高中生物 1.1 DNA重组技术的基本工具课件 新人教版选修3

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1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、基因工程的诞生和发展 基因工程的基础理论和技术支持(连线):,四,目标导航,预习导引,一,二,三,二、基因工程的概念 1.操作场所:生物体外。 2.操作技术:体外DNA重组和转基因等技术。 3.操作结果:赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 4.操作水平:DNA分子水平。 (1)工具酶的发现为基因工程作了什么技术支持? 提示为DNA的切割、连接以及目的基因的获得创造了条件。 (2)利用基因工程实现的基因重组与杂交育种实现的基因重组有什么不同? 提示前者是定向的,目的性强;后者是不定向的,获得所需要的重组性状

2、所用的时间一般比较长。,四,目标导航,预习导引,一,二,三,三、基因工程的基本工具 1.限制性核酸内切酶(限制酶)“分子手术刀” (1)来源: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。 (3)结果: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。,四,目标导航,预习导引,一,二,三,2.DNA连接酶“分子缝合针” (1)作用:将切下的双链DNA片段“缝合”,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,拼接成新的DNA分子。,四,目标导航,预习导引,一,二,三,3.基因进入受体细胞的载体

3、“分子运输车” (1)最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、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)其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 (3)载体的特点:能够在细胞中自我复制;有一个至多个限制酶切割位点,便于外源DNA片段(基因)的插入;具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。,四,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、重组DNA分子的模拟操作 1.材料用具:剪刀代表EcoR,透明胶条代表DNA连接酶。 2.切割位点: (1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出G-A-A-T-T-C序列,并选G-A之间作切口进行“切割”。 (2)从另

4、一条链上互补的碱基之间寻找EcoR相应的切口剪开。 3.连接:待硬纸板上的切割位点全部切开后,将不同硬纸板上的DNA片段重组在一起,用透明胶条将切口黏结起来。 4.操作结果:若操作正确,不同颜色的黏性末端能互补配对;否则,说明操作有误。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4 000种限制酶。 (1)你能推测限制酶在原核生物中的作用是什么吗? 提示原核生物容易受到外源DNA的入侵,但生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制,以防止外源DNA的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具,当外源DNA侵入时,限制酶会

5、将外源DNA切割掉,以保证自身的安全。所以限制酶在原核生物中主要切割外源DNA使之失效,从而达到保护自身的目的。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,(2)为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA? 提示在长期演化过程中,含有某种限制酶的细菌,其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别序列,或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开。这样,尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断,并且可以防止外源DNA的入侵。 (3)你能用图示表示出EcoR限制酶是如何切割DNA片段的吗? 提示如下图:,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一、几种酶的比较 1.限制性核酸内切酶与

6、DNA连接酶的比较 (1)区别:,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(2)两者的关系可表示为: 2.限制性核酸内切酶与解旋酶的比较 (1)相同点:都作用于DNA分子。 (2)不同点:作用部位不同,前者作用于磷酸二酯键,后者作用于氢键。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.与DNA有关的几种酶,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,4.上述四种酶的作用部位图解 作用位点示意图 作用于a(磷酸二酯键)的酶有限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶; 作用于b(氢键)的酶有解旋酶。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例1】 下图为DNA分子结构示意图,下列对该图的描述正确的是() A.的名

7、称是胞嘧啶脱氧核苷酸 B.解旋酶作用的部位是 C.某限制性核酸内切酶可选择处作为切点 D.DNA连接酶可连接处断裂的化学键,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析图中所包含的磷酸与脱氧核糖、碱基不是同一个脱氧核苷酸的成分,A项错误;解旋酶的作用是解开DNA双链,作用部位是氢键,B项错误;限制性核酸内切酶的作用部位是磷酸二酯键,C项错误;DNA连接酶可连接处断裂的磷酸二酯键,D项正确。 答案D,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用过程的正确顺序是() A

8、. B. C.D.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析图是将一个DNA分子切成末端互补的两个DNA片段,由限制性核酸内切酶发挥作用;DNA聚合酶是在DNA复制时发挥作用的,图是DNA复制;图是DNA连接酶将两个DNA片段连接在一起;图是解旋酶将DNA分子双链解旋变成两条互补的单链。 答案C,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,不同生物的DNA能够重组的基础 (1)基本组成单位相同:不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。 (2)空间结构相同:不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸链形成的规则的双螺旋结构。 (3)碱基配对方式相同:不同生物的DNA分子中两条链之间的

9、碱基互补配对方式均是A与T配对,G与C配对。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、基因工程中常用的载体质粒 1.作用 (1)作为运载工具,将目的基因导入受体细胞中。 (2)携带目的基因在受体细胞内大量复制。 2.具备条件 (1)在受体细胞中能保存下来并能大量复制。 (2)具有一个至多个限制酶切割位点,供外源DNA片段插入其中。每种酶的切割位点最好只有一个。 (3)具有标记基因,便于筛选。常用的标记基因有抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等。 (4)对受体细胞无毒害作用,否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例2】 下图为

10、大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同,都是,二者还具有其他共同点,如:;(写出两条即可)。 (2)若质粒的切割末端为 ,则与之连接的目的基因切割末端应为;可使用把质粒和目的基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒上称为,其作用是。 (4)下列在基因工程中常用作载体的是() A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌环状RNA分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析质粒是基因工程中最常用的载体,是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,并具

11、有自我复制能力的双链环状DNA分子,具有一个至多个限制酶切割位点,进入受体细胞后能自我复制,具有标记基因便于重组DNA的鉴定与选择。 答案(1)DNA能够自我复制具有遗传效应 (2) DNA连接酶 (3)标记基因供重组DNA的鉴定和选择 (4)C,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,以下说法正确的是() A.所有的限制酶只能识别同一种核苷酸序列 B.质粒是基因工程中唯一的“分子运输车” C.“分子运输车”必须具备的条件之一是具有一个或多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接 D.所有的DNA连接酶都能够连接黏性末端和平末端,一,二,知识精要,典题例解,迁移

12、应用,解析每一种限制酶都具有专一性,能识别特定的核苷酸序列,具有特定的酶切位点。除质粒外,噬菌体的衍生物、动植物病毒等也可以作为“分子运输车”。作为“分子运输车”的基本条件是能自我复制且在受体细胞内稳定存在,具有一个至多个限制酶切割位点,具有标记基因。DNA连接酶根据其来源不同分为:Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。前者只能连接互补的黏性末端,后者对于两种末端都能连接,但是连接平末端的效率比较低。 答案C,质粒与载体DNA 基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒,即独立于细菌拟核DNA之外,并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。是否所有质粒都可以作为基因工程载体使用

13、呢?其实不然,作为基因工程使用的载体必须满足以下条件: (1)载体DNA必须有一个至多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入。这些供目的基因插入的限制酶的切点,还必须是在质粒本身需要的基因片段之外,这样才不至于因目的基因的插入而失活。 (2)载体DNA必须具备自我复制的能力,或能整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。 (3)载体DNA必须带有标记基因,便于重组DNA的鉴定和选择。 实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件,要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,1.混淆:基因工程中的工具与工具酶的区别 基因工程中的工具包括限制酶、DNA连接酶和载体,而工具酶不包括

14、载体,只有限制酶和DNA连接酶。 【例1】 干扰素是治疗癌症的重要药物,某生物制品公司用如下方法生产干扰素。据图分析,下列叙述正确的是() A.图中干扰素基因为目的基因,细菌质粒是运载目的基因的相关酶工具 B.该过程应用到了组织培养和基因工程的技术 C.干扰素的化学本质是糖蛋白,可以与抗原特异性结合 D.该生产干扰素的过程应用到了基因重组,使酵母菌产生了定向变异,解析基因工程的工具酶包括限制酶和DNA连接酶,质粒属于载体,A项错误;图示过程可以看出,该过程没有涉及组织培养技术,B项错误;干扰素的化学本质是蛋白质,它可以抑制病毒的增殖,但是不具有特异性,C项错误;基因工程的原理是基因重组,基因工

15、程能够使生物体产生定向变异,D项正确。 答案D,2.混淆: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质粒(DNA)、噬菌体的衍生物,也可能是动植物病毒。 (2)功能不同:细胞膜上载体的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。,【例2】 经测定某化合物含C、H、O、N、S元素,该化合物不可能具有的一项功能是() A.与抗原发生特异性结合 B.用于基因工程获得黏性末端 C.可连接抗癌药物制成生物导弹 D.用作基因工程中的载体 解析由题意可知,该化合物中含有C、H、O、N、

16、S元素,因此该化合物是蛋白质。与抗原发生特异性结合是抗体的功能,抗体的本质是蛋白质,A项错误;用于基因工程获得黏性末端的是限制酶,限制酶的本质是蛋白质,B项错误;可以连接抗癌药物制成生物导弹的物质是单克隆抗体,属于蛋白质,C项错误;基因工程中的载体的本质是DNA,含有的元素是C、H、O、N、P,D项正确。 答案D,3.DNA连接酶作用部位辨析 (1)图示: (2)分析: 针对上图,不要认为DNA连接酶作用于碱基对之间的氢键。 DNA连接酶作用于图中的“断口”处,形成磷酸二酯键。 比喻:DNA连接酶“不是作用于梯子的踏板处,而是作用于扶手的断口处”。,【例3】 盐酸吗啉胍(又名病毒灵,英文缩写A

17、BOB)能抑制病毒的DNA聚合酶和RNA聚合酶的活性,从而抑制病毒增殖。下列叙述正确的是() A.DNA病毒增殖时,DNA中的碱基对之间的氢键会发生断裂 B.在RNA聚合酶的作用下,脱氧核糖核苷酸依次连接形成RNA C.可通过向普通培养基中添加适量的ABOB试剂培养病毒,进而研究ABOB对病毒增殖的抑制作用 D.ABOB作用于基因表达的翻译阶段,从而抑制病毒的增殖,解析DNA病毒增殖过程中有DNA分子的复制,而DNA复制时会发生解旋,解旋过程中碱基对之间的氢键会发生断裂,A项正确;在RNA聚合酶的作用下,核糖核苷酸依次连接形成RNA,B项错误;病毒没有细胞结构,不能独立生存,因此不能用普通培养基培养病毒,C项错误;ABOB能抑制病毒的DNA聚合酶和RNA聚合酶的活性,可见其作用于基因的复制与转录阶段,D项错误。 答案A,