專題1 1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具課前預(yù)習(xí)學(xué)案1、 簡(jiǎn)述DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具。 2、 預(yù)習(xí)內(nèi)容1、 基因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(guò)_和_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_。2、 培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的操作過(guò)程至少需要三種工具，即_的“手術(shù)刀”、_的“縫合針”、將體外重組好的DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞的“_”。3、 切割DNA的工具是_，又稱_。這類酶主要是從_中分離純化而來(lái)的。它們能夠_，并且使每一條鏈中特定部位的_的_斷開(kāi)。DNA分子經(jīng)過(guò)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式_和_。4、 將切割下來(lái)的DNA片段拼接成新的DNA分子，是靠_來(lái)完成的。根據(jù)酶的來(lái)源不同，可以將這些酶分為兩類：一類是從_中分離得到的，稱為EcoliDNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來(lái)的，稱為_(kāi)。這兩類酶都可以恢復(fù)被限制酶切開(kāi)了的_。5、 質(zhì)粒是一種裸露的、_、獨(dú)立于細(xì)菌染色體（即擬核DNA）之外，并具有_的_分子。它有一個(gè)至多個(gè)_，供外源DNA片段插入其中。攜帶外源DNA的質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，停留在細(xì)胞中進(jìn)行_，或者整合到染色體DNA上，隨染色體DNA_。它還有特殊的_，如抗四環(huán)素、氨芐青霉素等標(biāo)記基因，供重組DNA的_。在基因工程中所使用的運(yùn)載體除質(zhì)粒外，還有_、_等。課內(nèi)探究學(xué)案1、 學(xué)習(xí)目標(biāo)及重難點(diǎn)1、簡(jiǎn)述DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具。2、認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開(kāi)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具的作用。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：基因工程載體需要具備的條件。2、 學(xué)習(xí)過(guò)程1、 基因工程的概念 回答：什么是基因工程？2、科技探索之路（基因工程是如何發(fā)展起來(lái)的？閱讀課本P23頁(yè)）思考并回答：（1） 基因工程是在哪些學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的？（2） 哪些基礎(chǔ)理論的突破催生了基因工程？（3） 哪些技術(shù)發(fā)明促進(jìn)了基因工程的實(shí)施？（4） 你覺(jué)得，基因工程的誕生和發(fā)展能否離不開(kāi)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新？3、 限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”思考并回答：（1） 從噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)來(lái)看，細(xì)菌等單細(xì)胞原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，那么這類原核生物之所以長(zhǎng)期進(jìn)化而不絕滅，有什么保護(hù)機(jī)制？由此可知，限制酶可以從哪些生物中分離出來(lái)？（2）限制酶是如何切割DNA分子的？（3） 參考課本P4圖12，指出限制酶能破壞那個(gè)磷酸二酯鍵。（4）以EcoRI為例，畫(huà)出限制酶切割后形成的末端。 4、 DNA連接酶“分子縫合針” 思考并回答：（1）DNA連接酶是怎么分類的？（2） DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事兒?jiǎn)?？有哪些區(qū)別？（3）EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶作用效果一樣大嗎？為什么？5、 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車”思考并回答： （1）載體的作用是什么？為什么需要載體？把單獨(dú)的DNA片段導(dǎo)入受體細(xì)胞不行嗎？ （2）我們選用從霍亂弧菌中分離出來(lái)的質(zhì)粒做載體，可以嗎？為什么？ （3）我們能不能用肉眼直接觀察到載體進(jìn)入受體細(xì)胞？那如何鑒定呢？ （4）如果載體上沒(méi)有限制酶切割位點(diǎn)，能否把目的基因運(yùn)輸進(jìn)入受體細(xì)胞？6、 活動(dòng)：模擬操作重組DNA分子 （分組進(jìn)行；完成后小組之間進(jìn)行交流） 3、 反思總結(jié) 工具名稱種類作用限制酶DNA連接酶載體4、 當(dāng)堂檢測(cè) 1、下圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個(gè)基本步驟，這一步需用到的工具是 （ ） ADNA連接酶和解旋酶 BDNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 DDNA聚合酶和RNA聚合酶 2、依右圖有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是 （ ） A.切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶 B.連接a處的酶為DNA連接酶C.切斷b處的酶為解旋酶 D.切斷b處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶 3、以下說(shuō)法正確的是 （ ） A所有的限制酶只能識(shí)別同一種特定的核苷酸序列 B質(zhì)粒是基因工程中惟一的載體 C載體必備的條件之一是：具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D基因治療主要是對(duì)有缺陷的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù) 4、不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是 （ ） A能復(fù)制 B有多個(gè)限制酶切點(diǎn) C具有標(biāo)記基因 D它是環(huán)狀DNA 5、科學(xué)家選用的細(xì)菌質(zhì)粒往往帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是 （ ）A提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐熱性 B有利于檢測(cè)目的基因否導(dǎo)入受體細(xì)胞C增加質(zhì)粒分子的相對(duì)分子質(zhì)量 D便于與外源基因連接課后練習(xí)與提高1、限制酶是一種核酸切割酶，可辨識(shí)并切割DNA分子上特定的核苷酸堿基序列。下圖為四種限制酶BamHI，EcoRI，Hind以及Bgl的辨識(shí)序列。箭頭表示每一種限制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來(lái)的DNA片段末端可以互補(bǔ)黏合？其正確的末端互補(bǔ)序列為何？ （ ） A. BamHI和EcoRI；末端互補(bǔ)序列AATTB. BamHI和Hind；末端互補(bǔ)序列GATCC. EcoRI和Hind；末端互補(bǔ)序列AATTD. BamHI和BglII；末端互補(bǔ)序列GATC2、在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個(gè)脫氧核苷酸對(duì)，其中腺嘌呤脫氧核苷酸460 個(gè)），放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個(gè)數(shù)是 （ ）A540 個(gè) B7560個(gè) C8100 個(gè) D17280 個(gè)3、基因工程是DNA分子水平的操作，下列有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是 ( ) A、限制酶只用于切割獲取目的基因 B、載體與目的基因必須用同一種限制酶處理 C、基因工程所用的工具酶是限制酶，DNA連接酶 D、帶有目的基因的載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞需檢測(cè)4、下列關(guān)于DNA連接酶的敘述中，正確的是 （ ）A. DNA連接酶連接的是兩條鏈堿基對(duì)之間的氫鍵B. DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖C. DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖D. 同一種DNA連接酶可以切出不同的黏性末端5、與“限制性內(nèi)切酶”作用部位完全相同的酶是： （ ）A反轉(zhuǎn)錄酶 BRNA聚合酶 CDNA連接酶 D解旋酶6、下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述，正確的是 （ ）A質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器B質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子C質(zhì)粒只有在侵入宿主細(xì)胞后才能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制D細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行的7、關(guān)于右圖DNA分子片段的說(shuō)法正確的是 （ ）GCATATGCATAT15N14NA限制性內(nèi)切酶可作用于部位，解旋酶作用于部位B處的堿基缺失導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)的變異C把此DNA放在含15N的培養(yǎng)液中復(fù)制2代，子代中含15N的DNA占3/4D該DNA的特異性表現(xiàn)在堿基種類和（A+T）/（G+C）的比例上8、下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是： （ ）ADNA連接酶的作用是將兩個(gè)黏性末端的堿基連接起來(lái)B目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，受體細(xì)胞即發(fā)生基因突變C目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞外D常使用的運(yùn)載體有大腸桿菌、噬菌體和動(dòng)植物病毒等9、限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開(kāi)嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：(1) CTGCA (2) AC (3) GC G TG CG（4）G (5) G (6) GC CTTAA ACGTC CG (7) GT (8)AATTC CA G請(qǐng)用DNA連接酶將它們連接起來(lái):_和_能連接成_;_和_能連接成_;_和_能連接成_;_和_能連接成_。10、下圖是利用基因工程辦法生產(chǎn)人白細(xì)胞干擾素的基本過(guò)程圖，據(jù)圖回答：（1）過(guò)程需要_酶的參與。（2）物質(zhì)是從大腸桿菌分離出的_。其化學(xué)本質(zhì)是_，它必須能在宿主細(xì)胞中_。(3)過(guò)程表明目的基因_ _。 11通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示了這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是GGATCC，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是_。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中時(shí)需要的酶是_。(2)請(qǐng)畫(huà)出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過(guò)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(shí)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(duì)方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的載體質(zhì)粒、動(dòng)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?yàn)榛虻慕M成、堿基配對(duì)方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，離不開(kāi)載體的協(xié)助，基因工程中用的載體除質(zhì)粒外，還有動(dòng)植物病毒、噬菌體的衍生物等。12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(shí)別序列和切點(diǎn)是GGATCC，限制酶的識(shí)別序列和切點(diǎn)是GATC。(1)根據(jù)已知條件和圖回答下列問(wèn)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(qǐng)指出質(zhì)粒上至少要有一個(gè)標(biāo)記基因的理由：_。(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(cè)重組質(zhì)粒(或目的基因)是否導(dǎo)入受體細(xì)胞(2)DNA結(jié)構(gòu)基本相同(其他合理答案亦可)解析要形成重組質(zhì)粒，質(zhì)粒只能出現(xiàn)一個(gè)切口，并且至少保留一個(gè)標(biāo)記基因，因序列在Gene上，因此用限制酶切割質(zhì)粒，保留Gene標(biāo)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(bǔ)，序列中有酶的切割序列，因此用酶，產(chǎn)生的末端互補(bǔ)。走進(jìn)高考13(2012新課標(biāo)全國(guó)卷，40改編)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：(1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有_和_。(2)質(zhì)粒載體用EcoR切割后產(chǎn)生的片段如下：為使載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點(diǎn)是_。(3)按其來(lái)源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即_DNA連接酶和_DNA連接酶。(4)基因工程中除質(zhì)粒外，_和_也可作為載體。(5)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，一般情況下，不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，原因是_。答案(1)黏性末端平末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoR切割產(chǎn)生的相同(3)EcoliT4(4)噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒(5)未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒(外源DNA)的能力極弱【課前預(yù)習(xí)學(xué)案參考答案】1、體外DNA重組 轉(zhuǎn)基因 DNA分子 DNA重組技術(shù) 2、準(zhǔn)確切割DNA 將DNA片段再連接起來(lái) 運(yùn)輸工具 3、限制性核酸內(nèi)切酶 限制酶 原核生物 識(shí)別雙鏈DNA分子的某些特定核苷酸序列 兩個(gè)核苷酸之間 磷酸二酯鍵 黏性末端 平末端 4、DNA連接酶 大腸桿菌 T4DNA連接酶 兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵 5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 自我復(fù)制能力 雙鏈環(huán)狀DNA 限制酶切割位點(diǎn) 自我復(fù)制 進(jìn)行同步復(fù)制 遺傳標(biāo)記基因 鑒定和選擇 噬菌體的衍生物 動(dòng)植物病毒【當(dāng)堂檢測(cè)參考答案】 1C 2D 3C 4D 5B【參考答案】1D 2C 3A 4B 5C 6B 7A 8C 9 、2和7能連接形成ACGT 4和8能連接形成GAATTC TGCA； CTTAAG ； 3和6能連接形成GCGC 1和5能連接形成CTGCAG CGCG； GACGTC。10、(1)限制性內(nèi)切酶 (2)質(zhì)粒DNA復(fù)制并穩(wěn)定地保存 (3)在大腸桿菌內(nèi)表達(dá) 4