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

專題1基因工程1.1DNA重組(zhònɡzǔ)技術(shù)的基本工具第一頁，共49頁。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。2.簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。3.簡述基因工程中載體需要具備的條件。第二頁，共49頁。一、基因工程(jīyīngōngchéng)的誕生和發(fā)展基因工程(jīyīngōngchéng)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)支持(連線)：第三頁，共49頁。二、基因工程(jīyīngōngchéng)的概念1.操作場所：_________。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(yíchuán)特性生物(shēngwù)類型DNA分子第四頁，共49頁。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(zhǔyào)來自于_________。(2)種類：約______種。(3)特點：具有專一性。①識別雙鏈DNA分子的某種_______________。②切割特定核苷酸序列中的特定位點。(4)作用：斷開兩個核苷酸之間的___________。(5)結(jié)果：產(chǎn)生_________或_______。原核(yuánhé)生物4000特定(tèdìng)核苷酸序列磷酸二酯鍵黏性末端平末端第五頁，共49頁。2.DNA連接酶——“分子(fēnzǐ)縫合針”：(1)作用：將____________“縫合”起來，恢復(fù)被_______切開的兩個核苷酸之間的___________。雙鏈DNA片段(piànduàn)限制(xiànzhì)酶磷酸二酯鍵第六頁，共49頁。(2)種類(zhǒnglèi)：種類來源特點________DNA連接酶_________只能“縫合”具有_____________的雙鏈DNA片段T4DNA連接酶T4噬菌體既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的_________，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的_______E·coli大腸桿菌(dàchánɡɡǎnjūn)互補(bǔ)(hùbǔ)黏性末端黏性末端平末端第七頁，共49頁。3.基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體(zàitǐ)——“分子運(yùn)輸車”：載體(zàitǐ)①質(zhì)粒：是一種小型的雙鏈環(huán)狀________②_________的衍生物③動植物病毒等①能自我復(fù)制(fùzhì)②具有一個至多個_______________③具有_________④對_________無害種類(zhǒnglèi)特點作用結(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標(biāo)記基因受體細(xì)胞外源DNA片段第八頁，共49頁。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：(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(fǒuzé)，說明操作有誤。EcoRⅠDNA連接酶G-A-A-T-T-CG-A互補(bǔ)(hùbǔ)的堿基互補(bǔ)(hùbǔ)配對第九頁，共49頁。【微點撥】1.工具酶的發(fā)現(xiàn)為基因(jīyīn)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(jīyīn)的獲得創(chuàng)造了條件。2.利用基因(jīyīn)工程實現(xiàn)的基因(jīyīn)重組與雜交育種實現(xiàn)的基因(jīyīn)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間一般比較長。第十頁，共49頁。3.限制酶切割產(chǎn)生的末端(mòduān)在恢復(fù)時需用的DNA連接酶，為什么要加以選擇？提示：E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端(mòduān)，而T4DNA連接酶既可以連接黏性末端(mòduān)，又可以連接平末端(mòduān)，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：限制酶作用于兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于堿基對的兩個堿基之間的氫鍵。第十一頁，共49頁。5.不同的限制酶具有不同的識別序列，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，要求必須對受體細(xì)胞無害，為什么？提示：載體如果對受體細(xì)胞有害，其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞，就會影響甚至(shènzhì)破壞受體的生命活動。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。第十二頁，共49頁。1.科學(xué)家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物(shēngwù)技術(shù)——基因工程，實施該工程的最終目的是()A.定向提取生物(shēngwù)體的DNA分子B.定向地對DNA分子進(jìn)行人工“剪切”C.在生物(shēngwù)體外對DNA分子進(jìn)行改造D.定向地改造生物(shēngwù)的遺傳性狀第十三頁，共49頁。【解析】選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對DNA分子進(jìn)行人工(réngōng)“剪切”和“拼接”，對生物的基因進(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。第十四頁，共49頁。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)物對人類(rénlèi)都是有益的C.基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強(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)物對人類(rénlèi)都有益。第十五頁，共49頁。3.在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”“針線”和“載體(zàitǐ)”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(zàitǐ)”——質(zhì)粒、動植物病毒等。第十六頁，共49頁。4.限制酶切割DNA時切出的DNA末端(mòduān)是()A.只有黏性末端(mòduān)B.既有黏性末端(mòduān)也有平末端(mòduān)C.只有平末端(mòduān)D.任意末端(mòduān)【解析】選B。DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端(mòduān)有兩種形式：黏性末端(mòduān)和平末端(mòduān)。第十七頁，共49頁。5.在基因工程中用來(yònɡlái)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項正確。第十八頁，共49頁。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)(huàxué)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)(huàxué)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脫氧核苷酸連接起來。第十九頁，共49頁。7.下列哪項不是基因工程中經(jīng)常使用(shǐyòng)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DNAD.動植物病毒【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植物病毒等。第二十頁，共49頁。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.具有多個限制酶切割位點，以便于目的基因的表達(dá)(biǎodá)C.具有某些標(biāo)記基因，以便為目的基因的表達(dá)(biǎodá)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)行篩選第二十一頁，共49頁?！窘馕觥窟xA。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(tōngguò)復(fù)制提供大量目的基因。同時要具有某些標(biāo)記基因，是為了通過(tōngguò)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。載體要具有多個限制酶切割位點，則是為了便于與外源基因連接。第二十二頁，共49頁。一、基因工程(jīyīngōngchéng)的概念剖析和工具酶1.基因工程(jīyīngōngchéng)的概念剖析：應(yīng)用技術(shù)DNA重組、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果創(chuàng)造出人類需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品第二十三頁，共49頁。2.與DNA分子相關(guān)的四種(sìzhǒnɡ)酶的比較：種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵第二十四頁，共49頁。種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用特點切割目的基因及載體，特異性識別核苷酸序列，使特定部位的磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)磷酸二酯鍵將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA兩條鏈之間的氫鍵打開作用結(jié)果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子應(yīng)用基因工程DNA復(fù)制第二十五頁，共49頁。說明：(1)不同DNA分子用同一種(yīzhǒnɡ)限制酶切割形成的黏性末端都相同；同一個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連接酶無識別的特異性，DNA連接酶對于黏性末端或平末端都能催化其“縫合”，重新形成DNA分子。第二十六頁，共49頁?！疽族e提醒】DNA連接酶作用部位辨析(1)圖示：(2)分析。①針對上圖，不要誤認(rèn)為DNA連接酶作用于堿基對之間的氫鍵。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(tàbǎn)處，而是作用于梯子扶手的斷口處”。第二十七頁，共49頁。1.下列對基因工程的理解，正確(zhèngquè)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在實驗室內(nèi)，利用相關(guān)的酶和原料合成DNA⑤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.①②③④⑤⑥B.①③④⑤⑥⑦C.①③⑤⑥⑦D.①②③⑤⑥⑦第二十八頁，共49頁?！窘忸}關(guān)鍵】解答本題的技巧：排除法。(1)判斷(pànduàn)②錯誤，排除A、D項；(2)判斷(pànduàn)④錯誤，排除B項。【解析】選C?；蚬こ淌菍ΜF(xiàn)有基因的剪切和拼接，并沒有對基因進(jìn)行改造，也不是要合成新的DNA。第二十九頁，共49頁。2.(2013·棗莊高二檢測)現(xiàn)有(xiànyǒu)一長度為1000個堿基對(bp)的DNA分子，用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnⅠ單獨酶切得到400bp和600bp兩種長度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同時酶切后得到200bp和600bp兩種長度的DNA分子。該DNA分子的酶切圖譜正確的是()第三十頁，共49頁?！窘忸}關(guān)鍵】解答本題(běntí)的關(guān)鍵有兩點：(1)會讀圖、析圖，所給選項中有線形DNA、環(huán)狀DNA。(2)正確分析切割位點不同所得片段不同。第三十一頁，共49頁?！窘馕?jiěxī)】選D。從題干中“用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp”，再結(jié)合選項中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單獨酶切得到400bp和600bp兩種長度的DNA分子”，又可推知圖譜中應(yīng)有兩個KpnⅠ酶切位點，故選D。第三十二頁，共49頁。【變式備選】(2014·天水高二檢測)限制酶是一種核酸切割酶，可識別并切割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的識別序列。箭頭表示(biǎoshì)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()第三十三頁，共49頁。A.BamHⅠ和EcoRⅠ末端互補(bǔ)序列(xùliè)為AATT-B.BamHⅠ和HindⅢ末端互補(bǔ)序列(xùliè)為GATC-C.EcoRⅠ和HindⅢ末端互補(bǔ)序列(xùliè)為AATT-D.BamHⅠ和BglⅡ末端互補(bǔ)序列(xùliè)為GATC-【解析】選D。A項中BamHⅠ酶切出的末端序列(xùliè)為-GATC-，EcoRⅠ酶切出的末端序列(xùliè)為-AATT-，兩者不互補(bǔ)；B項HindⅢ酶切出的末端序列(xùliè)為-AGCT-，與BamHⅠ酶切出的末端序列(xùliè)不互補(bǔ)；同理可推，C項中也不互補(bǔ)，只有D項中才互補(bǔ)。第三十四頁，共49頁。二、基因工程中常用的載體——質(zhì)粒1.特點：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)粒是獨立于細(xì)菌(xìjūn)擬核DNA之外的小型DNA分子，不是細(xì)胞器。第三十五頁，共49頁。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(qiēgē)位點：有一個至多個限制酶切割(qiēgē)位點，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。第三十六頁，共49頁。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(xiédài)目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制。第三十七頁，共49頁。【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(jìnchū)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。第三十八頁，共49頁。1.(2014·臺州高二檢測(jiǎncè))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第三十九頁，共49頁?！窘忸}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(zuòwéi)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(zuòwéi)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。第四十頁，共49頁。2.目前基因工程(jīyīngōngchéng)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。第四十一頁，共49頁。(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因，以便于

。(2)pBR322分子中有單個EcoRⅠ限制酶作用位點，EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割(qiēgē)。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個EcoRⅠ的切點，請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割(qiēgē)后所形成的黏性末端。(3)pBR322分子中另有單個的BamHⅠ限制酶作用位點，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。第四十二頁，共49頁。(4)為了檢測上述重組質(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(mièjūn)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(空圈表示與圖二對照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(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。第四十三頁，共49頁?！窘忸}關(guān)鍵】解答本題應(yīng)明確以下(yǐxià)兩點：(1)基因工程中工具酶的作用及特點。(2)質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)組成及其作用。第四十四頁，共49頁?！窘馕觥?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