2021-2022高中生物 专题一 第1节 DNA重组技术的基本工具

专 题 1 基 因 工 程第1节DNA重组技术的基本工具 栏目链接 一 、 基 因 工 程 的 概 念1 手 段 ： 通 过 体 外 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 和_等 技 术 ， 赋 予 生 物 以 新 的 _。2 目 的 ： 按 照 人 们 的 愿 望 进 行 严 格 的 设 计 ， 创造 出 更 符 合 人 们 需 要 的 新 的 _和 _。3 设 计 和 施 工 水 平 ： _水 平 ， 因 此 ，基 因 工 程 又 叫 做 DNA重 组 技 术 。DNA重 组 转 基 因遗 传 特 性生 物 类 型 生 物 产 品DNA分 子 栏目链接 二 、 DNA重 组 技 术 的 基 本 工 具1 限 制 性 核 酸 内 切 酶 “分 子 手 术 刀 ” (又 称 限制 酶 )。(1)来 源 ： 主 要 是 从 _中 分 离 纯 化 出 来的 。 (2)功 能 ： 能 够 识 别 双 链 DNA分 子 的 某 种 特 定 的 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 _断 开 ， 因 此 具 有 _性 。经 限 制 酶 切 割 产 生 的 DNA片 段 末 端 通 常 有 两 种 形 式 ： _和 _。 原 核 生 物磷 酸 二 酯 键 专 一 黏 性 末 端平 末 端 栏目链接 前 者 是 限 制 酶 在 它 识 别 序 列 的 _将 DNA的 两 条 链 切 开 产 生 的 ， 后 者 是 限 制 酶 在 它 识别 序 列 的 _切 开 产 生 的 。 中 心 轴 线 两 侧中 心 轴 线 处 栏目链接 2 DNA连 接 酶 “分 子 缝 合 针 ” 。(1)作 用 ： 将 _“缝 合 ” 起 来 ， 恢 复被 限 制 酶 切 开 的 两 个 核 苷 酸 之 间 的 _，形 成 重 组 DNA分 子 。(2)种 类 。 Ecoli DNA连 接 酶 ： 只 能 缝 合 DNA片 段 的_。 双 链 DNA片 段 磷 酸 二 酯 键黏 性 末 端 栏目链接 T4DNA连 接 酶 ： 既 可 缝 合 DNA片 段 的 黏 性 末端 ， 又 可 缝 合 DNA片 段 的 _， 但 连 接 后 者 的 效率 _。3 运 载 体 “分 子 运 输 车 ” 。(1)作 用 ： 携 带 _进 入 受 体 细 胞 。(2)种 类 ： 质 粒 、 _的 衍 生 物 、 动 植 物 病毒 等 。 (3)特 点 。 平 末 端 低外 源 基 因噬 菌 体 栏目链接 能 够 在 受 体 细 胞 中 进 行 _， 或 整 合 到_上 ， 随 染 色 体 DNA进 行 同 步 复 制 。 有 一 个 至 多 个 _切 割 位 点 ， 供 外 源 基因 插 入 。 具 有 特 殊 的 _， 供 重 组 DNA的鉴 定 和 选 择 。 自 我 复 制染 色 体 DNA 限 制 酶遗 传 标 记 基 因 栏目链接 栏目链接 知 识 点 1 对 基 因 工 程 概 念 的 理 解 栏目链接 例 1 科 学 家 们 经 过 多 年 来 的 努 力 ， 创 立 了 一 种 新兴 生 物 技 术 基 因 工 程 ， 下 列 关 于 该 技 术 的 叙 述 不 正确 的 是 ( )A 该 技 术 在 生 物 体 外 对 DNA分 子 进 行 改 造B 它 是 在 分 子 水 平 上 进 行 操 作 的 生 物 工 程C 该 工 程 实 现 了 一 种 生 物 的 基 因 转 接 到 同 种 生 物的 其 他 个 体 DNA上D 实 施 基 因 工 程 的 最 终 目 的 是 定 向 地 改 造 生 物 的遗 传 性 状 栏目链接 解析：基因工程是指按照人们的愿望进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。 栏目链接 DNA重组技术是体外的显微操作技术，其精确的操作过程需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段连接起来的“缝合针”、将重组DNA导入受体细胞的“运输车”。基因工程是将一种生物的基因导入另外一种生物中，从而赋予该生物以新的遗传特性。答案：C 栏目链接 名师点睛：(1)基因工程的原理是基因重组。必修2中讲基因重组有两种情况：减数第一次分裂前期四分体的非姐妹染色单体间的交叉互换和后期非同源染色体的自由组合。其实基因工程也是利用了基因重组的原理，只是属于人为的基因重组。(2)基因工程可以按照人们的意愿，定向改造生物的遗传特性，从而产生定向的变异，并可实现不同物种间的基因交流，打破生殖隔离。应注意与现代进化论中的“变异是不定向的”、“物种间存在生殖隔离”区分开来。 栏目链接 知 识 点 2 限 制 酶 “ 分 子 手 术 刀 ”1 特 点 ： 具 有 专 一 性 ， 表 现 在 以 下 两 个 方 面 ：(1)识 别 双 链 DNA分 子 中 特 定 的 核 苷 酸 序 列 。(2)切 割 特 定 序 列 中 的 特 定 位 点 ， 特 定 序 列 表 现为 中 心 对 称 ， 如 EcoRI酶 的 切 割 序 列 ， 如 下 图 所 示 ： 栏目链接 栏目链接 2 用 限 制 酶 切 割 DNA分 子 时 被 断 开 的 是 DNA链中 的 磷 酸 二 酯 键 (即 连 接 相 邻 脱 氧 核 苷 酸 的 键 )， 而 不是 碱 基 间 的 氢 键 。3 产 物 ： 用 限 制 酶 切 割 形 成 的 新 链 有 两 种 末 端 ，即 黏 性 末 端 和 平 末 端 。(1)黏 性 末 端 ： 是 限 制 酶 在 识 别 序 列 的 中 心 轴 线 两侧 将 DNA的 两 条 链 分 别 切 开 时 形 成 的 ， 如 下 图 所 示 ： 栏目链接 栏目链接 (2)平 末 端 ： 是 限 制 酶 在 识 别 序 列 的 中 心 轴 线 处切 开 时 形 成 的 ， 如 下 图 所 示 ： 栏目链接 例 2 下 列 关 于 限 制 酶 的 叙 述 中 ， 错 误 的 是 ( )A 它 能 在 特 殊 位 点 切 割 DNA分 子B 同 一 种 酶 切 割 不 同 的 DNA产 生 的 黏 性 末 端 能 够很 好 地 进 行 碱 基 互 补 配 对C 它 能 任 意 切 割 DNA， 从 而 产 生 大 量 的 DNA片 段D 每 一 种 限 制 酶 只 能 识 别 特 定 的 核 苷 酸 序 列 栏目链接 解析：限制酶是基因工程的重要工具之一。每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。同一种酶切割不同的DNA产生的黏性末端碱基互补配对。答案：C 栏目链接 (双选)下图表示限制酶切割某DNA的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是()变 式迁 移 栏目链接 ACTTAAGBG AATTC C切点在G和A之间D切点在C和T之间变 式迁 移解析：由图不难看出该限制酶识别的碱基序列是G AATTC，切点是G与A之间。答案： BC 栏目链接 知 识 点 3 DNA连 接 酶 “ 分 子 缝 合 针 ”1 作 用 ： 把 两 种 来 源 不 同 的 DNA片 段 用 同 一 种限 制 酶 切 割 开 ， 然 后 让 两 者 的 黏 性 末 端 黏 合 起 来 ， 互补 的 碱 基 之 间 虽 然 通 过 形 成 氢 键 连 接 起 来 ， 但 是DNA分 子 的 基 本 骨 架 的 断 口 处 却 没 有 连 接 起 来 。 在DNA连 接 酶 的 作 用 下 ， 可 以 使 两 个 DNA末 端 之 间 的缝 隙 重 新 形 成 磷 酸 二 酯 键 而 连 接 起 来 ， 如 右 上 图 所 示 。 栏目链接 栏目链接 2 种 类 ： 基 因 工 程 中 所 用 的 连 接 酶 有 两 种 ： 一 种是 从 大 肠 杆 菌 中 分 离 得 到 的 ， 称 之 为 Ecoli DNA连 接 酶 ；另 一 种 是 从 T4噬 菌 体 中 分 离 得 到 ， 称 为 T4DNA连 接 酶 。这 两 种 连 接 酶 催 化 反 应 基 本 相 同 ， 都 是 连 接 双 链 DNA的 缺 口 ， 而 不 能 连 接 单 链 DNA。3 DNA连 接 酶 和 DNA聚 合 酶 的 区 别 。DNA聚 合 酶 是 将 单 个 核 苷 酸 连 接 到 已 有 的 DNA片段 上 ， 形 成 磷 酸 二 酯 键 。 DNA连 接 酶 是 在 两 个 DNA片段 之 间 形 成 磷 酸 二 酯 键 ， 具 体 异 同 如 下 表 ： 栏目链接 栏目链接 例 3 下 列 关 于 DNA连 接 酶 的 作 用 叙 述 正 确 的 是 ( ) A 将 单 个 核 苷 酸 加 到 某 个 DNA片 段 末 端 ， 形 成磷 酸 二 酯 键B 将 断 开 的 两 个 DNA片 段 的 骨 架 连 接 起 来 ， 重新 形 成 磷 酸 二 酯 键C 连 接 两 条 DNA链 上 碱 基 之 间 的 氢 键D 只 能 将 双 链 DNA片 段 互 补 的 黏 性 末 端 之 间 连接 起 来 ， 而 不 能 将 双 链 DNA片 段 平 末 端 之 间 进 行 连 接 栏目链接 解析：DNA连接酶根据不同来源可分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为Ecoli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。这两类酶在性质上是有差别的：Ecoli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，而T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端。而D选项只涉及Ecoli DNA连接酶的作用。答案：B 栏目链接 2如下图，两个核酸片断在适宜条件下，经x酶的催化作用,发生下列变化，则x酶 ()变 式迁 移 栏目链接 ADNA连接酶 BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制酶变 式迁 移答案： A 栏目链接 知 识 点 4 载 体 “ 分 子 运 输 车 ”1 载 体 。将 外 源 基 因 送 入 细 胞 经 常 用 质 粒 作 为 载 体 。 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 。2 载 体 使 用 的 目 的 。载 体 使 用 有 两 个 目 的 ： 一 是 用 它 作 为 运 载 工 具 ，将 目 的 基 因 转 移 到 受 体 细 胞 中 去 ； 二 是 利 用 它 在 受 体细 胞 内 对 目 的 基 因 进 行 大 量 复 制 。 栏目链接 3 作 为 载 体 的 条 件 。作 为 载 体 必 须 具 备 三 个 条 件 ： 在 受 体 细 胞 中 能 保 存 下 来 并 能 大 量 复 制 。 具 有 多 个 限 制 酶 切 割 位 点 ， 而 且 每 种 酶 的 切 割 位点 最 好 只 有 一 个 。 有 特 殊 的 遗 传 标 记 基 因 ， 便 于 进 行 筛 选 。 一 般 来说 ， 天 然 载 体 往 往 不 能 满 足 上 述 要 求 ， 因 此 需 要 根 据 不同 的 目 的 和 需 要 ， 对 载 体 进 行 人 工 改 造 。 现 在 所 使 用 的质 粒 载 体 都 是 经 过 改 造 的 。 栏目链接 4 载 体 的 种 类 。现 在 所 用 的 载 体 主 要 分 为 两 类 ： 一 类 载 体 是 细菌 细 胞 质 的 质 粒 ， 质 粒 可 以 通 过 细 菌 间 的 接 合 由 一 个细 菌 向 另 一 个 细 菌 转 移 ， 也 可 以 独 立 复 制 ， 或 整 合 到大 型 染 色 体 DNA分 子 中 ， 随 染 色 体 DNA的 复 制 而 同步 复 制 。 另 一 类 载 体 是 病 毒 ， 包 括 植 物 病 毒 、 动 物 病毒 和 细 菌 病 毒 (噬 菌 体 )。 现 在 人 们 还 在 不 断 寻 找 新 的载 体 。 栏目链接 例 4 下 列 有 关 质 粒 的 叙 述 ， 正 确 的 是 ( )A 质 粒 是 广 泛 存 在 于 细 菌 细 胞 中 的 一 种 颗 粒 状 的细 胞 器 B 质 粒 是 细 菌 细 胞 中 能 自 主 复 制 的 单 链 环 状 DNA分 子 C 质 粒 的 存 在 对 宿 主 细 胞 的 生 存 有 决 定 性 的 作 用D 质 粒 与 染 色 体 中 均 含 有 脱 氧 核 糖 栏目链接 解析：质粒是一个小型的双链环状DNA分子，它可以进入细菌细胞，存在于细胞内，但它不是宿主细胞的细胞器。质粒是一种重要的运载体，通常利用质粒与目的基因结合，形成重组质粒，然后导入细菌细胞。质粒的存在与否对宿主细胞的生存没有决定性的作用。质粒是环状DNA分子，染色体主要由DNA和蛋白质组成，二者均含脱氧核糖。答案：D 栏目链接 3质粒是基因工程常用载体，它的特点是()能自主复制不能复制结构简单单链DNA环状DNA含有标记基因A BC D变 式迁 移解析：质粒是一种能够自主复制的双链环状DNA，含有一至多个标记基因，结构简单。答案：C 栏目链接 变 式迁 移点评：(1)区分“工具”和“工具酶”。DNA重组技术的基本工具有三种，即限制酶、DNA连接酶和基因进入受体细胞的载体；而工具酶有两种，即限制酶和DNA连接酶。(2)质粒不是细胞器，只是一个小型的环状双链DNA分子。同时应注意区分质粒、拟核、染色体三个概念。(3)不是所有的质粒都可作为载体，即使可以作 为载体也必须经过人工改造。 栏目链接