《2019-2020学年高中生物1.1DNA重组技术的基本工具课件新人教版选修3.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年高中生物1.1DNA重组技术的基本工具课件新人教版选修3.pdf（36页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 一二 一、基因工程的概念 一二 二、基因工程操作的基本工具 1.限制性核酸内切酶(也称“限制酶”) 一二 2.DNA连接酶“分子缝合针” 3.载体“分子运输车” 探究点 基因工程的工具基因工程的工具 问题导引1 (1)如何从一个DNA分子上将所需的目的基因切割下来?(2)用何 种酶将该目的基因与其他的DNA片段拼接成新的DNA分子? 根据下列操作流程,回答相关问题。 DNA分子的切割和连接 当堂检测本课必记 探究点 (1)EcoR是一种 酶,其识别序列 是 ,切割位点是 与 之间的 键。 (2)将不同来源的DNA片段拼接成新的DNA分子,需要
2、的酶应是 。图中此酶催化 与 之间形成 键,从而将不同来源的DNA片段拼接在一起,构成 。 答案(1)限制性核酸内切 GAATTC G A 磷酸二酯 (2)DNA连接酶 G A 磷酸二酯 重组DNA分子 当堂检测本课必记 探究点 归纳提升 1.限制酶的作用结果 DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式 黏性末端和平末端。 (1)黏性末端:由限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的 两条链分别切开形成。如图所示为EcoR(在G和A之间切割)的切 割结果: 当堂检测本课必记 探究点 (2)平末端:由限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA的两条 链分别切开形成。如图所示为Sma(在
3、G和C之间切割)的切割结 果: 当堂检测本课必记 探究点 2.与DNA有关的四种酶的比较 当堂检测本课必记 探究点 3.与DNA有关的四种酶的作用部位图解 作用位点示意图 (1)作用于a(磷酸二酯键)的酶:限制酶(断开)、DNA连接酶(形成) 和DNA聚合酶(形成)。 (2)作用于b(氢键)的酶:解旋酶。 当堂检测本课必记 探究点 特别提醒(1)限制酶所识别序列的特点是一条链按照一定方向读 的碱基顺序与另一条链按相反方向读的碱基顺序相同。无论是奇 数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线。 (2)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键;限制 酶不切割细菌自身DNA的原因是原核生物中
4、不存在该酶的识别序 列或识别序列已被修饰;DNA连接酶起作用时,不需要模板。 当堂检测本课必记 探究点 问题导引2 质粒是基因工程中主要的运载体,当把目的基因插入质粒时,对 目的基因的插入位置和标记基因的位置有何要求? 下图是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,请探究以下问题。 当堂检测本课必记 探究点 (1)a代表的物质和质粒的化学本质相同,都是 , 二者还具有其他共同点,如 , (写出两条即可)。 (2)若质粒DNA分子的切割末端为 ,则与之连接的目的 基因切割末端应为 ;可使用 把质粒和目的基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为 ,其作用 是 。 (4)图中目的基因若插
5、入到氨苄青霉素抗性基因内,氨苄青霉素抗 性基因还能作为标记基因吗? 。原因是什么? 。 当堂检测本课必记 探究点 答案(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性 都能控制生物性 状等(写出两条即可) (2)CGCGT A DNA连接酶 (3)标记基因 用于重组DNA的鉴定和选择 (4)不能 影响氨苄青霉素抗性基因的表达 当堂检测本课必记 探究点 归纳提升 对作为载体必须具备的条件的分析 (1)作为载体必须具有一个至多个限制酶切点,而且每种限制酶的 切点最好只有一个的原因:某种限制酶只能识别单一切点,若载体 上每种酶有一个以上的酶切点,则切割重组后可能丢失某些片段, 若丢失的片段含复制起点区,则进
6、入受体细胞后便不能自主复制。 (2)能够在受体细胞中保留下来,且载体DNA必须具备自我复制 能力,或能够整合到受体细胞染色体DNA上,并随染色体DNA进行 同步复制。 当堂检测本课必记 探究点 (3)带有特殊的标记基因,以便重组后进行重组DNA的鉴定和选 择,常用的标记基因有抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等。 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要 转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性 基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体 细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种 抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞。 特别提醒自然存在
7、的质粒DNA分子并不完全具备上述条件,需要 进行人工改造。 当堂检测本课必记 探究点 案例探究 类型一 基因工程的工具酶 例1下表中列出了几种限制酶的识别序列及其切割位点,图1、图 2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。下列相关说法错误的是( ) 当堂检测本课必记 探究点 A.一个图1所示的质粒分子经Sma切割后,含有4个游离的磷酸 基团 B.用图1所示的质粒和图2所示的目的基因构建重组质粒,不能使 用Sma切割 C.图2中为防止酶切后含目的基因的DNA片段自身连接成环状, 不能使用EcoR D.为了获取重组质粒,最好用BamH和Hind同时切割质粒和 外源DNA 当堂检测本课必记 探究点 解析图
8、1所示质粒分子经Sma切割后形成2个平末端,根据DNA 分子的两条链反向平行的特点可知,切割后应含有2个游离的磷酸 基团,A项错误。用Sma切割会破坏目的基因和质粒中的标记基 因,B项正确。如果用EcoR处理目的基因,由于两端含有相同的黏 性末端,则可能发生自身环化,用BamH和Hind两种限制酶同时 切割质粒和外源DNA即可解决这一问题,所以C、D两项正确。 答案A 当堂检测本课必记 探究点 方法技巧(1)DNA分子经限制酶切割后的片段长度分析。 对于链状DNA分子而言,如果其上有1个酶切位点,用限制酶切 割后形成2个DNA片段;如果有2个酶切位点,则用限制酶切割后形 成3个DNA片段,以此
9、类推。 对于环状DNA分子而言,如果其上有1个酶切位点,用限制酶切 割后形成1个链状DNA片段,且长度不发生变化;如果有2个酶切位 点,则用限制酶切割后形成2个DNA片段,以此类推。 (2)选择限制酶时要考虑目的基因两端的限制酶切割位点、质粒 上的限制酶切割位点及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制 酶的种类。 当堂检测本课必记 探究点 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 a.应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择 Pst。 b.不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选 择Sma。 c.为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用两种 限制酶同时切割
10、目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和 EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的酶切位点)。 根据质粒的特点确定限制酶的种类 a.所选限制酶与切割目的基因的限制酶一般相同,以确保具有相 同的黏性末端。 b.质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶应不 能切割质粒上的所有标记基因,即至少要保留一个标记基因,用于 重组DNA的鉴定和选择。如图乙中质粒不能使用限制酶Sma切 割,因为会破坏标记基因。 当堂检测本课必记 探究点 某DNA分子中含有某限制酶的一个识别序列,用该限制酶切割该 DNA分子,可能形成的两个DNA片段是 ( ) A. B. C.D. 当堂检测本课必记 探究点
11、解析限制酶识别的序列一般为回文序列,其切割形成的若为黏性末 端,则黏性末端应该互补配对。中两个黏性末端不能互补配对, 不是同一种限制酶切割形成的,错误;中两个片段连接形成的碱 基序列不是回文序列,错误;中两个片段连接形成的碱基序列是 回文序列,正确;中两个黏性末端互补配对,且连接形成的碱基序 列为回文序列,正确。B项正确。 答案B 当堂检测本课必记 探究点 类型二 基因工程的载体及所具备的条件 例2下面是四种不同质粒的示意图,其中ori 为复制必需的序列, amp为氨苄青霉素抗性基因, tet为四环素抗性基因,箭头表示一种 限制性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基 上生长而不能
12、在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA 的细菌, 应选用的质粒是( ) 当堂检测本课必记 探究点 解析A项,破坏了复制必需的序列导致复制不能进行,与题意不符。 B项,氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好,在四环素培养 基上和氨苄青霉素培养基上都能生长,与题意不符。C项,氨苄青霉 素抗性基因被破坏,四环素抗性基因完好,能在四环素培养基上生 长,而不能在氨苄青霉素培养基上生长,与题意相符。D项,氨苄青 霉素抗性基因完好,四环素抗性基因被破坏,其结果与题意不符。 答案C 方法技巧解决这类问题,必须先弄清图示中的复制原点、相关标 记基因的位置及切割位点破坏的位置。限制酶切割位点的选择既 要保证标记
13、基因的完整性,又要保证复制原点的完整性。 当堂检测本课必记 探究点 作为基因工程中的“分子运输车”载体,应具备的条件是( ) 必须有一个至多个限制酶的切割位点,以便目的基因插入到载 体上 载体必须具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA 上随染色体DNA的复制而同步复制 必须带有标记基因,以便进 行重组后的筛选 必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能 进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去 大小应合适,太大则 不易操作 A. B. C. D. 答案D 当堂检测本课必记 探究点当堂检测本课必记 1.实施基因工程的最终目的是( ) A.提取生物体的DNA分子 B.对DNA分子进行人为剪切 C.
14、在生物体外对DNA分子进行改造 D.创造符合人们需要的新生物类型和生物产品 解析A、B和C三项均为基因工程操作的具体内容,但不是基因工程 的目的。实施基因工程的最终目的是通过基因操作定向改造生物 的遗传物质,创造符合人们需要的新生物类型和生物产品。 答案D 探究点当堂检测本课必记 2.下列关于限制酶识别序列和切割部位的特点的叙述,错误的是( ) A.所识别的序列都可以找到一条中轴线 B.大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 C.只识别和切割特定的核苷酸序列 D.在任何部位都能将DNA切开 解析一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的 位点上切割DNA分子。限制酶所识别的序列都有
15、一个中轴线,在中 轴线切割形成平末端,在中轴线两侧切割形成黏性末端,但不是在 任何部位都能切割。 答案D 探究点当堂检测本课必记 3.下图为DNA分子的某一片段,其中分别表示某种酶的作用 部位,则相应的酶依次是( ) A.DNA连接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA连接酶 C.限制酶、DNA连接酶、解旋酶 D.解旋酶、限制酶、DNA连接酶 解析是氢键,是解旋酶的作用位点;是磷酸二酯键,限制酶可将 其断裂;DNA连接酶可将DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。 答案D 探究点当堂检测本课必记 4.下列关于DNA连接酶的相关叙述,正确的是( ) A.DNA连接酶需要模板,连接的是两条链碱
16、基对之间的氢键 B.DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧 核糖 C.T4DNA连接酶只能连接黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖 D.EcoliDNA连接酶既能连接平末端,又能连接黏性末端 解析DNA连接酶不需要模板,催化形成的是磷酸二酯键,A项错 误;DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧 核糖,使两者之间形成磷酸二酯键,B项正确;T4DNA连接酶既可以 连接黏性末端,也可以连接平末端,连接的是两条链主链上的磷酸 和脱氧核糖,C项错误;EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端,D项错 误。 答案B 探究点当堂检测本课必记 5.限制酶Mun和限制酶EcoR的
17、识别序列及切割位点分别是 CAATTG和GAATTC。下图表示四种质粒和目的基因,其 中箭头所指部位为限制酶的识别位点,质粒阴影部分表示标记基因。 适于作为图示目的基因载体的质粒是( ) 解析由图可知,质粒B无标记基因,不适合作为载体;质粒C和D的标 记基因中都有限制酶的识别位点;只有质粒A有标记基因且Mun 的切割位点不在标记基因中。 答案A 探究点当堂检测本课必记 6.基因工程中,需使用限制酶切割目的基因和质粒,以便于重组和筛 选。已知限制酶的识别序列和切割位点是GGATCC,限制 酶的识别序列和切割位点是GATC。 探究点当堂检测本课必记 请根据已知条件和图回答下列问题。 (1)上述质粒
18、用限制酶 切割,目的基因用限制酶 切割。 (2)将切下的目的基因片段插入质粒的切口处,还要加入适量的 。 (3)请写出质粒上标记基因的作用: 。 答案(1) (2)DNA连接酶 (3)检测重组质粒(或目的基因)是 否导入受体细胞 探究点当堂检测本课必记 1.基因工程能按照人们的愿望定向改造生物的遗传性状。 2.限制酶的作用特点是识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序 列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断 开。 3.Ecoli DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末 端,T4DNA连接酶既能连接双链DNA互补的黏性末端,又能连接双 链DNA片段的平末端。 4.质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,并 具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。 5.质粒作为载体的必要条件之一是有一至多个限制酶切割位点。