【生物】重組DNA技術(shù)的基本工具課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

3.1重組DNA技術(shù)的基本工具1.基因是什么？2.基因的功能是什么？基因通過控制蛋白質(zhì)的合成，直接或間接控制生物的性狀。轉(zhuǎn)錄DNAmRNA蛋白質(zhì)翻譯——體現(xiàn)相關(guān)的生物性狀知識回顧——基因基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段?；蚴强刂粕镄誀畹幕締挝虎貲NA中文全稱:

②組成元素:

③基本單位:

脫氧核糖核酸CHONP脫氧核糖核苷酸=磷酸

+

脫氧核糖

+

含氮堿基脫氧核糖含氮堿基磷酸1′4′3′2′5′ATCG脫氧核苷酸(4種)知識回顧——DNA胞嘧啶脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸脫氧核糖A磷酸脫氧核糖G磷酸脫氧核糖T磷酸T磷酸脫氧核糖C磷酸脫氧核糖A磷酸脫氧核糖磷酸二酯鍵脫氧核苷酸如何連接成脫氧核苷酸鏈的呢？知識回顧——DNA氫鍵雙螺旋結(jié)構(gòu)知識回顧——DNADNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：5’3’3’5’知識回顧——DNA②

和

交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成

；

排列在內(nèi)側(cè)。③兩條鏈上的堿基通過

連接成堿基對，且遵循

。①DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按

方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。反向平行脫氧核糖磷酸堿基基本骨架氫鍵堿基互補(bǔ)配對原則……ATGCCGTGGAATTCC…………TACGGCACCTTAAGG……①②①磷酸二酯鍵②氫鍵簡圖：知識回顧——DNA基因工程的誕生和發(fā)展①1944年，艾弗里等人通過肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了遺傳物質(zhì)是________，還證明了DNA可以在同種生物的不同個體之間轉(zhuǎn)移。②1953年，沃森和克里克建立了___________________模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。③20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、____________酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)，為DNA的切割、連接創(chuàng)造了條件。④1973年，科學(xué)家證明________可以作為基因工程的載體，構(gòu)建___________，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流。⑤1985年，穆里斯等人發(fā)明______，為獲取目的基因提供了有效手段。DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA連接質(zhì)粒重組DNAPCR基因工程

是指按照人們的愿望，通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品，從技術(shù)操作層面看，由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作重組DNA技術(shù)。操作結(jié)果操作水平原理：優(yōu)點(diǎn)：基因重組定向改造生物體的性狀別名我國是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。棉花在種植過程中，常常會受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。普通棉花如何能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種呢？轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已知：蘇云金芽孢桿菌含有一種抗蟲基因。普通棉花(無抗蟲特性)抗蟲基因剪下來的抗蟲基因能否直接把它導(dǎo)入到棉花體內(nèi)？不能。大多數(shù)生物會排斥外來的基因，若直接導(dǎo)入會被降解。普通棉花(無抗蟲特性)“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”抗蟲基因與載體DNA拼接，再導(dǎo)入“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”抗蟲基因與載體DNA拼接，再導(dǎo)入抗蟲棉“分子手術(shù)刀”準(zhǔn)確切割DNA分子“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具：資料:如圖為不同的限制酶識別序列和切割位點(diǎn)。新知探究一基因工程的工具酶請回答下列問題。(1)限制酶的全稱是什么?其作用是什么?提示:限制性內(nèi)切核酸酶。能識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。(2)限制酶存在于原核生物中的作用是什么?它會不會切割自己的DNA分子?提示:原核生物容易受到外源DNA的入侵,原核生物中的限制酶能夠切割入侵的外源DNA而保護(hù)自身。不會,因?yàn)樵松顳NA分子中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。(3)若某鏈狀DNA分子中含有兩個HindⅢ的識別序列,該DNA分子將被切成幾個片段,斷裂幾個磷酸二酯鍵?提示:3;4。(4)畫出SpeⅠ、EcoRⅤ切割后產(chǎn)生的末端圖。-A

CTAGT--TGATC

A-

SpeⅠ-GAT

ATC--CTA

TAG-

EcoRⅤ(5)哪兩個限制酶切割形成的黏性末端互補(bǔ)?可以用哪種DNA連接酶連接?畫出連接后的DNA分子片段。(6)為什么不同生物的DNA分子能拼接起來?提示:①DNA分子的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸;②雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu);③DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對原則。1.如圖表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相關(guān)的酶作用位點(diǎn)。下列敘述錯誤的是(

)A.甲、乙、丙都屬于黏性末端B.甲、乙片段可形成重組DNA分子,但甲、丙不能C.DNA連接酶的作用位點(diǎn)在乙圖中b處D.切割甲的限制酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子√2.下列有關(guān)DNA連接酶的敘述,正確的是(

)A.T4DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來B.E.coliDNA連接酶能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接C.DNA連接酶能恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵D.DNA連接酶可連接DNA雙鏈的氫鍵,使雙鏈延伸√資料:基因工程所使用的轉(zhuǎn)移目的基因的載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因,而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),受體細(xì)胞對該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上,能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。新知探究二基因工程的載體(1)將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞可行嗎?為什么?提示:不可行;因?yàn)槟康幕蛑苯訉?dǎo)入受體細(xì)胞后無法穩(wěn)定存在和進(jìn)行自我復(fù)制以及表達(dá)。(2)如何利用工具酶將目的基因插入質(zhì)粒中?提示:首先用可以形成相同黏性末端的限制酶處理質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA分子,然后用DNA連接酶將質(zhì)粒和目的基因之間互補(bǔ)黏性末端連接起來。(3)細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體有什么不同?提示:①化學(xué)本質(zhì)不同:細(xì)胞膜上的載體化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì);基因工程中的載體可能是核酸,如質(zhì)粒,也可能是生物,如噬菌體、動植物病毒等。②功能不同:細(xì)胞膜上的載體功能是控制物質(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。(4)目的基因插入的位置不同,轉(zhuǎn)基因細(xì)菌在培養(yǎng)基上生長情況也不同,下圖所示是目的基因插入位置(插入點(diǎn)有A、B、C),寫出下列情況下轉(zhuǎn)基因細(xì)菌的生長情況。插入點(diǎn)接種到含氨芐青霉素培養(yǎng)基的生長狀況接種到含四環(huán)素培養(yǎng)基的生長狀況ABC不生長生長生長生長生長不生長(5)選用如圖所示載體將目的基因?qū)爰?xì)菌中并將含有目的基因的細(xì)菌篩選出來。在培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中添加抗生素B,則應(yīng)該選擇的限制酶為

;在培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中添加抗生素A,則應(yīng)該選擇的限制酶為

。

①或②①3.質(zhì)粒是基因工程中最常用的目的基因運(yùn)載工具。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.質(zhì)粒是只存在于原核細(xì)胞中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子B.在基因工程操作中,天然質(zhì)?？芍苯佑米鬏d體C.攜帶目的基因的重組質(zhì)粒只有整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA上才會隨后者的復(fù)制而復(fù)制D.質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因供重組DNA分子的篩選√4.下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖,其中ori為復(fù)制必需的序列,AmpR為氨芐青霉素抗性基因,Tetr為四環(huán)素抗性基因,箭頭表示同一種限制酶的酶切位點(diǎn)。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.基因AmpR和Tetr是一對等位基因,常作為基因工程中的標(biāo)記基因B.質(zhì)粒指細(xì)菌細(xì)胞中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀的DNA和動植物病毒的DNAC.限制酶的作用部位是DNA分子中特定的兩個核苷酸之間的氫鍵D.用質(zhì)粒4將目的基因?qū)氪竽c桿菌,該菌不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長√活動:甲、乙兩圖為“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)中涉及的兩個操作圖。新知探究三DNA的粗提取與鑒定(1)兔血和雞血提取DNA效果更好的是哪一種?為什么?提示:雞血;雞血細(xì)胞的核DNA含量豐富,材料易得,而兔為哺乳動物,其成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核和線粒體,幾乎不含DNA。(2)選取洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料時要充分地研磨,如果研磨不充分,會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響?提示:研磨不充分會使細(xì)胞核內(nèi)的DNA釋放不完全,提取的DNA量變少,導(dǎo)致白色絲狀物較少,用二苯胺鑒定時藍(lán)色不明顯。(3)圖甲實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)如何使用玻璃棒攪拌?為什么?提示:攪拌時玻璃棒不能直插燒杯底部,攪拌要輕緩,并向一個方向攪拌以便獲得較完整的DNA分子。(4)析出DNA需要使用冷酒精的原因是什么?提示:①可抑制核酸水解酶的活性,進(jìn)而抑制DNA降解;②抑制分子運(yùn)動,使DNA易形成沉淀析出;③低溫有利于增加DNA分子的柔韌性,減少其斷裂。(5)圖乙中鑒定DNA的試劑是什么?使用時要注意什么?提示:二苯胺試劑。使用時要現(xiàn)配現(xiàn)用,且鑒定DNA需要沸水中加熱。5.(2023·廣東卷)“DNA粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的基本過程是:裂解→分離→沉淀→鑒定。下列敘述錯誤的是(

)A.裂解:使細(xì)胞破裂釋放出DNA等物質(zhì)B.分離:可去除混合物中的多糖、蛋白質(zhì)等C.沉淀:可反復(fù)多次以提高DNA的純度D.鑒定:加入二苯胺試劑后即呈現(xiàn)藍(lán)色√6.DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存在差異,可以利用這些差異,選擇適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法對它們進(jìn)行提取。在利用洋蔥進(jìn)行“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)中,下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.DNA在NaCl溶液中的溶解度隨著溶液濃度的升高而升高B.常溫下洋蔥勻漿中有些酶類會影響DNA的提取C.DNA溶于95%的冷酒精,所以可用95%的冷酒精進(jìn)一步提純D.用同樣方法從等體積牛血和雞血中提取的DNA量相近√1.下列關(guān)于DNA連接酶的敘述,正確的是(

)A.DNA連接酶連接的是兩個DNA片段堿基對之間的氫鍵B.DNA連接酶連接的是DNA單鏈上的磷酸和脫氧核糖C.DNA連接酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端D.E.coliDNA連接酶能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的平末端連接起來√隨堂檢測2.下列關(guān)于利用洋蔥進(jìn)行“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是(

)A.將研磨液加入切碎的洋蔥中,充分研磨后過濾,要棄去上清液B.采用體積分?jǐn)?shù)為95%酒精溶液析出DNA的方法可去除部分雜質(zhì)C.鑒定粗提取的DNA時,對照組與實(shí)驗(yàn)組的區(qū)別是加不加二苯胺試劑D.將白色絲狀物溶解在NaCl溶液中,加入二苯胺試劑后振蕩,觀察顏色變化√3.(2023·新課標(biāo)卷)某同學(xué)擬用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA連接酶為工具,將目的基因(兩端含相應(yīng)限制酶的識別序列和切割位點(diǎn))和質(zhì)粒進(jìn)行切割、連接,以構(gòu)建重組表達(dá)載體。限制酶的切割位點(diǎn)如圖所示。下列重組表達(dá)載體構(gòu)建方案合理且效率最高的是(

)A.質(zhì)粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA連接酶連接B.質(zhì)粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA連接酶連接C.質(zhì)粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA連接酶連接D.質(zhì)粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA連接酶連接√4.如圖表示將人乳鐵蛋白基因整合到質(zhì)粒上的過程,圖中Tetr表示四環(huán)素抗性基因,AmpR表示氨芐青霉素抗性基因,五種限制酶的識別序