高中生物 专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具课堂探究素材 新人教版选修3.doc

1.1 DNA重组技术的基本工具课堂探究探究点一 基因工程的工具酶问题导引黄金大米，又名“金色大米”，是通过转基因技术将胡萝卜的有关基因转入到水稻中，从而育成的籽粒外表为金黄色的转基因大米。因黄金大米富含维生素A，所以经常食用能防治人体的维生素A缺乏症。思考：（1）利用何种酶将胡萝卜的基因从胡萝卜的DNA上切割下来？简述该酶的来源和功能。（2）利用何种酶将胡萝卜的基因与其他的DNA片段拼接成新的DNA分子？简述该酶的功能和常用类型。提示：（1）限制性核酸内切酶，简称限制酶，该酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，其功能是能够识别双链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。（2）DNA连接酶，该酶的功能是将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶的常用类型是Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。名师精讲1限制酶的作用（1）具有专一性：一种限制酶只能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割。如EcoR 的识别序列为GAATTC，切割位点在G与A之间；而Sma 的识别序列为CCCGGG，切割位点在C与G之间。特别提醒 限制酶所识别序列的特点是：呈现碱基互补对称。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，如下图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如以中心线为轴，两侧碱基互补对称。（2）可用于DNA的切割获取目的基因和切割载体。（3）酶切方式和结果。有错位切和平切两种，错位切产生的是黏性末端，平切产生的是平末端。图示如下：切割DNA分子时产生的两种不同末端（箭头表示酶的切割位置）2DNA连接酶（1）作用：将限制酶切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，如下图。（2）种类。种类Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源从大肠杆菌中分离得到从T4噬菌体中分离出来作用只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来既可以“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，但连接平末端之间的效率比较低作用实质将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键特别提醒 限制酶能识别特定的核苷酸序列，具有专一性，不同的限制酶所识别的核苷酸序列不同，所以限制酶具有多种。DNA连接酶不能识别特定的核苷酸序列，具有2种。3与DNA分子相关的酶的比较（1）列表比较。种类作用作用部位参与生理过程或应用DNA水解酶能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸磷酸二酯键DNA水解DNA解旋酶能够将DNA或DNA的某一片段分解成两条长链氢键DNA复制、转录DNA聚合酶能将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链磷酸二酯键DNA复制限制酶能够识别和切割DNA分子内一小段特殊的核苷酸序列磷酸二酯键基因工程DNA连接酶通过磷酸二酯键将具有互补黏性末端或平末端的两个DNA片段连接起来磷酸二酯键基因工程特别提醒 DNA水解酶也称DNA酶。五种酶中只有限制酶和DNA连接酶被称为基因工程的工具酶。（2）上述几种酶的作用部位图解。作用于a（磷酸二酯键）的酶有限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶；作用于b（氢键）的酶有解旋酶。【例题1】 限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamH 、EcoR 、Hind 以及Bgl 的辨识序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列应该为（）ABamH 和EcoR ；末端互补序列为AATTBBamH 和Hind ；末端互补序列为GATCCEcoR 和Hind ；末端互补序列为AATTDBamH 和Bgl ；末端互补序列为GATC解析：A项中BamH 酶切出的末端序列为GATC，EcoR 酶切出的末端序列为AATT，两者不互补；B项中Hind 酶切出的末端序列为AGCT，与BamH 酶切出的末端序列不互补；同理可推出C项中两种酶切割出来的末端也不互补，只有D项中才互补。答案：D典型方法 掌握基因工程的各种工具酶的作用及其特点是解答此类题型的关键。不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同；同一个DNA分子用不同限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。另外，不同限制酶切割形成的黏性末端，如互补，则可以相互重新配对。判断黏性末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是，将黏性末端旋转180，应该是完全相同的结构。DNA连接酶的作用对象包括：a.两个相同的黏性末端（同一种限制酶切割形成的DNA片段末端）；b.任意两个平末端；c.虽不同但拼接在一起能够碱基互补的两个黏性末端。变式训练 下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是（）A B C D解析：将两个黏性末端旋转180进行比较，只有相同，因此属于同一种限制酶切割形成的末端。答案：B探究点二 基因进入受体细胞的载体问题导引我国科学家已成功将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。思考：科学家进行转基因技术操作时，可以将外源基因与质粒拼接在一起构建重组质粒，然后将重组质粒导入受体细胞。质粒的化学本质是什么？质粒来源于何类生物？讨论质粒在受体细胞内对外源基因所起的作用。提示：质粒是小型双链环状DNA分子，主要存在于原核细胞中。质粒能携带外源基因在受体细胞进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；质粒还能使外源基因顺利表达等。名师精讲1载体的基本作用（1）作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去。（2）在宿主细胞内对目的基因进行大量复制和稳定保存。2需具备的条件（1）对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。（2）具有自我复制能力，或能整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。（3）具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入到载体中。（4）带有遗传标记基因，便于基因重组后对其进行筛选。（5）载体DNA分子大小适合，便于提取和进行体外操作。特别提醒 基因工程中的载体与细胞中物质运输的载体不同，基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞，膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。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。真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行人工改造的。载体上标记基因的标记原理：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，原理如下图所示：3常用种类种类用途质粒将外源基因载入大肠杆菌等宿主细胞噬菌体的衍生物植物病毒将外源基因载入植物细胞动物病毒将外源基因载入动物细胞特别提醒 在选择动植物病毒作载体时，应选择DNA病毒，以便插入目的基因。【例题2】 质粒是基因工程中最常用的载体，它的主要特点是（）能自主复制不能自主复制结构简单是蛋白质是环状RNA是环状DNA能“友好”地“借居”A BC D解析：质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中，是一种结构简单、独立于拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的环状DNA分子，上面有标记基因，便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中能“友好”地“借居”，并能随受体细胞DNA的复制而复制，能进行目的基因的扩增和表达。答案：C