2020高中生物 第一章 基因工程1.1 DNA重组技术的基本工具

2020高中生物 第一章 基因工程1.1 DNA重组技术的基本工具

‎1.1 DNA重组技术的基本工具 ‎【导学目标】‎ ‎1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。‎ ‎2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。‎ ‎【自主学习】‎ 一、基因工程的概念 ‎1.操作意图：按照人们的愿望，进行严格的 。‎ ‎2．操作场所：在 外进行。‎ ‎3．操作技术：利用了体外DNA重组和 等技术。‎ ‎4．操作结果：赋予生物以新的 ，从而创造出更符合人们需要的新的 和生物产品。‎ ‎5．操作水平：是在 水平上进行设计和施工的。‎ 二、DNA重组技术的基本工具 ‎1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”‎ ‎(1)主要来源： 。‎ ‎(2)作用：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列并且能使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。‎ ‎(3)结果：形成DNA片段末端。限制酶切割DNA分子产生的DNA片段末端有两种形式，即 和 。‎ ‎2．DNA连接酶——“分子缝合针”‎ ‎(1)作用：将切下的双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的 ，拼接成新的DNA分子。‎ ‎(2)种类：‎ ‎①E·coli DNA连接酶：从 中分离得到，只连接双链DNA片段互补的 末端。‎ ‎②T4DNA连接酶：从 中分离出来，对于两种末端都能连接，但对 的连接效率比较低。‎ ‎3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”‎ ‎(1)载体的条件 ‎①能够在细胞中 。‎ ‎②有一个至多个 ，便于外源基因的插入。‎ ‎③具有 ，供重组DNA的鉴定和选择。‎ ‎(2)载体的种类 ‎①质粒是一种裸露的、结构简单、独立于 之外，并具有 能力的很小的 链环状DNA分子。含有一个至多个 ，供外源基因插入其中，并带有特殊的 ，是基因工程最常用的载体。‎ ‎②λ噬菌体的衍生物。‎ ‎③动植物病毒。‎ 思考交流 ‎1．只有DNA连接酶能连接形成磷酸二酯键吗？‎ ‎2．如果受体细胞分别是动物细胞和细菌，所用的载体相同吗？‎ 5‎ 正误判断 ‎1．限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。( )‎ ‎2．天然的质粒可直接用作基因工程的载体。( )‎ ‎3．限制性核酸内切酶与DNA连接酶作用位点相同，作用结果相反。( )‎ ‎4．限制酶、DNA连接酶和载体是基因工程中常用的工具酶。( )‎ ‎5．基因工程中的载体与细胞膜上的载体本质相同。( )‎ ‎6．不同限制酶的识别序列不同，这属于酶的专一性特点。( )‎ ‎【合作探究】‎ 一、如何理解基因工程的概念？‎ 应用技术 DNA重组、转基因等技术 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 剪切→拼接→导入→表达 结果 人类需要的性状或基因产物 例1 下列叙述不符合基因工程的是(　　)‎ A．将人的干扰素基因重组到质粒后导入细菌的技术是转基因技术 B．基因工程是在分子水平上进行的生物技术 C．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 D．通过转基因技术可以将某些“特殊”基因转移到受体生物中，从而得到人类需要的产物 ‎【答案】　C 二、基因工程中各种工具的具体作用有哪些？各种工具有什么作用特点？‎ 例2 现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoR Ⅰ、Kpn Ⅰ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是(　　)‎ ‎ (2)位置判断，新增加的一种酶将原有酶切开的DNA片段再次切开，消失的DNA片段上有该酶的切点。‎ ‎【答案】D 从题干中“用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp”，再结合选项中DNA分子的可能酶切图谱分析可知，此DNA分子是环状，故A、B排除。同理，从“用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子”，‎ 5‎ 又可推知图谱中应有两个Kpn Ⅰ酶切位点，故选D。‎ 三、列表比较 ‎1.两类DNA连接酶的比较 种类 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 功能特性 只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来 缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低 相同点 都能缝合 ‎ ‎　‎ ‎　2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶 相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 不同点 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板 作用对象 ‎ ‎ ‎ ‎ 作用结果 形成完整的DNA分子 ‎ ‎ 用途 基因工程 DNA复制 三、运载体的作用在基因工程中的作用是什么？作为运载体应具备哪些条件？‎ ‎【达标检测】‎ 课堂达标 ‎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 ‎2．下列属于“分子缝合针”的是(　　)‎ ‎①E·coilDNA连接酶　②T4DNA连接酶　③DNA聚合酶　④解旋酶　⑤RNA聚合酶 A．①②③　　　　　　B．①② C．①②⑤ D．②④‎ ‎3．下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是(　　)‎ A．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B．限制性核酸内切酶的活性受温度的影响 C．限制性核酸内切酶能识别和切割RNA D．限制性核酸内切酶可从原核生物中提取 ‎4．下列哪项不是基因工程中经常使用的运载目的基因的载体(　　)‎ A．细菌质粒　　　　　B．λ噬菌体 C．细菌核区中的DNA D．动植物病毒 ‎5．一DNA分子碱基对序列片段为：，有一种酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间将DNA分子切开。据此，回答下列问题：‎ ‎(1)该酶破坏的是哪种化学键？________________。该酶的名称叫________。‎ ‎(2)DNA分子经该种酶切割产生的DNA分子片段末端通常有两种形式，上述DNA 5‎ 分子经切割后形成的末端是哪一种？________________。‎ ‎(3)若想把切口重新连接起来，则需要用________酶，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类，该题中应该用哪一类？___________________________________。‎ 课外强化 ‎1．美国科学家培育出世界上首只转基因夜光猫，这是美国新奥尔良德班濒危物种研究中心的一项基因试验。夜光猫的培育施工是在DNA分子水平上进行的。下列有关说法中正确的是 A．基因工程中的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体 B．DNA连接酶可将任意的DNA片段通过形成磷酸二酯键而连接起来 C．质粒上必须有标记基因才可作为载体 D．质粒是原核生物细胞质中的环状DNA分子 ‎2．在基因工程中用来修饰、改造生物基因的工具是(　　)‎ A．限制酶和水解酶 B．限制酶和DNA连接酶 C．限制酶和载体 D．DNA连接酶和载体 ‎3．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如下图所示，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，下表是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，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(　　)‎ 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 能生长 ‎②‎ 能生长 不能生长 ‎③‎ 不能生长 能生长 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；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b ‎4．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)‎ A．①②③④　　　　 B．①②④③ C．①④②③ D．①④③②‎ ‎5．下图为重组DNA分子构建的示意图，回答以下问题。‎ 5‎ ‎(1)图中，数字1、2、3、4代表____________________________，过程A、过程B和过程C所需要的工具分别是____________、____________和______________。‎ ‎(2)写出结构5、6、7的名称。‎ 结构5：________ ； 结构6：_______________________；结构7：________________。‎ ‎(3)进行过程A和过程B使用的工具必须是________________，它们主要从________中分离和提纯。‎ ‎(4)图中整个操作环境是________。‎ A．细胞内　　B．细胞外　　C．细胞内和细胞外 ‎(5)结构5主要来自于________(生物)，在基因工程中所起的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ 5‎