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1、成 才 之 路 生 物路 漫 漫 其 修 遠(yuǎn) 兮 吾 將 上 下 而 求 索 人 教 版 選 修 3 基 因 工 程專 題 一 第 一 節(jié) DNA重 組 技 術(shù) 的 基 本 工 具專 題 一 目 標(biāo) 定 位1預(yù) 習(xí) 導(dǎo) 學(xué)2 要 點(diǎn) 精 析3 思 維 升 華4 知 識(shí) 構(gòu) 建5 課 時(shí) 作 業(yè)7 應(yīng) 用 探 究6 目 標(biāo) 定 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(jiǎn) 述 DNA重 組 技 術(shù) 所 需 三 種 基 本 工 具 的 作 用 。 (重 、 難點(diǎn) ) 3 簡(jiǎn) 述 基 因 工 程 中 載 體 需 要 具 備 的 條

2、件 。 (重 點(diǎn) ) 預(yù) 習(xí) 導(dǎo) 學(xué) 一、基因工程的概念基 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 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(jiǎn) 介(1)“分 子 手 術(shù) 刀 ” _(2)“分 子 縫 合 針 ” _(3)“分 子 運(yùn) 輸 車 ” _體 外 DNA

3、重 組 分 子 DNA重 組 技 術(shù) DNA連 接 酶基 因 進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞 的 載 體限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 2 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶(1)來(lái) 源 ： 主 要 是 從 _中 分 離 純 化 出 來(lái) 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 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

4、 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 物磷 酸 二 酯 鍵 專 一6 黏 性 末 端 平 末 端中 軸 線 兩 側(cè) 中 軸 線 處 3 DNA連 接 酶(1)分 類 ： 根 據(jù) 酶 的 來(lái) 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(lái) 的 ， 稱 為 T4DNA連 接 酶 。(2)兩 種 DNA連 接 酶

5、的 比 較 ：相 同 點(diǎn) ： 都 縫 合 _鍵 。EcoliDNA連 接 酶T4噬 菌 體 磷 酸 二 酯 黏 性 末 端 平 末 端黏 性 末 端平 末 端 比 較 低 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 質(zhì) 粒動(dòng) 植 物 病 毒結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 獨(dú) 立 于 細(xì) 菌 擬 核 DNA之 外自 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(shuō) 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(duì) 受 體 細(xì) 胞 無(wú) 害 ， 為什 么 ？答案1 專 一

6、性2 載 體 如 果 對(duì) 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 點(diǎn) 精 析 一、對(duì)基因工程概念的理解基 因 工 程 的 別 名 基 因 拼 接 技 術(shù) 或 DNA重 組 技 術(shù)操 作 環(huán) 境 生 物 體 外操 作 對(duì) 象 基 因操 作 水 平 DNA分 子 水 平基 本 過(guò) 程 剪 切 拼 接 導(dǎo) 入 表 達(dá)結(jié) 果 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

7、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(lái) 源 ： 這 類 酶 主 要 是 從 原 核 生 物 中 分 離 純 化 出 來(lái) 的 。(2)種 類 ： 迄 今 已 從 近 300種 不 同 的 微 生 物 中 分 離 出 了 約4000種

8、 限 制 酶 。(3)特 點(diǎn) ： 主 要 切 割 外 源 DNA， 而 對(duì) 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)

9、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 。 2 DNA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(wèn) 題 。 導(dǎo) 學(xué) 號(hào) 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

10、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(zhǎng) 度 的 DNA片 段 。 現(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(zhǎng) 度 不 同 的 DNA片 段

11、種 類數(shù) 是 ( )A 3 B 4C 9 D 12導(dǎo) 學(xué) 號(hào) 65500001 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

12、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 ； 二 是 利 用 它 在 宿 主 細(xì) 胞 內(nèi) 對(duì) 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

13、選 。 本 身 是 安 全 的 ， 不 能 對(duì) 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(duì) 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 ”A

14、 B C D 導(dǎo) 學(xué) 號(hào) 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(cè)。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(shuō) 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(guò) 人 工 改 造 的D 質(zhì) 粒 上 堿

15、基 之 間 數(shù) 量 存 在 A G U C答案C 導(dǎo) 學(xué) 號(hào) 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(duì)受體細(xì)胞安全，且分子大小適合。而自然存在的質(zhì)粒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 維 升 華 1 與 遺 傳 有 關(guān) 的 各 種 酶 的 比 較名 稱 作 用 參 與 的 生 理過(guò) 程 與 應(yīng) 用 作 用 位 點(diǎn)(如 下 圖 )DNA連 接 酶 連 接 兩

16、 個(gè) DNA片段 基 因 工 程 a限 制 性 核酸 內(nèi) 切 酶 能 夠 識(shí) 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(gè) 核 苷 酸 之間 的 磷 酸 二 酯 鍵斷 開 a 名 稱 作 用 參 與 的 生 理過(guò) 程 與 應(yīng) 用 作 用 位 點(diǎn)(如 下 圖 )DNA聚 合 酶 在 脫 氧 核 苷 酸 鏈上 添 加 單 個(gè) 脫 氧核 苷 酸 DNA的 復(fù) 制 aRNA聚 合 酶 在 核 糖 核 苷 酸 鏈上 添 加 單 個(gè) 核 糖核 苷 酸 轉(zhuǎn) 錄 a解 旋 酶 使 核 堿 基 間 氫 鍵斷 裂 形 成 單 脫 氧核 苷

17、酸 鏈 DNA復(fù)制 及 轉(zhuǎn) 錄 b逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 以 RNA為 模 板合 成 DNA 逆 轉(zhuǎn) 錄 、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 ， 而 不 是 氫 鍵 ， 氫 鍵 是 分 子 間 的 靜 電 吸 引 力 ，不 需 要 通 過(guò) 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

18、 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(zhǎng) 期 的 進(jìn) 化 過(guò) 程 中 形 成 一 套 完 善 的 防 御 機(jī) 制 ， 以 防 止 外 來(lái) 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 為 在 原 核 生 物細(xì) 胞 中 ， 其 DNA分 子 或 者 不 具 備 這 種 限 制 酶 的 識(shí)

19、 別 序 列 ， 或 者通 過(guò) 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 不能 將 其 切 開 。 知 識(shí) 構(gòu) 建 應(yīng) 用 探 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(hào) 65500004 (2)pBR322分 子 中 有 單 個(gè)

20、 EcoR I限 制 酶 作 用 位 點(diǎn) ， EcoR I只 能 識(shí) 別 序 列G AATTC， 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(qǐng) 畫 出 目 的 基 因 兩 側(cè)被 限 制 酶 E c o R 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) BamH I處 理 后 的 質(zhì) 粒 與 用 另 一 種 限 制 酶 Bgl 處 理 得 到 的目 的 基 因 ， 通 過(guò) DNA連 接 酶 作 用 恢

21、復(fù) _鍵 ， 成功 獲 得 了 重 組 質(zhì) 粒 ， 說(shuō) 明 _ (4)為 了 檢 測(cè) 上 述 重 組 質(zhì) 粒 是 否 導(dǎo) 入 原 本 無(wú) 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(duì) 照 無(wú) 菌 落 的 位 置 )。 與 圖 三 空 圈 相 對(duì) 應(yīng)的 圖 二 中

22、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(guò)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(duì)應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，故可推知與圖三空圈相對(duì)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tet R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。