列为—AGCT—,BglⅡ切割出的末端序列为—GATC—,BamHⅠ与BglⅡ切割出的末端序列一致,故只有D项所示两种限制酶所切割出来的DNA片段末端才能互补黏合。
5.某细菌质粒上有标记基因如右图所示,通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。
外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同,如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)示意图,请根据表中提供的细菌生长情况,推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点,正确的一组是( )
插入点
细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况
细菌在含四环素的培养基上的生长状况
①
能生长
②
不能生长
③
A.①是c;
②是b;
③是a
B.①是a和b;
②是a;
③是b
C.①是a和b;
D.①是c;
6.根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
(1)限制酶切割DNA分子后产生的DNA片段,其末端类型通常有________和________。
(2)质粒载体用限制酶X(识别的序列由6个核苷酸组成)切割后产生的片段如下:
AATTC……G
G……CTTAA
该酶识别的序列为__________________,切割的部位是________________。
(3)为使切割后的载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用限制酶X切割外,还可用限制酶Y切割,两种酶共同的特点是______________________________。
(4)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即________DNA连接酶和________DNA连接酶,其中后者只能连接一种末端。
(5)基因工程中除质粒外,______________和________也可作为载体。
答案
(1)黏性末端 平末端
(2)
G和A之间的磷酸二酯键 (3)两种限制酶切割后形成的黏性末端相同 (4)T4 E.coli (5)噬菌体 动植物病毒
解析
(2)将图中片段两端的黏性末端对接后可以看出限制酶X识别的序列为6个核苷酸组成的—GAATTC—,互补链是—CTTAAG—,切割的位点为G和A之间的磷酸二酯键。
(3)质粒载体可以用限制酶X切割,也可以用另一种限制酶Y切割,说明该酶与限制酶X切割产生的黏性末端相同。
(4)基因工程使用的DNA连接酶,按来源可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中只能连接黏性末端的是E.coliDNA连接酶。
A组 基础对点练
题组一 基因工程的概念
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
解析 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,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需的基因产物,也就是定向地改造了生物的遗传性状。
2.下列有关基因工程诞生的说法,不正确的是( )
A.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的
B.工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能
C.遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据
D.基因工程必须在同物种间进行
3.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。
下列关于这一先进技术的理论依据不正确的是( )
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
解析 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;
基因是通过转录获得mRNA,进而控制蛋白质的合成,B项正确;
基因通常是有遗传效应的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。
题组二 基因工程的工具酶
4.下列说法中不正确的有( )
①限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的 ②DNA连接酶都是从原核生物中分离得到的 ③所有限制酶识别的核苷酸序列均由6个核苷酸组成 ④不同限制酶切割DNA的位点不同 ⑤有的质粒是单链DNA
A.①②④⑤B.①②③⑤
C.②③④⑤D.①③④⑤
解析 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,①错误;
T4DNA连接酶来源于T4噬菌体(一种病毒),②错误;
EcoRⅠ、SmaⅠ限制酶的识别序列均为6个核苷酸,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,③错误;
所有的质粒都是环状双链DNA分子,⑤错误。
5.下列关于基因工程中的DNA连接酶的叙述不正确的是( )
A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质
B.DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键
C.基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶
D.根据来源不同,DNA连接酶可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两大类
解析 DNA连接酶的化学本质是蛋白质,根据来源不同可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两大类,DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键,而DNA聚合酶连接的是DNA片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,因此在基因工程中不能用DNA聚合酶替代DNA连接酶,故选C。
6.关于下图所示黏性末端的叙述,正确的是( )
A.①与③是由相同限制酶切割产生的
B.DNA连接酶可催化①与③的连接
C.经酶切形成④需要脱去2分子水
D.DNA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端
解析 ①与③的黏性末端相同,但它们的碱基序列不同,应不是相同的限制酶切割产生的,A项错误;
酶切获得④需要消耗2分子水,C项错误。
7.下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是( )
A.用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口,有2个磷酸二酯键被断开
B.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大
C.序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数不同
D.T4DNA连接酶和E.coliDNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接
解析 用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口,有4个磷酸二酯键被断开,A错误;
序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数相同,都是4个,C错误;
T4DNA连接酶和E.coliDNA连接酶都能催化黏性末端的连接,但只有T4DNA连接酶可以连接平末端,D错误。
题组三 “分子运输车”——载体
8.质粒是基因工程中最常用的外源基因运载工具。
下列有关叙述正确的是( )
A.质粒只分布于原核细胞中
B.在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点
C.携带外源基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的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分子的筛选
解析 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,A项错误;
并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适的运载外源基因的工具,B项错误;
重组质粒进入受体细胞后,可以在细胞内自我复制,也可以整合到受体DNA上,随染色体DNA进行同步复制,C项错误。
9.某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a,通过基因工程的方法,将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中,经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。
下列有关这一过程的叙述不正确的是( )
A.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B.连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
C.基因a进入马铃薯细胞后,可随马铃薯DNA分子的复制而复制,传给子代细胞
D.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
解析 限制酶和DNA连接酶的作用部位都位于①,A正确、B错误;
载体具有在宿主细胞中自我复制的能力,与目的基因结合后,目的基因也会在宿主细胞中一起复制,C正确;
基因工程的目的就是定向改造生物的遗传性状,D正确。
10.以下是几种不同限制性内切核酸酶切割DNA分子后形成的部分片段。
回答下列问题:
(1)以上DNA片段是由__________________(A.1 B.2 C.3 D.4)种限制性内切核酸酶切割后产生的,原因是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若要把相应片段连接起来,应用________(填“DNA聚合酶”或“DNA连接酶”)。
(3)能连接的对应片段是________,写出连接后形成的DNA分子________________。
答案
(1)D ①④的黏性末端相同,其他3种片段的黏性末端都不相同
(2)DNA连接酶
(3)①④
解析
(1)一种限制性内切核酸酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的位点进行切割。
题中①④的黏性末端相同,其他三种片段的末端都不相同,所以这些片段都是由4种限制性内切核酸酶切割后产生的。
B组 综合强化练
11.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 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;
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。
12.(2019·
甘肃兰州一中高二上学期测试)伯格首先在体外进行了DNA改造的研究,成功地构建了第一个体外重组DNA分子。
下列相关叙述正确的是( )
A.不同的DNA分子必须用同一种限制酶切割,才能产生相同的黏性末端
B.DNA连接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶都能催化形成磷酸二酯键
C.当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是平末端
D.限制酶和DNA连接酶的作用部位不同
解析 有些限制酶的识别序列不同,但可以产生相同的黏性末端,A错误;
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是黏性末端,C错误;
限制酶和DNA连接酶的作用部位相同,都是磷酸二酯键,D错误。
13.如图表示一个DNA分子片段,下列有关的叙述错误的是( )
A.限制酶将a处切断,一定形成相同的黏性末端
B.DNA连接酶将a处连接会脱去一分子水
C.DNA复制时需要解旋酶切断b处,基因工程操作中不需要
D.b处是指氢键
解析 限制酶会将DNA切出具有黏性末端或平末端的两个片段,A项错误;
磷酸二酯键的形成是一个脱水缩合的反应,B项正确;
DNA复制需要解旋酶,而基因工程不需要,C项正确;
观察题图,可以确定b处为碱基之间形成的氢键,D项正确。
14.下列有关如图所示的黏性末端的说法,错误的是( )
A.甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的
B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重组DNA分子,但甲、丙之间不能
C.DNA连接酶的作用位点是b处
D.切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段
解析 据图可知,切割形成甲、乙、丙黏性末端的限制酶识别序列与切割位点分别是—GAATTC—(在G与A之间切割)、—CAATTG—(在C与A之间切割)、—CTTAAG—(在C与T之间切割),即甲、乙、丙是由不同的限制酶切割产生的,A正确;
甲、乙的黏性末端互补,所以甲、乙可以形成重组DNA分子;
甲、丙的黏性末端不互补,所以甲、丙无法形成重组DNA分子,B正确;
DNA连接酶可以恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,而b处是氢键,C错误;
甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段为
,其中没有切割产生甲的限制酶的识别序列及酶切位点,所以切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段,D正确。
15.下图表示某种质粒和人的胰岛素基因,其中a表示标记基因,b表示胰岛素基因,E1表示某限制酶的酶切位点,现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因,后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因,下列选项中不可能出现的是( )
16.如图为某种质粒的简图,小箭头所指分别为限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,P为转录的启动部位。
已知目的基因的两端均有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。
下列叙述正确的是( )
A.将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,在DNA连接酶作用下,由两个DNA片段之间连接形成的产物有两种
B.DNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来,形成一个重组质粒时形成两个磷酸二酯键
C.为了防止目的基因和质粒自身环化,酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ
D.能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞
解析 如果将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,那么酶切后二者的黏性末端相
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