高中生物 精講優(yōu)練課型 專題1 基因工程 1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具同課異構(gòu)課件 新人教版選修3.ppt

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專題1 基因工程 1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具,一、基因工程的誕生和發(fā)展 基因工程的基礎(chǔ)理論和技術(shù)支持(連線)：,,,,,,,,,二、基因工程的概念 1.操作場(chǎng)所：_________。 2.操作技術(shù)：DNA重組和_______等技術(shù)。 3.操作結(jié)果：賦予生物新的_________，創(chuàng)造出更符合人們 需要的新的_________和生物產(chǎn)品。 4.操作水平：________水平。,生物體外,轉(zhuǎn)基因,遺傳特性,生物類型,DNA分子,三、DNA重組技術(shù)的三種工具 1.限制性核酸內(nèi)切酶(也稱“限制酶”)——“分子手術(shù)刀”： (1)來源：主要來自于_________。 (2)種類：約______種。 (3)特點(diǎn)：具有專一性。 ①識(shí)別雙鏈DNA分子的某種_______________。 ②切割特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn)。 (4)作用：斷開兩個(gè)核苷酸之間的___________。 (5)結(jié)果：產(chǎn)生_________或_______。,原核生物,4 000,特定核苷酸序列,磷酸二酯鍵,黏性末端,平末端,2.DNA連接酶——“分子縫合針”： (1)作用：將____________“縫合”起來，恢復(fù)被_______切 開的兩個(gè)核苷酸之間的___________。,雙鏈DNA片段,限制酶,磷酸二酯鍵,(2)種類：,Ecoli,大腸桿菌,互補(bǔ)黏性末端,黏性末端,平末端,3.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”： 載體,①質(zhì)粒：是一種小型的雙鏈環(huán)狀 ________ ②_________的衍生物 ③動(dòng)植物病毒等 ①能自我復(fù)制 ②具有一個(gè)至多個(gè)_______________ ③具有_________ ④對(duì)_________無害,種類,特點(diǎn),作用結(jié)果：攜帶____________進(jìn)入受體細(xì)胞,,,,DNA分子,λ噬菌體,限制酶切割位點(diǎn),標(biāo)記基因,受體細(xì)胞,外源DNA片段,四、重組DNA分子的模擬操作 1.材料用具：剪刀代表_______，透明膠條代表__________。 2.切割位點(diǎn)： (1)分別從兩塊硬紙板上的一條DNA鏈上找出____________ 序列，并選____之間作切口進(jìn)行“切割”。 (2)從另一條鏈上___________之間尋找EcoRⅠ相應(yīng)的切口剪 開。 3.操作結(jié)果：若操作正確，不同顏色的黏性末端應(yīng)能_______ ___；否則，說明操作有誤。,EcoRⅠ,DNA連接酶,G-A-A-T-T-C,G-A,互補(bǔ)的堿基,互補(bǔ)配,對(duì),【微點(diǎn)撥】 1.工具酶的發(fā)現(xiàn)為基因工程作了什么技術(shù)支持？ 提示：為DNA的切割、連接以及目的基因的獲得創(chuàng)造了條件。 2.利用基因工程實(shí)現(xiàn)的基因重組與雜交育種實(shí)現(xiàn)的基因重組有什么不同？ 提示：前者是定向的，目的性強(qiáng)；后者是不定向的，獲得所需要的重組性狀所用的時(shí)間一般比較長。,3.限制酶切割產(chǎn)生的末端在恢復(fù)時(shí)需用的DNA連接酶，為什么要加以選擇？ 提示：EcoliDNA連接酶只能連接黏性末端，而T4DNA連接酶既可以連接黏性末端，又可以連接平末端，所以必須進(jìn)行選擇。 4.限制酶和DNA解旋酶的作用部位有什么不同？ 提示：限制酶作用于兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于堿基對(duì)的兩個(gè)堿基之間的氫鍵。,5.不同的限制酶具有不同的識(shí)別序列，說明限制酶具有什么特性？ 提示：專一性。 6.作為運(yùn)載工具的載體，要求必須對(duì)受體細(xì)胞無害，為什么？ 提示：載體如果對(duì)受體細(xì)胞有害，其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞，就會(huì)影響甚至破壞受體的生命活動(dòng)。 7.基因工程中工具與工具酶有什么不同？ 提示：基因工程中的工具包括限制酶、DNA連接酶和載體，而工具酶不包括載體，只有限制酶和DNA連接酶。,1.科學(xué)家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是( ) A.定向提取生物體的DNA分子 B.定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切” C.在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D.定向地改造生物的遺傳性狀,【解析】選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需的基因產(chǎn)物，也就是定向地改造生物的遺傳性狀。,2.以下有關(guān)基因工程的敘述，正確的是( ) A.基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程 B.基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類都是有益的 C.基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng) D.基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變 【解析】選C?；蚬こ淌欠肿铀缴系纳锕こ?，其產(chǎn)生的變異屬于基因重組，而不屬于人工誘變；基因工程雖是按照人們的意愿改造生物，目的性強(qiáng)，但并不是所有的基因產(chǎn)物對(duì)人類都有益。,3.在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”“針線”和“載體”分別是指( ) A.大腸桿菌病毒、質(zhì)粒(主要)、DNA連接酶 B.噬菌體、質(zhì)粒(主要)、DNA連接酶 C.限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒(主要) D.限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒(主要) 【解析】選D?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上操作的，對(duì)DNA分子進(jìn)行操作的工具，主要有“剪刀”——限制酶，“針線” ——DNA連接酶，“載體”——質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒等。,4.限制酶切割DNA時(shí)切出的DNA末端是( ) A.只有黏性末端 B.既有黏性末端也有平末端 C.只有平末端 D.任意末端 【解析】選B。DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端有兩種形式：黏性末端和平末端。,5.在基因工程中用來修飾、改造生物基因的工具是( ) A.限制酶和水解酶 B.限制酶和DNA連接酶 C.限制酶和載體 D.DNA連接酶和載體 【解析】選B。在基因工程實(shí)施過程中，需用同一種限制酶將含有目的基因的DNA分子和質(zhì)粒切開，以獲得相同的黏性末端或平末端；再用DNA連接酶將目的基因和載體連接起來以構(gòu)成重組質(zhì)粒，故B項(xiàng)正確。,6.下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的敘述正確的是( ) A.DNA連接酶可以恢復(fù)DNA分子中的氫鍵 B.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶 C.其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì) D.它們不能被反復(fù)利用 【解析】選C。限制酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，作用前后沒有發(fā)生變化，可以被反復(fù)利用。DNA連接酶是通過形成磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA分子片段連接起來，DNA聚合酶是通過形成磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸連接起來。,7.下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常使用的運(yùn)載目的基因的載體 ( ) A.細(xì)菌質(zhì)粒 B.λ噬菌體的衍生物 C.細(xì)菌核區(qū)中的DNA D.動(dòng)植物病毒 【解析】選C。細(xì)菌核區(qū)中的DNA是大型DNA，不宜作為載體；常用載體有細(xì)菌質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物以及動(dòng)植物病毒等。,8.作為基因的運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件之一及理由是( ) A.能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因 B.具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá) C.具有某些標(biāo)記基因，以便為目的基因的表達(dá)提供條件 D.能夠在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，以便于進(jìn)行篩選,【解析】選A。作為載體要攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并使之表達(dá)，必須能夠在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定地保存并大量復(fù)制，以便通過復(fù)制提供大量目的基因。同時(shí)要具有某些標(biāo)記基因，是為了通過標(biāo)記基因是否表達(dá)來判斷目的基因是否進(jìn)入了受體細(xì)胞，從而篩選受體細(xì)胞。載體要具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，則是為了便于與外源基因連接。,一、基因工程的概念剖析和工具酶 1.基因工程的概念剖析：,2.與DNA分子相關(guān)的四種酶的比較：,說明： (1)不同DNA分子用同一種限制酶切割形成的黏性末端都相同；同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。 (2)DNA連接酶無識(shí)別的特異性，DNA連接酶對(duì)于黏性末端或平末端都能催化其“縫合”，重新形成DNA分子。,【易錯(cuò)提醒】 DNA連接酶作用部位辨析 (1)圖示： (2)分析。 ①針對(duì)上圖，不要誤認(rèn)為DNA連接酶作用于堿基對(duì)之間的氫鍵。 ②DNA連接酶作用于圖中的“斷口”處，形成磷酸二酯鍵。 ③比喻：DNA連接酶“不是作用于梯子的踏板處，而是作用于梯子扶手的斷口處”。,1.下列對(duì)基因工程的理解，正確的是( ) ①它是一種按照人們的意愿，定向改造生物遺傳特性的工程 ②對(duì)基因進(jìn)行人為刪減或增添某些堿基 ③是體外進(jìn)行的人為的基因重組 ④在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，利用相關(guān)的酶和原料合成DNA ⑤主要技術(shù)為體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù) ⑥在DNA分子水平上進(jìn)行操作 ⑦一旦成功，便可遺傳 A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤⑥⑦ C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦,【解題關(guān)鍵】解答本題的技巧：排除法。 (1)判斷②錯(cuò)誤，排除A、D項(xiàng)； (2)判斷④錯(cuò)誤，排除B項(xiàng)。 【解析】選C?；蚬こ淌菍?duì)現(xiàn)有基因的剪切和拼接，并沒有對(duì)基因進(jìn)行改造，也不是要合成新的DNA。,2.(2013棗莊高二檢測(cè))現(xiàn)有一長度為1 000個(gè)堿基對(duì)(bp)的 DNA分子，用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp， 用KpnⅠ單獨(dú)酶切得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA分子，用 EcoRⅠ、KpnⅠ同時(shí)酶切后得到200 bp和600 bp兩種長度的DNA 分子。該DNA分子的酶切圖譜正確的是( ),【解題關(guān)鍵】解答本題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)： (1)會(huì)讀圖、析圖，所給選項(xiàng)中有線形DNA、環(huán)狀DNA。 (2)正確分析切割位點(diǎn)不同所得片段不同。,【解析】選D。從題干中“用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp”，再結(jié)合選項(xiàng)中DNA分子的可能酶切圖譜分析可知，此DNA分子是環(huán)狀的，故A、B排除。同理，從“用KpnⅠ單獨(dú)酶切得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA分子”，又可推知圖譜中應(yīng)有兩個(gè)KpnⅠ酶切位點(diǎn)，故選D。,【變式備選】(2014天水高二檢測(cè))限制酶是一種核酸切割酶，可識(shí)別并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。如圖為四種限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的識(shí)別序列。箭頭表示每一種限制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來的DNA片段末端可以互補(bǔ)黏合？其正確的末端互補(bǔ)序列是什么( ),A.BamHⅠ和EcoRⅠ 末端互補(bǔ)序列為AATT- B.BamHⅠ和HindⅢ 末端互補(bǔ)序列為GATC- C.EcoRⅠ和HindⅢ 末端互補(bǔ)序列為AATT- D.BamHⅠ和BglⅡ 末端互補(bǔ)序列為GATC- 【解析】選D。A項(xiàng)中BamHⅠ酶切出的末端序列為-GATC-，EcoRⅠ酶切出的末端序列為-AATT-，兩者不互補(bǔ)；B項(xiàng)HindⅢ酶切出的末端序列為-AGCT-，與BamHⅠ酶切出的末端序列不互補(bǔ)；同理可推，C項(xiàng)中也不互補(bǔ)，只有D項(xiàng)中才互補(bǔ)。,二、基因工程中常用的載體——質(zhì)粒 1.特點(diǎn)：質(zhì)粒是一種裸露的、小型、雙鏈、環(huán)狀DNA分子。 2.本質(zhì)：質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型DNA分子，不是細(xì)胞器。,3.質(zhì)粒作為載體所具備的條件： (1)能自我復(fù)制：能夠在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。 (2)有切割位點(diǎn)：有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源基因插入。 (3)具有標(biāo)記基因：具有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 (4)無毒害作用：對(duì)受體細(xì)胞無毒害作用，否則受體細(xì)胞將受到損傷甚至死亡。,4.作用： (1)作為運(yùn)輸工具，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。 (2)質(zhì)粒攜帶目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制。,【思維拓展】 細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體的區(qū)別 (1)化學(xué)本質(zhì)不同：細(xì)胞膜上的載體化學(xué)成分是蛋白質(zhì)；基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒(DNA)、λ噬菌體的衍生物，也可能是生物，如動(dòng)植物病毒等。 (2)功能不同：細(xì)胞膜上載體的功能是協(xié)助細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；基因工程中的載體是一種“分子運(yùn)輸車”，把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。,1.(2014臺(tái)州高二檢測(cè))下列關(guān)于基因工程中載體的說法，正確的是( ) A.質(zhì)粒是一種獨(dú)立于細(xì)菌擬核外的鏈狀DNA分子 B.所有的質(zhì)粒都可以作為基因工程中的載體 C.質(zhì)粒載體的復(fù)制和表達(dá)不遵循中心法則 D.作為載體的質(zhì)粒常含有抗生素抗性基因,【解題關(guān)鍵】解答本題的突破口： (1)明確天然質(zhì)粒并不完全具備作為載體的全部條件。 (2)理解質(zhì)粒上遺傳信息的傳遞遵循中心法則。 【解析】選D。質(zhì)粒是雙鏈環(huán)狀DNA分子，其復(fù)制和表達(dá)遵循中心法則。只有經(jīng)過人工改造的質(zhì)粒，才能作為基因工程的載體。質(zhì)粒上的抗性基因利于重組DNA的鑒定和篩選。,2.目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒，pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。,(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于 。 (2)pBR322分子中有單個(gè)EcoRⅠ限制酶作用位點(diǎn)，EcoRⅠ只能識(shí)別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)EcoRⅠ的切點(diǎn)，請(qǐng)畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。 (3)pBR322分子中另有單個(gè)的BamHⅠ限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與用另一種限制酶BglⅡ處理得到的目的基因，通過酶作用恢復(fù) 鍵，成功獲得了重組質(zhì)粒，說明 。,(4)為了檢測(cè)上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無ampR和tetR的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二對(duì)照無菌落的位置)。與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是 ，圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是 。,【解題關(guān)鍵】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)： (1)基因工程中工具酶的作用及特點(diǎn)。 (2)質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)組成及其作用。,【解析】(1)質(zhì)粒作為基因表達(dá)載體的條件之一是要有抗性基因，以便于篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。 (2)同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同，根據(jù)題意可知該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端為：,(3)DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過DNA連接酶作用能將兩個(gè)DNA分子片段連接，表明經(jīng)兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。 (4)由題意知：由于與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，故可推知與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素和四環(huán)素，而經(jīng)限制酶BamHⅠ作用后，標(biāo)記基因tetR被破壞，從而使大腸桿菌不能抗四環(huán)素，故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。,答案：(1)篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 (2) (3)磷酸二酯 兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同 (4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素 pBR322質(zhì)粒,【互動(dòng)探究】 (1)題2圖一中有多個(gè)限制酶作用位點(diǎn)，其作用是什么？ 提示：供外源DNA(或目的基因)插入其中。 (2)題2中將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與用EcoRⅠ處理得到的目的基因，通過DNA連接酶是否一定能連接，為什么？ 提示：不一定。BamHⅠ和EcoRⅠ處理得到的DNA黏性末端如果相同則可以連接，否則不能連接。,【誤區(qū)警示】 解答有關(guān)基因工程載體問題的四點(diǎn)提醒 (1)作為載體必須能自我復(fù)制、具有酶切位點(diǎn)和標(biāo)記基因、對(duì)受體細(xì)胞無害。 (2)最常用載體為大腸桿菌中的質(zhì)粒，其為獨(dú)立于擬核DNA之外的雙鏈環(huán)狀DNA分子。 (3)天然質(zhì)粒必須經(jīng)過人工改造才能作為載體，因?yàn)槿魏翁烊毁|(zhì)粒都不完全具備作為載體的條件。 (4)質(zhì)粒上基因的行為完全遵循中心法則。,