高中生物 专题1 1.1DNA重组技术的基本工具课件 苏教版选修3

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1、一、基因工程的概念一、基因工程的概念限制酶限制酶 原核生物原核生物 特定核苷酸序列特定核苷酸序列 磷酸二酯键磷酸二酯键 平末端平末端 黏性末端黏性末端 限制酶限制酶 磷酸二磷酯键磷酸二磷酯键 种种类类比较项目比较项目Ecoli DNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶来源来源特点特点只能只能“缝合缝合”具有具有 的双链的双链DNA片段片段既可以既可以“缝合缝合”双链双链DNA片段互补的片段互补的 ，又可以又可以“缝合缝合”双链双链DNA片段的片段的 .大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体黏性末端黏性末端 平末端平末端 互补的黏性末端互补的黏性末端 一、限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶(

2、 (限制酶限制酶) )阅读教材阅读教材P4P45 5，分析图，分析图1 12 2、1 13 3，探究下列问题：，探究下列问题：1 1限制酶切割限制酶切割DNADNA分子时，其切割部位在哪里？具有分子时，其切割部位在哪里？具有怎样的作用特点？怎样的作用特点？提示：提示：(1)(1)切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)(2)作用特点：具有专一性。具体表现在两个方面：识别双作用特点：具有专一性。具体表现在两个方面：识别双链链DNADNA分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位点。可用于点。可用于DNAD

3、NA的切割，获取目的基因和切割载体。的切割，获取目的基因和切割载体。2 2利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什么区别？么区别？提示：提示：(1)(1)黏性末端：是限制酶在识别序列的中心黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将轴线两侧将DNADNA的两条链分别切开形成的，如图所示。的两条链分别切开形成的，如图所示。(2)(2)平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的，平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的，如图所示。如图所示。具有黏性末端的具有黏性末端的DNADNA片段能够通过互补碱基间的配对重新结片段能够通过互补

4、碱基间的配对重新结合，而具有平末端的合，而具有平末端的DNADNA片段不容易结合。片段不容易结合。二、二、DNADNA连接酶连接酶阅读教材阅读教材P5P5并观察分析图并观察分析图1 14 4，讨论下列问题：，讨论下列问题：1 1DNADNA连接酶的作用目的是什么？作用于哪种化学键？连接酶的作用目的是什么？作用于哪种化学键？提示：提示：(1)(1)作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼接、作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼接、缝合，形成新的缝合，形成新的DNADNA分子。分子。(2)(2)作用的化学键：磷酸二酯键。作用的化学键：磷酸二酯键。2 2根据图示分析：根据图示分析：(1)(1)图

5、中图中a a酶、酶、b b酶分别是哪种酶？酶分别是哪种酶？提示：提示：a a是限制酶是限制酶( (或限制性核酸内切酶或限制性核酸内切酶) )；b b是是DNADNA连接酶。连接酶。(2)(2)两种酶在基因工程中有什么作用及应用。两种酶在基因工程中有什么作用及应用。 提示：提示：作用作用应用应用限制性核限制性核酸内切酶酸内切酶使特定部位的磷酸二使特定部位的磷酸二酯键断裂酯键断裂用于提取目的基因和用于提取目的基因和切割载体切割载体DNADNA连接连接酶酶在在DNA片段之间重新片段之间重新形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键用于目的基因和载体用于目的基因和载体的连接的连接三、载体三、载体阅读教材阅读教材P6

6、P6，观察分析图，观察分析图1 15 5，探讨下列问题：，探讨下列问题：1 1具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？提示：载体必须具备的条件提示：载体必须具备的条件：(1)(1)能在受体细胞内稳定保存并大量复制。能在受体细胞内稳定保存并大量复制。(2)(2)有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。(3)(3)具有某些特殊标记基因，以便进行筛选。当然，载体应对具有某些特殊标记基因，以便进行筛选。当然，载体应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。受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死

7、亡。2 2联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作用方面联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作用方面分析二者的不同。分析二者的不同。提示：提示：(1)(1)主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，其作主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。(2)(2)基因工程中的载体的化学本质是基因工程中的载体的化学本质是DNADNA，其作用是：，其作用是：携带目的基因进入受体细胞；利用载体在宿主细胞中的携带目的基因进入受体细胞；利用载体在宿主细胞中的复制对目的基因进行大量复制复制对目的基因进行大量复制。 如

8、图为如图为DNADNA分子结构示意图，下列对该图的描述正确的分子结构示意图，下列对该图的描述正确的 是是( () )A A的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸B B解旋酶作用的部位是解旋酶作用的部位是C C某限制性核酸内切酶可选择处作为切点某限制性核酸内切酶可选择处作为切点D DDNADNA连接酶可连接处断裂的化学键连接酶可连接处断裂的化学键 解析解析 图中包含上一个脱氧核苷酸的磷酸和下一个脱氧图中包含上一个脱氧核苷酸的磷酸和下一个脱氧核苷酸的五碳糖和碱基，不是一个脱氧核苷酸，核苷酸的五碳糖和碱基，不是一个脱氧核苷酸，A A错误；限错误；限制性核酸内切酶的作用部位是磷酸二酯键，解旋

9、酶的作用是制性核酸内切酶的作用部位是磷酸二酯键，解旋酶的作用是解开解开DNADNA双链，作用部位是氢键，双链，作用部位是氢键，B B、C C错误；错误；DNADNA连接酶可连连接酶可连接处断裂的磷酸二酯键，接处断裂的磷酸二酯键，D D正确。正确。答案：答案：D D 如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下 列问题列问题。(1)a(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是代表的物质和质粒的化学本质相同，都是_，二者，二者还具有其他共同点，如还具有其他共同点，如_，_(_(写出两写出两条即可条即可) )。(2)(2)若质粒若质粒DNADNA

10、分子的切割末端为分子的切割末端为AA TGCGC TGCGC，则与之连接的，则与之连接的目的基因切割末端应为目的基因切割末端应为_；可使用；可使用_把质粒和目的基因连接。把质粒和目的基因连接。(3)(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒氨苄青霉素抗性基因在质粒DNADNA上称为上称为_，其作用，其作用是是_。(4)(4)下列常在基因工程中作为载体的是下列常在基因工程中作为载体的是( () )A A苏云金芽孢杆菌抗虫基因苏云金芽孢杆菌抗虫基因B B土壤农杆菌环状土壤农杆菌环状RNARNA分子分子C C大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒D D动物细胞的染色体动物细胞的染色体创 新 方 案 系 列 丛 书创 新

11、方 案 系 列 丛 书 基因工程中的限制酶与载体基因工程中的限制酶与载体(1)(1)载体必须具备一个或多个限制酶的切割位点，但每种酶载体必须具备一个或多个限制酶的切割位点，但每种酶的切点最好只有一个。若用于切割载体的限制酶有多个点，的切点最好只有一个。若用于切割载体的限制酶有多个点，则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段含有复制则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段含有复制起始点，则重组起始点，则重组DNADNA分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。(2)(2)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，限制酶切割位点所处的位置必须是在

12、所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。创 新 方 案 系 列 丛 书 网络构建网络构建 填充：限制酶填充：限制酶DNADNA连接酶基因进入受体细胞的载连接酶基因进入受体细胞的载体磷酸二酯键质粒体磷酸二酯键质粒课堂归纳课堂归纳创 新 方 案 系 列 丛 书 关键语句关键语句 1 1基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。2 2不同生物基因能拼接在一起的理论基础是不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNADNA分子都是由分子都是由4 4种种

13、脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。3 3外源外源DNADNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。4 4限制酶的作用特点是识别双链限制酶的作用特点是识别双链DNADNA分子特定的核苷酸序列，并分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。在特定位点上切割。5 5限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二 酯键。酯键。6 6在基因工程中使用的载体除质粒外，还有在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体的衍生物、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。动植物病毒等

14、。创 新 方 案 系 列 丛 书1 1科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术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基因工程，实施该工程的最终目的是( () )A A定向提取生物体的定向提取生物体的DNADNA分子分子B B定向地对定向地对DNADNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”C C在生物体外对在生物体外对DNADNA分子进行改造分子进行改造D D定向地改造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状创 新 方 案 系 列 丛 书解析：基因工程的定义就是在生物体外，通过对解析：基因工程的定义就是在生物体外，通过对DNADNA分分子进行人工子进行

15、人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行改，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，产生出人类所需的基因产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。物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。答案：答案：D D 创 新 方 案 系 列 丛 书2 2下列关于限制酶的说法正确的是下列关于限制酶的说法正确的是( () )A A限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B B一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序

16、列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C C不同的限制酶切割不同的限制酶切割DNADNA后都会形成黏性末端后都会形成黏性末端D D限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键解析：限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，并不是广解析：限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，并不是广泛存在于各种生物中；一种限制酶能识别双链泛存在于各种生物中；一种限制酶能识别双链DNADNA的某种特定核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；酸二酯键断开；DNADNA分子经限制酶切割会形

17、成黏性末端和平末端分子经限制酶切割会形成黏性末端和平末端两种。两种。答案：答案：B B 创 新 方 案 系 列 丛 书3 3下列有关下列有关DNADNA连接酶的叙述正确的是连接酶的叙述正确的是( () )催化具有相同的黏性末端的催化具有相同的黏性末端的DNADNA片段之间连接片段之间连接催化具有不同的黏性末端的催化具有不同的黏性末端的DNADNA片段之间连接片段之间连接催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成催化脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成催化脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成A AB BC C D D解析：解析：DNADNA连接酶催化相同连接酶催化相

18、同( (即互补即互补) )的黏性末端进行连的黏性末端进行连接，而不是不同的黏性末端的任意连接。接，而不是不同的黏性末端的任意连接。DNADNA连接酶作用的部连接酶作用的部位是磷酸二酯键，不是氢键位是磷酸二酯键，不是氢键。答案：答案：C C 创 新 方 案 系 列 丛 书4 4质粒是基因工程的常用载体，下列关于它的说法正确的质粒是基因工程的常用载体，下列关于它的说法正确的是是( () )A A具有环状结构的染色体，能够携带目的基因具有环状结构的染色体，能够携带目的基因B B含蛋白质，从而能完成生命活动含蛋白质，从而能完成生命活动C C是是RNARNA，能够指导蛋白质的合成，能够指导蛋白质的合成D

19、 D能够自我复制，从而保持连续性能够自我复制，从而保持连续性解析：质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状解析：质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNADNA分子，不是染色体；其上有标记基因，便于目的基因在受体分子，不是染色体；其上有标记基因，便于目的基因在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中自主复制，或随受体细胞细胞中检测。质粒在受体细胞中自主复制，或随受体细胞DNADNA复复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。制而复制，进行目的基因的扩增和表达。答案：答案：D D 创 新 方 案 系 列 丛 书5 5下列哪项不是基因工程中经常使用的载体下列哪项不是基因工程中经常使用的载体

20、( () )A A细菌质粒细菌质粒 B B噬菌体噬菌体C C动植物病毒动植物病毒 D D细菌拟核细菌拟核DNADNA解析：载体能够在宿主细胞中复制并稳定地保存，并且具有解析：载体能够在宿主细胞中复制并稳定地保存，并且具有多个限制酶切点及某些标记基因。基因工程中常用的载体有多个限制酶切点及某些标记基因。基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒、噬菌体和动植物病毒等。答案：答案：D D 创 新 方 案 系 列 丛 书6 6如图为某基因工程中利用的质粒简图，小箭头所指分别为限如图为某基因工程中利用的质粒简图，小箭头所指分别为限制酶制酶EcoREcoR 、BamHBamH 的酶切位点，的

21、酶切位点，ampRampR为青霉素为青霉素( (抗生素抗生素) )抗抗性基因，性基因，tetRtetR为四环素为四环素( (抗生素抗生素) )抗性基因，抗性基因，P P为启动子，为启动子，T T为终为终止子，止子，oriori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoREcoR 、BamHBamH 在内的多种酶的酶切位点。在内的多种酶的酶切位点。据图回答下列问题：据图回答下列问题：(1)(1)在基因工程中常用的工具有三种：一是用于切割在基因工程中常用的工具有三种：一是用于切割DNADNA分子的分子的_；二是将目的基因与载体拼接的；二是将目的基因与载体

22、拼接的_；三是作为载体的质粒。三是作为载体的质粒。创 新 方 案 系 列 丛 书(2)(2)将含有目的基因的将含有目的基因的DNADNA与经特定的酶切后的载体与经特定的酶切后的载体( (质粒质粒) )进行进行拼接形成重组拼接形成重组DNADNA，理论上讲，重组，理论上讲，重组DNADNA可能可能有有“_”“_”、“_”“_”、“_”“_”三种，其三种，其中有效的中有效的( (所需要的所需要的) )重组重组DNADNA是是_。因此需要对这。因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。些拼接产物进行分离提纯。(3)(3)利用图示的质粒拼接形成的三种拼接产物利用图示的质粒拼接形成的三种拼接产物( (重组重组

23、DNA)DNA)与无任与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物的原核宿主细胞所含有的拼接产物( (重组重组DNA)DNA)是是_。创 新 方 案 系 列 丛 书解析：解析：(1)(1)在基因工程中常用的工具酶有两种：一是用于切割在基因工程中常用的工具酶有两种：一是用于切割DNADNA分子的限制酶，二是将目的基因与载体连接的分子的限制酶，二是将目的基因与载体连接的DNADNA连接酶。连接酶。(2)(2)用同一种限制酶将含有目的基因的用同一种限制酶将含有目的基因的DNADNA和质粒分别切开，产和

24、质粒分别切开，产生的黏性末端相同，进行拼接形成的重组生的黏性末端相同，进行拼接形成的重组DNADNA，理论上讲，可能，理论上讲，可能有目的基因有目的基因目的基因、目的基因目的基因、目的基因载体和载体载体和载体载体三种。载体三种。其中人们所需要的重组其中人们所需要的重组DNADNA是目的基因是目的基因载体。载体。(3)(3)由图可以看由图可以看出两种限制酶的酶切位点都在四环素抗性基因中，两种限制酶出两种限制酶的酶切位点都在四环素抗性基因中，两种限制酶都能破坏四环素抗性基因，因此用该质粒拼接形成的三种拼接都能破坏四环素抗性基因，因此用该质粒拼接形成的三种拼接产物产物( (重组重组DNA)DNA)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物应是载的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物应是载体体载体载体( (仍有抗性基因仍有抗性基因) )。创 新 方 案 系 列 丛 书答案：答案：(1)(1)限制酶限制酶( (限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶) )DNADNA连接酶连接酶(2)(2)目的基因目的基因目的基因目的基因目的基因目的基因载体载体载体载体载体载体目的基因目的基因载体载体(3)(3)载体载体载体载体