【創(chuàng)新方案】2022年高中生物人教版選修三教師用書-1.1DNA重組技術(shù)的基本工具

一、基因工程的概念二、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”1．簡稱：限制性核酸內(nèi)切酶又稱限制酶。2．來源：主要從原核生物中分別純化出來。3．作用(1)識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。(2)切割特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。4．作用結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。三、DNA連接酶——“分子縫合針”1．作用恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，拼接成新的DNA分子。2．種類種類比較項目E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體特點只能“縫合”具有互補(bǔ)的黏性末端的雙鏈DNA片段既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端四、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1．種類(1)質(zhì)粒：是一種很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。(2)其他載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。2．特點(1)能夠進(jìn)行自我復(fù)制。(2)有一個至多個限制酶切割位點，供外源基因插入。(3)具有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。(4)對受體細(xì)胞無害。3．作用結(jié)果將外源基因送入受體細(xì)胞。五、重組DNA分子的模擬操作1．材料用具：剪刀代表EcoRⅠ，透亮?????膠條代表DNA連接酶。2.切割要點(1)先分別從兩塊硬紙板上的一條DNA鏈上找出G—A—A—T—T—C序列，并選G—A之間作切口進(jìn)行“切割”。(2)然后再從另一條鏈上互補(bǔ)的堿基之間查找EcoRⅠ相應(yīng)的切口剪開。一、限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)閱讀教材P4～5，分析圖1－2、1－3，探究下列問題：1．限制酶切割DNA分子時，其切割部位在哪里？具有怎樣的作用特點？提示：(1)切割部位是兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(2)作用特點：①具有專一性。具體表現(xiàn)在兩個方面：識別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位點。②可用于DNA的切割，獵取目的基因和切割載體。2．利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什么區(qū)分？提示：(1)黏性末端：是限制酶在識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開形成的，如圖所示。(2)平末端：是限制酶在識別序列的中心軸線處切開形成的，如圖所示。具有黏性末端的DNA片段能夠通過互補(bǔ)堿基間的配對重新結(jié)合，而具有平末端的DNA片段不簡潔結(jié)合。二、DNA連接酶閱讀教材P5并觀看分析圖1－4，爭辯下列問題：1．DNA連接酶的作用目的是什么？作用于哪種化學(xué)鍵？提示：(1)作用目的：將切下的黏性末端或平末端重新拼接、縫合，形成新的DNA分子。(2)作用的化學(xué)鍵：磷酸二酯鍵。2．依據(jù)圖示分析：(1)圖中a酶、b酶分別是哪種酶？提示：a是限制酶(或限制性核酸內(nèi)切酶)；b是DNA連接酶。(2)兩種酶在基因工程中有什么作用及應(yīng)用。提示：作用應(yīng)用限制性核酸內(nèi)切酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂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目的基因和載體的連接三、載體閱讀教材P6，觀看分析圖1－5，探討下列問題：1．具備什么條件的物質(zhì)才能充當(dāng)基因工程的載體？提示：載體必需具備的條件：(1)能在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制。(2)有多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接。(3)具有某些特殊標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。當(dāng)然，載體應(yīng)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。2．聯(lián)系主動運(yùn)輸中的載體，試從它們的化學(xué)本質(zhì)和作用方面分析二者的不同。提示：(1)主動運(yùn)輸中的載體是位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，其作用是運(yùn)輸離子、氨基酸、核苷酸等物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。(2)基因工程中的載體的化學(xué)本質(zhì)是DNA，其作用是：①攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞；②利用載體在宿主細(xì)胞中的復(fù)制對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。如圖為DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖，下列對該圖的描述正確的是()A．④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸B．解旋酶作用的部位是⑩C．某限制性核酸內(nèi)切酶可選擇⑨處作為切點D．DNA連接酶可連接⑩處斷裂的化學(xué)鍵[解析]圖中④包含上一個脫氧核苷酸的磷酸①和下一個脫氧核苷酸的五碳糖②和堿基③，不是一個脫氧核苷酸，A錯誤；限制性核酸內(nèi)切酶的作用部位是⑩磷酸二酯鍵，解旋酶的作用是解開DNA雙鏈，作用部位是⑨氫鍵，B、C錯誤；DNA連接酶可連接⑩處斷裂的磷酸二酯鍵，D正確。[答案]D與DNA有關(guān)的幾種酶的比較項目種類限制酶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分子如圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題。(1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)相同，都是______，二者還具有其他共同點，如①________________________，②________________(寫出兩條即可)。(2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為eq\a\vs4\al(—A,—TGCGC)，則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為________________；可使用________________把質(zhì)粒和目的基因連接。(3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為______，其作用是________________________________________________________________________。(4)下列常在基因工程中作為載體的是()A．蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因B．土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子C．大腸桿菌的質(zhì)粒D．動物細(xì)胞的染色體[解析]基因工程中的載體必需具備三個條件：①能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；②有多個限制酶切割位點；③有標(biāo)記基因便于篩選，如大腸桿菌的質(zhì)粒。用同一種限制酶切割質(zhì)粒和目的基因得到相同的黏性末端，再用DNA連接酶把目的基因和質(zhì)粒連接在一起。大腸桿菌的質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，載體的本質(zhì)為DNA，抗蟲基因?qū)儆谀康幕?，不屬于載體，染色體的主要成分為DNA和蛋白質(zhì)，不屬于載體。[答案](1)DNA能夠自我復(fù)制具有遺傳效應(yīng)(2)CGCGT—A—DNA連接酶(3)標(biāo)記基因供重組DNA的鑒定和選擇(4)C

基因工程中的限制酶與載體(1)載體必需具備一個或多個限制酶的切割位點，但每種酶的切點最好只有一個。若用于切割載體的限制酶有多個切點，則切割后質(zhì)粒可能會丟失某些片段，若丟失的片段含有復(fù)制起始點，則重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能進(jìn)行自主復(fù)制。(2)限制酶切割位點所處的位置必需是在所需的標(biāo)記基因之外，這樣才能保證標(biāo)記基因的完整性，有利于對目的基因的檢測?！猍課堂歸納]——————————————————[網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建]填充：①限制酶②DNA連接酶③基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體④磷酸二酯鍵⑤質(zhì)粒[關(guān)鍵語句]1．基因工程突破了生殖隔離，實現(xiàn)了不同種生物間的基因重組。2．不同生物基因能拼接在一起的理論基礎(chǔ)是DNA分子都是由4種