人教版选修3 1.1 DNA 重组技术的基本工具 学案.doc

一、基因工程1基因工程概念的理解2基因工程的诞生和发展(1)基础理论的重大突破dna是遗传物质的证明。dna双螺旋结构和中心法则的确立。遗传密码的破译。(2)技术发明使基因工程的实施成为可能基因转移载体和工具酶相继发现。dna合成和测序技术的发明。dna体外重组得到实现，重组dna表达实验获得成功。(3)基因工程的发展与完善1980年，科学家首次培育出世界上第一个转基因小鼠。1983年，世界上第一例转基因烟草培育成功，基因工程进入迅速发展阶段。1988年 pcr技术的发明，使基因工程技术得到了进一步发展和完善。二、dna重组技术的基本工具1限制性核酸内切酶(限制酶)“分子手术刀”(1)来源：主要从原核生物中分离纯化出来。(2)作用识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列。切割特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)作用结果：产生黏性末端或平末端。2dna连接酶“分子缝合针”(1)作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，拼接成新的dna分子。(2)种类种类项目ecoli dna连接酶t4dna连接酶来源大肠杆菌t4噬菌体特点只能“缝合”双链dna片段互补的黏性末端既可以“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3.基因进入受体细胞的载体“分子运输车”(1)种类质粒：一种很小的双链环状dna分子。其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(2)特点能够进行自我复制。有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。具有特殊的标记基因，供重组dna的鉴定和选择。对受体细胞无害。(3)作用结果：将外源基因送入受体细胞。三、重组dna分子的模拟操作1材料用具：两种颜色的硬纸板，剪刀(代表ecor 限制酶)，透明胶条(代表 dna连接酶)。2切割要点(1)先分别从两块硬纸板上的一条dna链上找出gaattc序列，并选ga之间作切口进行“切割”。(2)然后再从另一条链上互补的碱基之间寻找ecor 相应的切口剪开。3操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端能互补配对；否则，操作错误。 共研探究填写下表，理解基因工程的概念。手段通过体外dna重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性目的按照人们的愿望，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品设计和施工水平dna分子水平(1)通过分析基因工程的概念，基因工程的原理是基因重组。(2)将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。该事例说明生物共用一套遗传密码。总结升华1基因工程的原理是基因重组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减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合。基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。2基因工程的理论基础(1)拼接的基础基本组成单位相同：不同生物的dna分子都是由脱氧核苷酸构成的。空间结构相同：不同生物的dna分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。碱基配对方式相同：不同生物的dna分子中两条链之间的碱基配对方式均是a与t配对，g与c配对。(2)表达的基础：生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内可表达出相同的蛋白质。3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。对点演练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 解析：选c基因工程通过体外dna重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性。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。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。共研探究“工欲善其事，必先利其器”。我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的dna分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组dna在细胞中表达。1“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。(2)功能：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。因此具有专一性。(3)结果：经限制酶切割产生的dna片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。黏性末端是限制性核酸内切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，如图所示。平末端是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线处切开时形成的，如图所示。2“分子缝合针”dna连接酶(1)作用：将双链dna片段之间的磷酸二酯键连接起来。(2)dna连接酶种类和作用的区别种类来源作用ecoli dna连接酶大肠杆菌缝合黏性末端，不能连接平末端t4 dna连接酶t4噬菌体缝合黏性末端和平末端，但平末端之间连接的效率比较低3.结合dna复制的过程分析，限制酶和dna解旋酶的作用部位有何不同？提示：限制酶作用于磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，dna解旋酶作用于碱基对之间的氢键。4观察图2可知限制酶切割的位置在2、4(处)。5限制酶的识别序列和切点是ggatcc，限制酶的识别序列和切点是gatc。在质粒上有限制酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1个限制酶的切点。(1)请画出质粒被限制酶切割后形成的黏性末端。提示：(2)请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。 (3)在dna连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？提示：能。因为上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的。6根据图示回答下列问题：(1)图1是限制性核酸内切酶(限制酶)作用的结果，该酶识别的碱基序列为gaattc，切割位点在g、a之间，体现了限制酶具有特异性。(2)图2是dna连接酶作用的结果。ecoli dna连接酶只能连接黏性末端，而t4dna连接酶既可以连接黏性末端又可以连接平末端。所以连接不同末端时，应选择不同的dna连接酶。总结升华1限制性核酸内切酶与dna连接酶的比较(1)区别作用应用限制性核酸内切酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体dna连接酶在dna片段之间重新形成磷酸二酯键用于目的基因和载体的连接(2)两者的关系可表示为2限制性核酸内切酶与解旋酶的区别(1)相同点：都是作用于dna分子中的化学键。(2)不同点：作用部位不同，前者作用于磷酸二酯键，后者作用于氢键。3dna连接酶与dna聚合酶的比较项目dna连接酶dna聚合酶相同点作用实质相同，都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点是否需要模板不需要需要作用过程在两个dna片段间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的dna单链片段上，形成磷酸二酯键作用结果将已存在的dna片段连接合成新的dna分子用途基因工程dna复制4.上述四种酶的作用部位图解(1)作用于a(磷酸二酯键)的酶有限制酶、dna连接酶和dna聚合酶。(2)作用于b(氢键)的酶是解旋酶。【易错易混】(1)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。(2)不同限制酶切割形成的黏性末端，如果互补则可以相互重新配对连接。对点演练2下列关于限制酶的叙述，错误的是()a它能在特殊位点切割dna分子b同一种限制酶切割不同的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解析：选c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。同一种限制酶切割不同的dna产生的黏性末端能进行碱基互补配对。共研探究载体作为运载工具，将目的基因转移到受体细胞中去，并在受体细胞内大量复制。常用的载体有细菌的质粒、病毒等。阅读教材，观察图示回答相关问题。1a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是dna，二者还具有其他共同点，如能够自我复制，具有遗传效应。(写出两条即可)2质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物，它是一种裸露的、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。3若质粒dna分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为；可使用dna连接酶把质粒和目的基因连接起来。4氨苄青霉素抗性基因在质粒dna上称为标记基因，其作用是供重组dna的鉴定和选择。5作为载体的条件(1)目的基因进入受体细胞后要扩增产生更多的目的基因，因此要求携带目的基因的载体具有自我复制的特点。(2)载体dna要携带目的基因，因此要求载体dna必须有一个或多个限制酶切割位点。(3)目的基因进入受体细胞后要进行鉴定和选择，一般利用质粒上特殊的遗传标记基因。(4)霍乱弧菌中含有质粒，但不能用来做载体，因为选择的载体应该对受体细胞无害。总结升华1基因工程中最常用的载体及特点(1)在基因工程中经常使用的载体有质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒等，其中最常用的载体是质粒。(2)质粒存在于许多细菌以及酵母菌等微生物中，是细胞染色体或拟核以外能够自主复制的很小的环状dna分子，最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。大肠杆菌的质粒中常含有抗药性基因，如抗四环素的标记基因。细菌的质粒大小只有普通细菌拟核dna的百分之一左右。(3)一般地，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用，不会“威胁”宿主细胞的生存，可以与宿主细胞长期共存。但是，质粒的复制只能在宿主细胞内完成。2细胞膜上的“载体”与基因工程中的“载体”的区别(1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(dna)、噬菌体的衍生物，也可能是生物，如动植物病毒等。(2)功能不同：细胞膜上的载体协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。对点演练3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解析：选d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。1判断正误(1)限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。()(2)天然的质粒可直接用作基因工程的载体。()(3)限制性核酸内切酶与dna连接酶作用位点相同，作用结果相反。()(4)限制酶、dna连接酶和载体是基因工程中常用的工具酶。()(5)基因工程中的载体与细胞膜上的载体本质相同。()(6)不同限制酶的识别序列不同，这属于酶的专一性。()解析：(2)天然的质粒dna分子并不完全具备载体的条件，需经人工改造后才能用于基因工程操作。(4)载体不是酶。(5)基因工程中的载体是dna分子，是运输目的基因的工具；细胞膜上的载体是蛋白质，运输无机盐离子或小分子有机物等。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2下列有关基因工程的叙述，正确的是()a基因工程是细胞水平上的生物工程b基因工程的产物对人类都是有益的c基因工程育种的优点之一是目的性强d基因工程产生的变异属于人工诱变解析：选c基因工程是在生物体外，通过对dna分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行有目的地改造，然后导入受体细胞内，使目的基因在受体细胞内成功表达，产生人类所需要的基因产物。因而基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，而不属于人工诱变；基因工程虽是按照人们的意愿改造生物，目的性强，但并不是所有的基因产物对人类都有益。3据图所示，有关工具酶功能的叙述错误的是()a限制性核酸内切酶可以切断a处bdna聚合酶可以连接a处c解旋酶可以使b处解开ddna连接酶可以连接c处解析：选d限制性核酸内切酶切割dna分子时破坏的是dna链中的磷酸二酯键，如图a处。dna聚合酶是将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羟基上，形成磷酸二酯键，因此，dna聚合酶可以连接a处。解旋酶解开两个碱基对之间的氢键，即使b处解开。dna连接酶连接的是两个相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键，如a处，而图示的c处连接的是同一个脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖。4通过dna重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是ggatcc。请回答下