生物學(xué)案：　DNA重組技術(shù)的基本工具

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精1.1DNA重組技術(shù)的基本工具問題導(dǎo)學(xué)一、理解基因工程的概念活動與探究1．基因工程另外的名稱是什么？它應(yīng)用的技術(shù)有哪些？2．基因工程操作的對象是什么?操作所在的水平是什么水平？操作的環(huán)境是體內(nèi)，還是體外？3．基因工程的目的或結(jié)果是什么？基因工程是定向的嗎？遷移與應(yīng)用以下有關(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)物對人類都是有益的C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變D．基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強(qiáng)不同生物的DNA能夠重組的基礎(chǔ)(1)基本組成單位相同：不同生物的DNA分子都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。（2）空間結(jié)構(gòu)相同：不同生物的DNA分子一般都是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu).(3）堿基配對方式相同：不同生物的DNA分子中兩條鏈之間的堿基配對方式均是A與T配對,G與C配對.二、基因工程的三種工具活動與探究1．切割DNA的工具是什么？其作用特性是什么？2．限制酶切割DNA時斷開的是哪種化學(xué)鍵?切割后產(chǎn)生的DNA片段末端通常有哪兩種形式？如何區(qū)分它們？3．將切下來的DNA片段拼接成新的DNA分子要依靠哪種酶來連接？連接后形成哪種化學(xué)鍵?4．常用的DNA連接酶有哪兩類？它們的來源和性質(zhì)有什么差別？5．DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？6．“分子運輸車”的作用是什么?具備什么條件才能充當(dāng)“分子運輸車”?天然質(zhì)粒DNA分子可以直接用作基因工程的載體嗎?遷移與應(yīng)用以下說法正確的是(）。A．所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的“分子運輸車”C．“分子運輸車"必須具備的條件之一是具有一個或多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接D．所有的DNA連接酶都能夠連接黏性末端和平末端1．各種有關(guān)的酶的比較（1）限制酶與DNA連接酶的比較作用應(yīng)用限制酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷開用于提取目的基因和切割載體DNA連接酶在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于基因表達(dá)載體的構(gòu)建（2）DNA連接酶與DNA聚合酶的比較DNA連接酶DNA聚合酶相同點催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵不同點模板不需要模板需要DNA的一條鏈為模板作用對象游離的DNA片段單個的脫氧核苷酸作用結(jié)果形成完整的DNA分子形成DNA的一條鏈用途基因工程DNA復(fù)制（3)限制酶與DNA解旋酶的比較①相同點：都作用于DNA分子中的化學(xué)鍵。②不同點:兩者作用部位不同，前者作用于磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵,而后者作用于兩個成對堿基之間的氫鍵.2．質(zhì)粒與載體DNA基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質(zhì)粒，即獨立于細(xì)菌擬核DNA之外并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。是否所有質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必須滿足以下條件:(1）載體DNA必須有一個至多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入載體.這些供目的基因插入的限制酶的切點，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活.（2）載體DNA必須具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制.（3）載體DNA必須帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選.(4）載體DNA必須是安全的,不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。（5)載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作了。實際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件,都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。答案：課前·預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】一、DNA重組某種基因另一種遺傳性狀二、1．限制性核酸內(nèi)切酶（1）原核（2）特定特定磷酸二酯鍵（3）黏性平2．(1)磷酸二酯鍵（2）大腸桿菌黏性T4噬菌體平末端3．載體（1）質(zhì)粒擬核DNA（2）λ噬菌體的衍生物(3）①自我復(fù)制②限制酶切割位點③標(biāo)記基因預(yù)習(xí)交流：1．提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制,以防止外來病原體的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時，限制酶會將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以,限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。2．提示：生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細(xì)菌，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列,或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開.這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷,并且可以防止外源DNA的入侵。3．提示：如下圖：課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】一、活動與探究：1．提示：基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。DNA體外重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)。2．提示：基因工程操作的對象是基因，因此其所在的水平是分子水平；基因工程是在生物體外進(jìn)行DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)操作的。3．提示：得到人類所需要的基因產(chǎn)物.基因工程是按照人的意愿進(jìn)行設(shè)計和施工的，所以它會定向改變生物的性狀。遷移與應(yīng)用：D解析：基因工程是指按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向改造生物的遺傳性狀，因此，基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強(qiáng)，D項正確；基因工程是在DNA分子水平上的生物工程，并不是所有的基因產(chǎn)物對人類都有益，基因工程產(chǎn)生的變異屬于基因重組，因此A、B、C三項錯誤。二、活動與探究:1．提示:限制性核酸內(nèi)切酶。限制性核酸內(nèi)切酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開,因此具有專一性。2．提示：限制酶切割的是核苷酸之間的磷酸二酯鍵，而不是堿基對之間的氫鍵。DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式--黏性末端和平末端。當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時,產(chǎn)生的則是平末端.3．提示:DNA連接酶，它通過恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵而將雙鏈DNA片段“縫合”起來。4．提示：DNA連接酶有兩類:E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶.E·coliDNA連接酶是從大腸桿菌中分離得到的，只能連接黏性末端，而T4DNA連接酶是從T4噬菌體中分離出來的，既可連接黏性末端，又可連接平末端。5．提示：兩者不是一回事，它們的主要差別表現(xiàn)在：（1)DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的DNA片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈片段上的缺口連接起來。因此DNA連接酶不需要模板.6．提示：在基因工程中，使用“分子運輸車”——載體有兩個目的：一是用它作為運載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去;二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行復(fù)制.作為載體應(yīng)具有能自我復(fù)制、有一個至多個限制酶切割位點、有標(biāo)記基因等特點。天然質(zhì)粒DNA分子都要經(jīng)過人工改造，才能用作基因工程的載體.遷移與應(yīng)用:C解析:每一種限制酶都具有專一性，能識別特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位點。除了質(zhì)粒以外，動植物病毒等也可以作為“分子運輸車"，作為“分子運輸車”的基本條件是能自我復(fù)制且在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在，具有一個至多個限制酶切割位點,具有標(biāo)記基因.DNA連接酶根據(jù)其來源不同分為兩類：E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,前者只能連接互補的黏性末端，后者對于兩種末端都能連接，但是連接平末端的效率比較低.當(dāng)堂檢測1．基因工程的最終目的是（）。A．定向提取生物體的DNAB．定向地對DNA分子進(jìn)行人工剪切C．在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造D．定向地改造生物的遺傳性狀答案：D解析：基因工程通過對生物體的基因進(jìn)行修飾改造，按照人們的意愿使生物體表現(xiàn)出人們所需要的性狀，產(chǎn)生出人們所需要的基因產(chǎn)物?？梢?基因工程的目的是定向地改造生物的遺傳性狀.2．下列黏性末端屬于同一限制酶切割而成的是（)。A．①②B．①③C．①④D．②③答案：B3．關(guān)于基因工程中DNA連接酶的敘述，正確的是（）。A．連接兩個肽鏈片段B．催化單個核苷酸和單鏈DNA分子間形成磷酸二酯鍵C．能作用于單鏈DNAD．連接兩個DNA片段答案：D4．下列關(guān)于細(xì)菌質(zhì)粒的敘述,正確的是（）。A．質(zhì)粒是存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種細(xì)胞器B．質(zhì)粒是獨立于細(xì)菌擬核DNA外能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNAC．質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體D．質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞的生存有決定性作用答案：B解析：質(zhì)粒主要存在于原核生物中,是獨立于細(xì)菌擬核DNA外能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA；質(zhì)粒是DNA而不是細(xì)胞器.一般來說,質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞的生存沒有決定性作用.質(zhì)粒是基因工程常用的“分子運輸車”，除質(zhì)粒外，被用作載體的還有λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。5．下表關(guān)于基因工程中有關(guān)的名詞及對應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是（）。