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1、成才之路 生物路漫漫其修远远兮 吾将上下而求索人教版 选选修3 基因工程专题专题 一第一节节DNA重组组技术术的基本工具专题专题 一目 标标 定 位1预预 习习 导导 学2要 点 精 析3思 维维 升 华华4知 识识 构 建5课课 时时 作 业业7应应 用 探 究6目 标标 定 位1认认同基因工程的诞诞生和发发展离不开理论论研究和技术创术创新。2简简述DNA重组组技术术所需三种基本工具的作用。(重、难难点)3简简述基因工程中载载体需要具备备的条件。(重点)预预 习习 导导 学一、基因工程的概念基因工程是指按照人们们的愿望，进进行严严格的设计设计 ，并通过过_和转转基因等技术术，赋赋予生物以新的
2、遗传遗传 特性，从而创创造出更符合人们们需要的新的生物类类型和生物产产品。由于基因工程是在_水平上进进行设计设计 和施工的，因此又叫做_。二、DNA重组组技术术的基本工具1工具简简介(1)“分子手术术刀”_(2)“分子缝缝合针针”_(3)“分子运输车输车 ”_体外DNA重组组 分子 DNA重组组技术术 DNA连连接酶基因进进入受体细细胞的载载体限制性核酸内切酶2限制性核酸内切酶(1)来源：主要是从_中分离纯纯化出来的。(2)功能：能够识别够识别 双链链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链链中特定部位的两个核苷酸之间间的_断开，因此具有_性。大多数限制酶的识别识别 序列由_个核苷酸组
3、组成。经经限制酶切割产产生的DNA片段末端通常有两种形式：_和_。前者是限制酶在它识别识别 序列的_将DNA的两条链链切开产产生的，后者是限制酶在它识别识别 序列的_切开产产生的。原核生物磷酸二酯键酯键专专一6黏性末端平末端中轴线轴线 两侧侧中轴线处轴线处3DNA连连接酶(1)分类类：根据酶的来源不同，可分为为两类类：一类类是从大肠肠杆菌中分离得到的，称为为_；另一类类是从_中分离出来的，称为为T4DNA连连接酶。(2)两种DNA连连接酶的比较较：相同点：都缝缝合_键键。EcoliDNA连连接酶T4噬菌体磷酸二酯酯黏性末端平末端黏性末端平末端比较较低有一个至多个限制酶切割位点 有特殊的遗传标记
4、遗传标记 基因 质质粒动动植物病毒结结构简单简单独立于细细菌拟拟核DNA之外自我复制思维维激活1不同的限制酶具有不同的识别识别 序列，说说明限制酶具有什么特点？2作为为运载载工具的载载体，要求必须对须对 受体细细胞无害，为为什么？答案1专专一性2载载体如果对对受体细细胞有害，其一旦被导导入受体细细胞，就会影响受体细细胞的生命活动动，甚至破坏受体的生命活动动。要 点 精 析一、对对基因工程概念的理解基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物知识贴识贴 士：基因工程得以实现实现 的理论论基础础：所有生物
5、的DNA都是以4种脱氧核苷酸为为基本单单位，构成独特的双螺旋结结构，这为这为 不同种生物DNA拼接成功提供物质质基础础。所有生物共用一套遗传遗传 密码码子，为为某生物的基因能够够在其他生物细细胞内正常指导导蛋白质质的合成提供可能。二、基因工程的工具1限制性核酸内切酶(1)来源：这类这类 酶主要是从原核生物中分离纯纯化出来的。(2)种类类：迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约约4000种限制酶。(3)特点：主要切割外源DNA，而对对自身的DNA不起作用，达到保护护自身的目的；只能识别识别 双链链DNA分子中特定的核苷酸序列；只能在特定的部位进进行切割。(4)结结果：形成黏性末端或平末端。(
6、5)实质实质 ：使特定部位的两个核苷酸之间间的磷酸二酯键酯键 断开。知识贴识贴 士：若限制酶切割后形成的是黏性末端，则则形成的两个黏性末端是反向重复序列。大多数限制酶的识别识别 序列为为6个核苷酸组组成，例如EcoRI、SmaI限制酶识别识别 序列由6个核苷酸组组成，也有少数限制酶的识别识别 序列由4、5或8个核苷酸组组成。2DNA连连接酶以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，分析回答问问题题。导导学号 65500000解析分析以上4个DNA片段，可清楚分析出为为平末端，连连接酶应应用T4DNA连连接酶；为为黏性末端且相同，连连接时应时应 用EcoliDNA连连接酶。答案(1) 平 T4DN
7、A连连接酶 (2) 黏性EcoliDNA连连接酶已知某种限制性内切酶在一线线性DNA分子上有3个酶切位点，如右图图中箭头头所指。如果该线该线 性DNA分子在3个酶切位点上都被该该酶切断，则则会产产生a、b、c、d四种不同长长度的DNA片段。现现有多个上述线线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该该酶切断，则则从理论论上讲讲，经该经该 酶酶切后，这这些线线性DNA分子最多能产产生长长度不同的DNA片段种类类数是()A3B4C9D12导导学号 65500001答案C解析每一种限制性内切酶切割DNA后会留下特征性的黏性末端，同时时一次切割后，会把DNA分割成两个片段，且不同的限制酶
8、切后的片段不一样样，如果将题图题图 中的三个切割位点自左至右依次标为标为 甲、乙、丙，只在甲处处切，可产产生两个片段，即a和右边边的bcd段，如果只在乙处处切，就有ab和cd段，如果只在丙处处切，就有abc和d段，在甲、乙两处处同时时切，就有a、b和cd段，在乙、丙处处同时时切，就有ab和c、d段，在甲、丙两处处同时时切，就有a、bc、d段三种片段，在甲、乙、丙三处处同时时切，就有a、b、c、d四种片段。所以本题应该选题应该选 C。3“分子运输车输车 ”载载体(1)作用：一是用它作为为运载载工具，将目的基因转转移到宿主细细胞中去；二是利用它在宿主细细胞内对对目的基因进进行大量的复制(称为为克隆
9、)。(2)作为载为载 体必须须具备备的条件：具有一个或多个限制酶切割位点，该该切割位点必须须位于载载体本身必需的基因序列之外。能够够自我复制或整合到染色体DNA上后随染色体DNA复制。带带有标记标记 基因，便于筛选筛选 。本身是安全的，不能对对受体细细胞产产生危害。大小适中，便于操作。但实际实际 上，天然载载体一般不会同时时具备备上述条件，所以在基因工程中需要对载对载 体进进行人工改造。现现在所用的质质粒几乎都是人工改造的。质质粒是基因工程最常用的载载体，它的主要特点是()能自主复制不能自主复制结结构很小 是蛋白质质是环环状RNA 是环环状DNA能“友好”地“借居”ABCD导导学号 65500
10、002解析质质粒存在于细细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环环状DNA，上面有标记标记 基因，便于在受体细细胞中检测检测 。质质粒在受体细细胞中能随受体细细胞DNA的复制而复制，能进进行目的基因的扩扩增和表达。答案C质质粒是基因工程最常用的载载体，下列关于质质粒的说说法正确的是()A质质粒在宿主细细胞内都要整合到染色体DNA上B质质粒是独立于细细菌拟拟核DNA之外的小型细细胞器C基因工程操作中的质质粒一般都是经过经过 人工改造的D质质粒上碱基之间间数量存在AGUC答案C导导学号 65500003解析基因工程使用的载载体需有一至多个酶切位点，具有自我复制的能力，存在标记标记 基因，对对受体细细胞
11、安全，且分子大小适合。而自然存在的质质粒DNA分子并不完全具备备上述条件，都要进进行人工改造后才能用于基因工程操作。而质质粒进进入宿主细细胞后不一定都要整合到染色体DNA上，如宿主细细胞是细细菌细细胞则则不需整合。质质粒是小型环环状双链链DNA分子而不是细细胞器，也不会有碱基U。思 维维 升 华华1与遗传遗传 有关的各种酶的比较较名称作用参与的生理过程与应用作用位点(如下图)DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程a限制性核酸内切酶能够识别 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a名称作用参与的生理过程与应用作用位点(如下图)DNA聚合酶在脱
12、氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸DNA的复制aRNA聚合酶在核糖核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录a解旋酶使核碱基间氢键断裂形成单脱氧核苷酸链DNA复制及转录b逆转录酶 以RNA为模板合成DNA逆转录、基因工程特别别提醒：DNA连连接酶和DNA聚合酶的作用都是催化形成磷酸二酯键酯键 ，而不是氢键氢键 ，氢键氢键 是分子间间的静电电吸引力，不需要通过过酶的催化形成。DNA连连接酶只能在两个DNA片段间间形成磷酸二酯键酯键 ，而DNA聚合酶只能将单单个核苷酸加到已有DNA片段上，且需要以一条DNA链为链为 模板。目前发发现现的DNA连连接酶不具有连连接单链单链 DNA的能力。2限制酶在原核生物中的作用
13、原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长长期的进进化过过程中形成一套完善的防御机制，以防止外来病原微生物的侵害。限制酶在细细菌内会将外源DNA切割掉，以保证证自身的安全。而限制酶不会切断自身DNA，是因为为在原核生物细细胞中，其DNA分子或者不具备这备这 种限制酶的识别识别 序列，或者通过过甲基化酶将甲基转转移到所识别识别 序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。知 识识 构 建应应 用 探 究目前基因工程所用的质质粒载载体主要是以天然细细菌质质粒的各种元件为为基础础重新组组建的人工质质粒，pBR322质质粒是较较早构建的质质粒载载体，其主要结结构如下图图所示。(1)构建人工质质粒时
14、时要有抗性基因，以便于_。导导学号 65500004(2)pBR322分子中有单单个EcoR I限制酶作用位点，EcoR I只能识别识别 序列GAATTC，并只能在G与A之间间切割。若在某目的基因的两侧侧各有1个EcoR I的切点，请请画出目的基因两侧侧被限制酶EcoR I切割后所形成的黏性末端：_。(3)pBR322分子中另有单单个的BamH I限制酶作用位点，现现将经经BamHI处处理后的质质粒与用另一种限制酶Bgl处处理得到的目的基因，通过过DNA连连接酶作用恢复_键键，成功获获得了重组质组质 粒，说说明_(4)为为了检测检测 上述重组质组质 粒是否导导入原本无ampR和tetR的大肠肠
15、杆菌，将大肠肠杆菌在含氨苄苄青霉素的培养基上培养，得到如图图二的菌落。再将灭灭菌绒绒布按到培养基上，使绒绒布面沾上菌落，然后将绒绒布按到含四环环素的培养基上培养，得到如图图三的结结果(空圈表示与图图二对对照无菌落的位置)。与图图三空圈相对对应应的图图二中的菌落表现现型是_，图图三结结果显显示，多数大肠肠杆菌导导入的是_。(3)DNA连连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键酯键 ；而通过过DNA连连接酶作用能将两个DNA分子片段连连接，表明经经两种限制酶(BamH I和Bgl)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由题题意知：由于与图图三空圈相对应对应 的大肠肠杆菌能在含氨苄苄青霉素的培养基上生长长，而不能在含四环环素的培养基上生长长，故可推知与图图三空圈相对应对应 的图图二中的菌落能抗氨苄苄青霉素，但不能抗四环环素。由图图二、图图三结结果显显示，多数大肠肠杆菌都能抗氨苄苄青霉素，而经经限制酶BamH I作用后，标记标记 基因tetR被破坏，而不能抗四环环素，故多数大肠肠杆菌导导入的是pBR322质质粒。
