《2015-2016學年高中生物 專題一 基因工程 第1課時 DNA重組技術(shù)的基本工具學案 新人教版選修3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2015-2016學年高中生物 專題一 基因工程 第1課時 DNA重組技術(shù)的基本工具學案 新人教版選修3（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題一 基因工程第1課時DNA重組技術(shù)的基本工具目標導讀1.結(jié)合課本插圖，簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。2.結(jié)合教材P6圖15，簡述基因工程中載體需要具備的條件。重難點擊DNA重組技術(shù)三種基本工具的作用和特點。1DNA分子的組成2DNA的平面結(jié)構(gòu)(1)配對的堿基，A與T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。CG比例越大，DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。(2)脫氧核苷酸聚合形成長鏈的過程中產(chǎn)生水，即脫氧核苷酸DNAH2O。(3)和之間的化學鍵為磷酸二酯鍵。(4)之間的化學鍵為氫鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂。(5)每個脫氧核糖連接著2個磷酸，分別在3號、5號碳原子上相連接。3基因與DNA

2、的關(guān)系從上圖可知，S基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。課堂導入如圖為“黃金水稻”，是將類胡蘿卜素基因?qū)胨緝?nèi)培育而成的，這種技術(shù)就是基因工程，是一種精細的DNA拼接技術(shù)，需要一些特殊的工具才能進行，今天我們就來學習DNA重組技術(shù)的基本工具。探究點一基因工程的概念及工具酶1基因工程的概念圖1為我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，就是通過精心設(shè)計，用“分子工具”構(gòu)建成的。培育抗蟲棉首先要在體外對含有抗蟲基因的DNA分子進行“切割”、改造、修飾和“拼接”，然后，導入棉花體細胞內(nèi)，并使重組DNA在細胞中表達。由上述資料填寫下表，理解基因工程的概念。操作對象基因(DNA)操作環(huán)境生物體外操作水平DNA分子

3、水平技術(shù)手段DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)目的創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品2.基因工程的工具酶(1)“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。功能：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。小貼士限制酶所識別序列的特點呈現(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，如圖所示，中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列的。如GCCG以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補對稱；CGCGATGCGC以AT為軸，兩側(cè)堿基互補對稱。作用結(jié)果：形成DNA片段末端。a黏性末端是限

4、制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時形成的，如圖所示。b平末端是限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線處切開時形成的，如圖所示。觀察圖2，說明限制酶切割的位置在2、4(處)。(2)“分子縫合針”DNA連接酶作用：將雙鏈DNA片段之間的磷酸二酯鍵連接起來。DNA連接酶種類和作用的區(qū)別種類來源作用Ecoli DNA連接酶大腸桿菌縫合黏性末端被切開的磷酸二酯鍵，不能連接平末端T4 DNA連接酶T4噬菌體縫合黏性末端和平末端，但平末端之間連接的效率比較低歸納提煉1DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的比較(1)區(qū)別作用應(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

5、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載體的構(gòu)建(2)兩者的關(guān)系可表示為：2DNA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分子復制活學活用1下圖為DNA分子的切割和連接過程，據(jù)圖回答下列問題。(1)EcoR是一種_酶，其識別序列是_，切割位點是_與_之間的_鍵。切割結(jié)果產(chǎn)生的DNA末端片段形式為_。(2)不同來源的DNA片段結(jié)合，在這里需要的酶是_連接酶，此酶的作用是在

6、_和_之間形成_鍵而起縫合作用的。還有一種連接平末端的連接酶是_。答案(1)限制性核酸內(nèi)切GAATTC鳥嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸磷酸二酯黏性末端(2)EcoliDNA鳥嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸磷酸二酯T4DNA連接酶解析限制酶能識別特定的核苷酸序列(堿基序列)，并使兩個特定核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂，DNA連接酶的作用是將不同來源的DNA片段連接起來。方法鏈接與DNA分子有關(guān)的四種酶的作用部位圖解：(1)作用于a(磷酸二酯鍵)的酶：限制酶、DNA連接酶和DNA聚合酶。(2)作用于b(氫鍵)的酶：解旋酶。探究點二“分子運輸車”載體載體的作用是作為運載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞中去

7、，并在受體細胞內(nèi)大量復制。常用的載體有細菌的質(zhì)粒、病毒等。1質(zhì)粒來源于許多細菌和酵母菌等生物，是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，并具有自我復制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。2作為載體的條件有：(1)載體DNA要攜帶目的基因，因此要求載體DNA必須有一個至多個限制酶切割位點。(2)目的基因進入受體細胞后要進行DNA復制，因此要求攜帶目的基因的載體具有自我復制的特點或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制。(3)目的基因進入受體細胞后要進行鑒定和選擇，一般利用質(zhì)粒上特殊的標記基因。(4)霍亂弧菌有強烈的致病性，也含有質(zhì)粒，但一般不用來做載體。因此，我們選擇的載體應(yīng)該對

8、受體細胞無害。3常用載體種類質(zhì)粒、噬菌體的洐生物和滅活的動植物病毒等。其中最常用的載體是質(zhì)粒。歸納提煉細胞膜上的載體與基因工程中的載體的區(qū)別(1)化學本質(zhì)不同：細胞膜上的載體化學成分是蛋白質(zhì)；基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒(DNA)、噬菌體的衍生物，也可能是生物，如動植物病毒等。(2)功能不同：細胞膜上的載體功能是協(xié)助細胞膜控制物質(zhì)進出細胞；基因工程中的載體是一種“分子運輸車”，把目的基因?qū)胧荏w細胞?；顚W活用2限制酶Mun和限制酶EcoR的識別序列及切割位點分別是CAATTG和GAATTC。如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因，其中，箭頭所指部位為限制酶的識別位點，質(zhì)粒的陰影部分表示標記基因。適于

9、作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是()問題導析(1)據(jù)圖可知，能識別此目的基因的兩端序列的是限制酶Mun和EcoRI。(2)質(zhì)粒B上無標記基因，不適合作為載體；質(zhì)粒A和C都有上述限制酶的識別位點，但是C的切割位點在標記基因上。答案A解析由圖可知，質(zhì)粒B上無標記基因，不適合作為載體；質(zhì)粒C和D的標記基因上都有限制酶的識別位點；只有質(zhì)粒A上既有標記基因，且Mun的切割位點不在標記基因上。基因工程的基本工具限制性核,酸內(nèi)切酶(分子手術(shù)刀)DNA連接酶(分子縫合針)載體(分子運輸車)1下圖表示一項重要的生物技術(shù)，對圖中物質(zhì)a、b、c、d的描述，正確的是()A通常情況下，a與d需要用同一種限制酶進行切割Bb能

10、識別特定的核苷酸序列，并將A與T之間的氫鍵切開Cc連接雙鏈間的A和T，使黏性末端處堿基互補配對Db代表的是限制性核酸內(nèi)切酶，c代表的是RNA聚合酶答案A解析b是限制性核酸內(nèi)切酶，能識別特定的核苷酸序列并使DNA分子的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，而不是使氫鍵斷開；c是DNA連接酶，能連接兩個DNA片段。2關(guān)于限制酶識別序列和切開部位的特點，敘述錯誤的是()A所識別的序列都可以找到一條中軸線B中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列C只識別和切割特定的核苷酸序列D在任何部位都能將DNA切開答案D解析一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的位點上切割DN

11、A分子。3質(zhì)粒之所以能做基因工程的載體，是由于它()A含蛋白質(zhì)，從而能完成生命活動B能夠自我復制，且能保持連續(xù)性C含RNA，能夠指導蛋白質(zhì)的合成D具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠攜帶目的基因答案B解析質(zhì)粒存在于細菌和酵母菌等微生物中，是一種很小的環(huán)狀DNA分子，其上有標記基因，便于檢測。質(zhì)粒在受體細胞中，能隨受體細胞DNA的復制而復制，進行目的基因的擴增和表達。4通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，下圖表示了這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是GGATCC，請回答下列問題。(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是_

12、。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中時需要的酶是_。(2)請畫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過程圖。(3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi)，原因是_，“插入”時用的工具是_，其種類有_。答案(1)限制酶DNA連接酶(2)(3)基因的組成、堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的載體質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體的衍生物等解析基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，不同生物的基因之所以能整合在一起，是因為基因的組成、堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的。將目的基因?qū)胧荏w細胞，離不開載體的協(xié)助，基因工程中常用的載體除質(zhì)粒外，還有動植物病毒、噬菌體的衍生物等。基礎(chǔ)過關(guān)知識點一基因工程的概念和工具

13、酶1實施基因工程的最終目的是()A提取生物體的DNA分子B對DNA分子進行人工剪切C在生物體外對DNA分子進行改造D創(chuàng)造符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品答案D解析A、B和C三項均為基因工程操作的具體內(nèi)容，但不是基因工程的目的。實施基因工程的最終目的是通過基因操作定向改造生物的遺傳物質(zhì)，創(chuàng)造符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。2下列關(guān)于限制酶的敘述中，錯誤的是()A它能在特殊位點切割DNA分子B同一種限制酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端能夠很好地進行堿基配對C它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量DNA片段D每一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列答案C解析限制酶是基因工程的重要工具之一。每種限制酶只

14、能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割DNA分子。同一種限制酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端能進行互補配對。3下列有關(guān)限制酶的說法，正確的是()A限制酶主要是從真核生物中分離出來的B限制酶的識別序列只能由6個核苷酸組成C限制酶能識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并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D限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端都為黏性末端答案C解析限制酶主要存在于微生物中。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的位點上切割DNA分子，切開后形成兩種末端黏性末端和平末端。少數(shù)限制酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成。4下列關(guān)于DNA連接酶的敘述，不

15、正確的是()A催化相同黏性末端的DNA片段之間的連接B催化相同平末端的DNA片段之間的連接C催化兩個黏性末端互補堿基氫鍵的形成D催化DNA分子兩條鏈的脫氧核糖與磷酸之間磷酸二酯鍵的形成答案C解析氫鍵是分子間作用力，其斷裂和形成與DNA連接酶無關(guān)。5如圖，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，則此酶是()ADNA連接酶 BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制酶答案A解析DNA連接酶可以將雙鏈DNA片段互補的黏性末端連接起來。知識點二載體6作為基因工程中的“分子運輸車”載體，應(yīng)具備的條件是()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到載體上載體必須具備自我復制的能力

16、，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制必須帶有標記基因，以便進行重組后的篩選必須是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去大小應(yīng)合適，太大則不易操作A BC D答案D解析基因操作中要使載體攜帶目的基因，其上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到載體上；載體必須具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制；必須帶有標記基因，以便進行重組后的篩選；必須是安全的；大小應(yīng)合適，太大則不易操作。7下列哪項不是基因工程中經(jīng)常使用的載體()A細菌質(zhì)粒 B噬菌體的衍生物C動植物病毒 D細菌擬核區(qū)的DNA答案D解

17、析細菌擬核內(nèi)的DNA分子不具備載體的基本條件，不能用于基因工程。8下列有關(guān)細菌質(zhì)粒的敘述，正確的是()A質(zhì)粒是存在于細菌細胞中的一種顆粒狀的細胞器B質(zhì)粒是細菌細胞中能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子C質(zhì)粒只有在侵入宿主細胞后在宿主細胞內(nèi)復制D細菌質(zhì)粒的復制過程一定是在宿主細胞外獨立進行的答案B解析質(zhì)粒是細菌細胞質(zhì)中能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子，可以在細菌細胞內(nèi)或宿主細胞內(nèi)復制。能力提升9下列對基因工程的理解，正確的是()它是一種按照人們的意愿，定向改造生物遺傳特性的工程對基因進行人為改造是體外進行的人為的基因重組在實驗室內(nèi)，利用相關(guān)的酶和原料合成DNA主要技術(shù)為體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)在D

18、NA分子水平進行操作一旦成功，便可遺傳A BC D答案D解析基因工程可以對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物，而不是對基因進行人為改造。10基因工程在操作過程中需要限制酶、DNA連接酶、載體三種工具。以下有關(guān)基本工具的敘述，正確的是()A所有限制酶的識別序列均由6個核苷酸組成B所有DNA連接酶均能連接黏性末端和平末端C真正被用作載體的質(zhì)粒都是天然質(zhì)粒D原核生物內(nèi)的限制酶可切割入侵的DNA分子而保護自身答案D解析大多數(shù)限制酶的識別序列由6個核苷酸組成，也有少數(shù)限制酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成；DNA連接酶包

19、括EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶，前者只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端連接起來；在基因工程操作中真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進行過人工改造的。11現(xiàn)有一長度為1 000堿基對(bp)的DNA分子，用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR 單獨酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn 單獨酶切得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA分子，用EcoR、Kpn同時酶切后得到200 bp和600 bp兩種長度的DNA分子。該DNA分子的酶切圖譜正確的是()答案D解析由題干條件可知用EcoR酶切后，并不能將DNA分為兩段，故可判斷為環(huán)狀DNA，再根據(jù)“用EcoR、Kpn同

20、時酶切后得到200 bp和600 bp兩種長度的DNA分子”可得到答案D。12下列黏性末端是由同一種限制酶切割而成的是()TCGGACTTAAACTGTCCAAATTCGAGCTTCAGA B C D答案B解析只有和兩個黏性末端的堿基是互補的，可以說明一般情況下是由同一種限制酶切開。13基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選。已知限制酶的識別序列和切點是GGATCC，限制酶的識別序列和切點是GATC。(1)根據(jù)已知條件和圖回答下列問題：上述質(zhì)粒用限制酶_切割，目的基因用限制酶_切割。將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，還要加入適量的_。請指出質(zhì)粒上至少要有一個標記基因的

21、理由：_。(2)不同生物的基因可以拼接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是_。答案(1)DNA連接酶檢測重組質(zhì)粒(或目的基因)是否導入受體細胞(2)DNA結(jié)構(gòu)基本相同(其他合理答案均可)解析要形成重組質(zhì)粒，質(zhì)粒只能出現(xiàn)一個切口，并且至少保留一個標記基因，因序列在Gene上，因此用限制酶切割質(zhì)粒，保留Gene標記基因；目的基因必須切割兩次，切割后產(chǎn)生的黏性末端能與質(zhì)粒的黏性末端互補，序列中有酶的切割序列，因此用酶，產(chǎn)生的末端互補。14下圖表示兩種限制性核酸內(nèi)切酶識別DNA分子特定序列，并在特定位點對DNA進行切割的示意圖，請回答以下問題：甲：5TCGAATTC3AGCTTAAG TCGAATTCAGCTTAAG乙：5G

22、TTAAC3CAATTG GTTAACCAATTG(1)圖中甲和乙代表_。(2)EcoR、Hpa代表_。(3)圖中甲和乙經(jīng)過相應(yīng)操作均形成兩個片段，切口的類型分別為_、_。(4)由圖解可以看出，限制酶的作用特點是_。答案(1)有特殊脫氧核苷酸序列的DNA片段(2)兩種不同的限制酶(3)黏性末端平末端(4)每種限制酶都能識別特定的脫氧核苷酸序列并從特定的位點將DNA分子切開解析從圖解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相應(yīng)的限制酶(EcoR、Hpa)的作用下，在特定的位點被剪切成兩部分。前者是在識別序列的中心軸線兩側(cè)分別切開，形成的末端是黏性末端；后者是在識別序列的中心軸線處切開，則產(chǎn)生

23、平末端。EcoR能將甲片段以圖中方式剪切成兩部分，但不能將乙片段剪切成兩部分，說明每種限制酶的識別序列和切點具有高度的專一性。個性拓展15根據(jù)模擬制作重組DNA分子的活動，甲DNA分子、乙DNA分子被EcoR酶(識別序列為GAATTC，并在G與A之間切開)切后，即可獲得所需的目的基因和質(zhì)粒，回答以下問題：(1)綠色硬紙板(甲DNA分子)的堿基序列為：ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG紅色硬紙板(乙DNA分子)的堿基序列為：TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATACAGGATCTTAAGAGCCAT

24、ACTTAAGGTATG其中，_DNA分子含有“目的基因”，_DNA分子是“質(zhì)?！?。(2)用“剪刀”進行切割。酶切割位點在_(“a處”還是“b處”)，請用“”在甲、乙兩DNA分子上標出EcoR酶的作用位點。(3)你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？_。答案(1)乙甲(2)a處綠色硬紙板(甲DNA分子)的堿基序列為：ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG紅色硬紙板(乙DNA分子)的堿基序列為：TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATACAGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG(3)不能13