高中生物 專題1 基因工程 第1節(jié) DNA重組技術(shù)的基本工具課件 新人教版選修3

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1、成才之路成才之路 生物生物路漫漫其修遠(yuǎn)兮路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索吾將上下而求索人教版人教版 選修選修3 基因工程基因工程專題一專題一第一節(jié)第一節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具專題一專題一目目 標(biāo)標(biāo) 定定 位位1預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 導(dǎo)導(dǎo) 學(xué)學(xué)2要要 點(diǎn)點(diǎn) 精精 析析3思思 維維 升升 華華4知知 識(shí)識(shí) 構(gòu)構(gòu) 建建5課課 時(shí)時(shí) 作作 業(yè)業(yè)7應(yīng)應(yīng) 用用 探探 究究6目目 標(biāo)標(biāo) 定定 位位 1認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。 2簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。(重、難點(diǎn)) 3簡述基因工程中載體需要具備的條件。(重點(diǎn))預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 導(dǎo)導(dǎo) 學(xué)學(xué) 一、基因工程的概念 基因

2、工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過_和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在_水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做_。 二、DNA重組技術(shù)的基本工具 1工具簡介 (1)“分子手術(shù)刀”_ (2)“分子縫合針”_ (3)“分子運(yùn)輸車”_體外體外DNA重組重組 分子分子 DNA重組技術(shù)重組技術(shù) DNA連接酶連接酶基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶 2限制性核酸內(nèi)切酶 (1)來源：主要是從_中分離純化出來的。 (2)功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特

3、定部位的兩個(gè)核苷酸之間的_斷開，因此具有_性。大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由_個(gè)核苷酸組成。經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：_和_。前者是限制酶在它識(shí)別序列的_將DNA的兩條鏈切開產(chǎn)生的，后者是限制酶在它識(shí)別序列的_切開產(chǎn)生的。原核生物原核生物磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵專一專一6黏性末端黏性末端平末端平末端中軸線兩側(cè)中軸線兩側(cè)中軸線處中軸線處 3DNA連接酶 (1)分類：根據(jù)酶的來源不同，可分為兩類：一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為_；另一類是從_中分離出來的，稱為T4DNA連接酶。 (2)兩種DNA連接酶的比較： 相同點(diǎn)：都縫合_鍵。EcoliDNA連接酶連接酶T4噬菌體噬菌體磷酸二酯

4、磷酸二酯黏性末端黏性末端平末端平末端黏性末端黏性末端平末端平末端比較低比較低有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn) 有特殊的遺傳標(biāo)記基因有特殊的遺傳標(biāo)記基因 質(zhì)粒質(zhì)粒動(dòng)植物病毒動(dòng)植物病毒結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單獨(dú)立于細(xì)菌擬核獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外之外自我復(fù)制自我復(fù)制 思維激活 1不同的限制酶具有不同的識(shí)別序列，說明限制酶具有什么特點(diǎn)？ 2作為運(yùn)載工具的載體，要求必須對受體細(xì)胞無害，為什么？ 答案 1專一性 2載體如果對受體細(xì)胞有害，其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞，就會(huì)影響受體細(xì)胞的生命活動(dòng)，甚至破壞受體的生命活動(dòng)。要要 點(diǎn)點(diǎn) 精精 析析 一、對基因工程概念的理解基因工程的別名基因工程的別名基因拼

5、接技術(shù)或基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)重組技術(shù)操作環(huán)境操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作對象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本過程基本過程剪切剪切拼接拼接導(dǎo)入導(dǎo)入表達(dá)表達(dá)結(jié)果結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物人類需要的基因產(chǎn)物 知識(shí)貼士：基因工程得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)： 所有生物的DNA都是以4種脫氧核苷酸為基本單位，構(gòu)成獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這為不同種生物DNA拼接成功提供物質(zhì)基礎(chǔ)。 所有生物共用一套遺傳密碼子，為某生物的基因能夠在其他生物細(xì)胞內(nèi)正常指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成提供可能。 二、基因工程的工具 1限制性核酸內(nèi)切酶 (1)來源：這類酶主要是從原核生物中分離純化出來的。 (2)種類：迄今已從近30

6、0種不同的微生物中分離出了約4000種限制酶。 (3)特點(diǎn)：主要切割外源DNA，而對自身的DNA不起作用，達(dá)到保護(hù)自身的目的；只能識(shí)別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列；只能在特定的部位進(jìn)行切割。 (4)結(jié)果：形成黏性末端或平末端。 (5)實(shí)質(zhì)：使特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 知識(shí)貼士： 若限制酶切割后形成的是黏性末端，則形成的兩個(gè)黏性末端是反向重復(fù)序列。 大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列為6個(gè)核苷酸組成，例如EcoRI、SmaI限制酶識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成，也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸組成。 2DNA連接酶以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，分析回答問題。導(dǎo)學(xué)號導(dǎo)學(xué)號

7、 65500000 解析分析以上4個(gè)DNA片段，可清楚分析出為平末端，連接酶應(yīng)用T4DNA連接酶；為黏性末端且相同，連接時(shí)應(yīng)用EcoliDNA連接酶。 答案(1)平T4DNA連接酶(2)黏性EcoliDNA連接酶 已知某種限制性內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn)，如右圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段?，F(xiàn)有多個(gè)上述線性DNA分子，若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是() A3B4 C9D12導(dǎo)學(xué)號導(dǎo)學(xué)號 655000

8、01 答案C 解析每一種限制性內(nèi)切酶切割DNA后會(huì)留下特征性的黏性末端，同時(shí)一次切割后，會(huì)把DNA分割成兩個(gè)片段，且不同的限制酶切后的片段不一樣，如果將題圖中的三個(gè)切割位點(diǎn)自左至右依次標(biāo)為甲、乙、丙，只在甲處切，可產(chǎn)生兩個(gè)片段，即a和右邊的bcd段，如果只在乙處切，就有ab和cd段，如果只在丙處切，就有abc和d段，在甲、乙兩處同時(shí)切，就有a、b和cd段，在乙、丙處同時(shí)切，就有ab和c、d段，在甲、丙兩處同時(shí)切，就有a、bc、d段三種片段，在甲、乙、丙三處同時(shí)切，就有a、b、c、d四種片段。所以本題應(yīng)該選C。 3“分子運(yùn)輸車”載體 (1)作用：一是用它作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中去

9、；二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量的復(fù)制(稱為克隆)。 (2)作為載體必須具備的條件： 具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，該切割位點(diǎn)必須位于載體本身必需的基因序列之外。 能夠自我復(fù)制或整合到染色體DNA上后隨染色體DNA復(fù)制。 帶有標(biāo)記基因，便于篩選。 本身是安全的，不能對受體細(xì)胞產(chǎn)生危害。 大小適中，便于操作。 但實(shí)際上，天然載體一般不會(huì)同時(shí)具備上述條件，所以在基因工程中需要對載體進(jìn)行人工改造。現(xiàn)在所用的質(zhì)粒幾乎都是人工改造的。質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，它的主要特點(diǎn)是() 能自主復(fù)制不能自主復(fù)制 結(jié)構(gòu)很小 是蛋白質(zhì) 是環(huán)狀RNA 是環(huán)狀DNA 能“友好”地“借居” AB CD導(dǎo)學(xué)號導(dǎo)學(xué)

10、號 65500002 解析質(zhì)粒存在于細(xì)菌和酵母菌等生物中，是一種很小的環(huán)狀DNA，上面有標(biāo)記基因，便于在受體細(xì)胞中檢測。質(zhì)粒在受體細(xì)胞中能隨受體細(xì)胞DNA的復(fù)制而復(fù)制，能進(jìn)行目的基因的擴(kuò)增和表達(dá)。 答案C 質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，下列關(guān)于質(zhì)粒的說法正確的是() A質(zhì)粒在宿主細(xì)胞內(nèi)都要整合到染色體DNA上 B質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型細(xì)胞器 C基因工程操作中的質(zhì)粒一般都是經(jīng)過人工改造的 D質(zhì)粒上堿基之間數(shù)量存在AGUC 答案C導(dǎo)學(xué)號導(dǎo)學(xué)號 65500003 解析基因工程使用的載體需有一至多個(gè)酶切位點(diǎn)，具有自我復(fù)制的能力，存在標(biāo)記基因，對受體細(xì)胞安全，且分子大小適合。而自然存在的質(zhì)粒

11、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。而質(zhì)粒進(jìn)入宿主細(xì)胞后不一定都要整合到染色體DNA上，如宿主細(xì)胞是細(xì)菌細(xì)胞則不需整合。質(zhì)粒是小型環(huán)狀雙鏈DNA分子而不是細(xì)胞器，也不會(huì)有堿基U。思思 維維 升升 華華 1與遺傳有關(guān)的各種酶的比較名稱名稱作用作用參與的生理參與的生理過程與應(yīng)用過程與應(yīng)用作用位點(diǎn)作用位點(diǎn)(如下圖如下圖)DNA連接酶連接酶連接兩個(gè)連接兩個(gè)DNA片片段段基因工程基因工程a限制性核限制性核酸內(nèi)切酶酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別雙鏈能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種分子的某種特定核苷酸序特定核苷酸序列，并且使每一列，并且使每一條鏈中特定部位條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之的兩個(gè)

12、核苷酸之間的磷酸二酯鍵間的磷酸二酯鍵斷開斷開a名稱名稱作用作用參與的生理參與的生理過程與應(yīng)用過程與應(yīng)用作用位點(diǎn)作用位點(diǎn)(如下圖如下圖)DNA聚合酶聚合酶在脫氧核苷酸鏈在脫氧核苷酸鏈上添加單個(gè)脫氧上添加單個(gè)脫氧核苷酸核苷酸DNA的復(fù)制的復(fù)制aRNA聚合酶聚合酶在核糖核苷酸鏈在核糖核苷酸鏈上添加單個(gè)核糖上添加單個(gè)核糖核苷酸核苷酸轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄a解旋酶解旋酶使核堿基間氫鍵使核堿基間氫鍵斷裂形成單脫氧斷裂形成單脫氧核苷酸鏈核苷酸鏈DNA復(fù)復(fù)制及轉(zhuǎn)錄制及轉(zhuǎn)錄b逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶以以RNA為模板為模板合成合成DNA逆轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、基因工程基因工程 特別提醒：DNA連接酶和DNA聚合酶的作用都是催化形成磷酸二酯鍵，

13、而不是氫鍵，氫鍵是分子間的靜電吸引力，不需要通過酶的催化形成。DNA連接酶只能在兩個(gè)DNA片段間形成磷酸二酯鍵，而DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有DNA片段上，且需要以一條DNA鏈為模板。目前發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶不具有連接單鏈DNA的能力。 2限制酶在原核生物中的作用 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)化過程中形成一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原微生物的侵害。限制酶在細(xì)菌內(nèi)會(huì)將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。而限制酶不會(huì)切斷自身DNA，是因?yàn)樵谠松锛?xì)胞中，其DNA分子或者不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不

14、能將其切開。知知 識(shí)識(shí) 構(gòu)構(gòu) 建建應(yīng)應(yīng) 用用 探探 究究 目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒，pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。 (1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于_。導(dǎo)學(xué)號導(dǎo)學(xué)號 65500004 (2)pBR322分子中有單個(gè)EcoR I限制酶作用位點(diǎn)，EcoR I只能識(shí)別序列GAATTC，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)EcoR I的切點(diǎn)，請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoR I切割后所形成的黏性末端：_。 (3)pBR322分子中另有單個(gè)的BamH I限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)BamHI處理后的

15、質(zhì)粒與用另一種限制酶Bgl處理得到的目的基因，通過DNA連接酶作用恢復(fù)_鍵，成功獲得了重組質(zhì)粒，說明_ (4)為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無ampR和tetR的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二對照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是_，圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是_。 (3)DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過DNA連接酶作用能將兩個(gè)DNA分子片段連接，表明經(jīng)兩種限制酶(BamH I和Bgl)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。 (4)由題意知：由于與圖三空圈相對應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，故可推知與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素，而經(jīng)限制酶BamH I作用后，標(biāo)記基因tetR被破壞，而不能抗四環(huán)素，故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。