生物學(xué)案：第章第節(jié)基因工程的概述

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)必貴于專精第一節(jié)基因工程的概述學(xué)習(xí)目標重難點1。概述基因工程的概念、含義及其誕生歷程。2．說出DNA重組技術(shù)的基本工具及其作用特點。3．簡述基因工程基本操作程序。重點：1．能分析出DNA重組技術(shù)所需要的三種工具的作用。2．能理解限制酶的作用特點以及與解旋酶的區(qū)別。難點：能分析出基因工程的載體所具備的條件.一、基因工程的誕生和發(fā)展1．基因工程的理論基礎(chǔ)（1)艾弗里證明了DNA是__________；沃森和克里克闡明了DNA分子的______________;尼倫貝格等破譯了__________.(2）限制性__________酶和__________酶等工具酶、質(zhì)粒等載體和________酶的發(fā)現(xiàn),直接促使了基因工程的誕生。（3）基因工程的誕生和發(fā)展經(jīng)歷了三個時期：1973～1976年為________，1977～1981年為________，1982年以后為__________________________。1973年，美國科學(xué)家______等將兩種不同來源的DNA分子進行體外重組，并首次實現(xiàn)了重組DNA分子在大腸桿菌中的表達，創(chuàng)立了______________的新技術(shù)—-基因工程。2．基因工程基因工程是指在體外通過人工“______”和“______”等方法，對生物的基因進行______和__________，然后導(dǎo)入受體細胞并使重組基因在受體細胞中______,產(chǎn)生人類需要的________的技術(shù)。因而，基因工程又稱為____________.基因工程是在基因水平上操作、改變生物的________的技術(shù)。預(yù)習(xí)交流根據(jù)基因工程的概念分析,基因工程的操作對象、操作環(huán)境、操作水平和基本方法分別是什么?二、基因工程的工具—-酶與載體1．限制性核酸內(nèi)切酶——分子手術(shù)刀科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了____________限制性核酸內(nèi)切酶。每種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別特定的__________,并在特定的位點上切割DNA分子。大部分限制性核酸內(nèi)切酶在切開DNA雙鏈時,切口處的兩個末端都帶有伸出的由若干特定核苷酸組成的單鏈,這種單鏈稱為“__________”。少部分限制性核酸內(nèi)切酶在切開DNA雙鏈時產(chǎn)生“__________"。2．DNA連接酶——分子針線DNA連接酶可將用同一種______________切割形成的“__________"或“__________”連接起來.3．載體——將外源基因?qū)胧荏w細胞的運載工具常用的載體有______、__________、____________等.其中______是最早應(yīng)用的載體。它是細菌細胞中的一種很小的____狀DNA分子。預(yù)習(xí)交流1．限制性核酸內(nèi)切酶主要分布在哪里？其本質(zhì)是什么？2．載體有什么作用？三、基因工程的一般過程和技術(shù)基因工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心,其基本過程包括五大步驟。1．獲得__________。2．制備______________。3．轉(zhuǎn)化____________。4．篩選出獲得目的基因的__________。5．培養(yǎng)受體細胞并誘導(dǎo)__________的表達等方面.預(yù)習(xí)交流獲取目的基因的方法有哪些？答案：一、1.（1)遺傳物質(zhì)雙螺旋結(jié)構(gòu)遺傳密碼（2）核酸內(nèi)切DNA連接逆轉(zhuǎn)錄（3）開始期發(fā)展期迅猛發(fā)展和實際應(yīng)用期科恩定向改造生物2．剪切拼接改造重新組合表達基因產(chǎn)物重組DNA技術(shù)遺傳性狀預(yù)習(xí)交流：答案:基因工程的操作對象是DNA分子,也就是基因；操作環(huán)境是在生物體外;操作水平是分子水平；操作基本方法是采用剪切—拼接—導(dǎo)入—表達的基本思路獲得相應(yīng)的基因產(chǎn)物.二、1。多種多樣的核苷酸序列黏性末端平口末端2．限制性核酸內(nèi)切酶黏性末端平口末端3．質(zhì)粒噬菌體動植物病毒質(zhì)粒環(huán)預(yù)習(xí)交流：1．答案：限制性核酶內(nèi)切酶主要分布在原核生物體內(nèi)。它的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，它也具有高效性、專一性、溫和性等酶的基本特點.2．答案:作為運載工具將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細胞中去，并利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。三、1。目的基因2．重組DNA分子3．受體細胞4．受體細胞5．目的基因預(yù)習(xí)交流：答案:（1）從基因文庫（如基因組文庫和cDNA文庫）中獲取目的基因。（2）利用PCR（聚合酶鏈式反應(yīng)）技術(shù)擴增目的基因.（3）此外，如果基因片段比較小，核苷酸序列又已知，也可以利用DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成.在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時加以關(guān)注？請在下列表格中做個備忘吧！我的學(xué)困點我的學(xué)疑點一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”切割DNA分子時產(chǎn)生的兩種不同末端（箭頭表示酶的切割位置）1．根據(jù)上圖分析這兩種限制性核酸內(nèi)切酶識別的核苷酸序列和切割的位點分別是什么？2．限制性核酸內(nèi)切酶和解旋酶有什么區(qū)別？下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述,錯誤的是（)。A．一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列B．限制性核酸內(nèi)切酶的活性易受溫度影響C．限制性核酸內(nèi)切酶能識別和切割RNAD．限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取1．獲取目的基因和切割目的基因使用同一種限制酶。2．限制酶的切割位點的選擇必須保證標記基因的完整性，以便于檢測.3．識別的序列的特點:呈現(xiàn)堿基互補對稱,無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的.如：eq\b\lc\\rc\｜(\a\vs4\al\co1（GC,CG)）eq\b\lc\\rc\（\a\vs4\al\co1(GC,CG))以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補對稱；eq\a\vs4\al(CCAGG,GGTCC）以eq\a\vs4\al(A,T)兩側(cè)堿基互補對稱。二、DNA連接酶——“分子針線”DNA連接酶的作用是什么？它與DNA聚合酶的區(qū)別是什么？（多選）利用DNA連接酶可連接下列哪兩個黏性末端?(）A．①②B．③④ C．①④ D．②③(1）幾種酶的比較。(2）DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的關(guān)系。三、載體-—“運輸工具”1．作為載體必須具備哪些條件？2．畫圖說明目的基因與載體結(jié)合的過程。下列有關(guān)質(zhì)粒的描述，錯誤的是（）.A．質(zhì)粒中含有四種核糖核苷酸B．質(zhì)粒呈環(huán)狀C．質(zhì)粒上含有一些抗生素的抗性基因D．質(zhì)?？梢宰晕覐?fù)制（1）載體具備的條件.①對受體細胞無害，不影響受體細胞正常的生命活動。②具標記基因,能對重組DNA是否進入受體細胞進行鑒定。③能自我復(fù)制，通過復(fù)制進行基因擴增。④具有多個酶切位點，供外源基因插入其中，而且每種酶切位點最好只有一個,避免酶切后環(huán)狀DNA打開,丟失某些片段。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌擬核DNA之外,并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。(3）其他載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。答案：問題導(dǎo)學(xué)活動與探究一：1．答案：EcoRⅠ識別的序列為GAATTC，切割的位點在G與A之間.SmaⅠ識別的序列為CCCGGG，切割的位點在C與G之間。2．答案：限制性核酸內(nèi)切酶主要作用于兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，而解旋酶主要作用于堿基對之間的氫鍵（如圖所示)。a處為限制性核酸內(nèi)切酶作用位點，b處則為解旋酶作用位點.遷移與應(yīng)用:C解析:解答本題的關(guān)鍵，一是牢記限制性核酸內(nèi)切酶的概念；二是認識DNA與RNA在結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別。限制性核酸內(nèi)切酶來源于原核生物；限制性核酸內(nèi)切酶能識別雙鏈DNA分子中某種特定的核苷酸序列,并將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;限制性核酸內(nèi)切酶是一種蛋白質(zhì)，其活性易受溫度、pH等外界條件的影響?；顒优c探究二：答案：（1）DNA連接酶將限制酶切割所產(chǎn)生的DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。它與限制酶作用的位點相同。（2）DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來，而DNA聚合酶是將許多單個的脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸長鏈。遷移與應(yīng)用:CD解析:能把DNA這把“梯子”扶手斷口處連接起來的酶是DNA連接酶.DNA連接酶可連接用同一種限制性核酸內(nèi)切酶處理得到的黏性末端或平口末端,用同一種限制性核酸內(nèi)切酶處理得到的黏性末端其單鏈部分堿基可互補配對。活動與探究三：1．答案：（1）載體的作用:作為運載工具將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細胞中去，并利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。(2）載體必須具備以下條件:①具有自我復(fù)制能力以便在宿主細胞中穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；②具有一個至多個限制酶切割位點,供外源DNA片段（基因）插入其中；③具有特殊的標記基因，如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇.2．答案：遷移與應(yīng)用：A解析：牢記質(zhì)粒的本質(zhì)與結(jié)構(gòu)。質(zhì)粒是一種具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒上有一些特殊的基因，如抗四環(huán)素基因、抗氨芐青霉素基因，用于對重組DNA進行鑒定和選擇。1．如下圖，兩個核酸片段在適宜條件下,經(jīng)X酶的催化作用，發(fā)生下述變化，則X酶是（）。A．DNA連接酶B．RNA聚合酶 C．DNA聚合酶D．限制性核酸內(nèi)切酶2．下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是（）。①從基因組文庫中獲取目的基因②利用PCR技術(shù)擴增目的基因③反轉(zhuǎn)錄法④通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A．①②③④B．①②③ C．②③④D．②③3．下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是（)。A．基因工程是細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4．下圖所示的四個DNA分子中,彼此間具有黏性末端的一組是()。A．①②B．②③C．③④D．②④5．（多選）下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的說法,錯誤的是（）。A．限制性核酸內(nèi)切酶被稱為“分子手術(shù)刀”B．限制性核酸內(nèi)切酶跟其他的酶一樣，具有專一性C．一種限制性核酸內(nèi)切酶可切割多種DNA分子片段D．限制性核酸內(nèi)切酶能在特定部位的兩個核苷酸堿基之間切斷氫鍵答案：1．A解析：DNA連接酶的作用是將兩個用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割得到的黏性末端連接起來。2．D解析：PCR利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理，即將雙鏈DNA之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為聚合反應(yīng)的模板。反轉(zhuǎn)錄法是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，先反轉(zhuǎn)錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA。①④則不需要模板。3．D解