2017-2018学年高中生物第一章基因工程第1课时基因工程的发展历程和工具学案苏教版选修3

1、第1课遗传工程学科开发过程和工具学习目标 1。谈基因工程诞生的理论和实践基础、发展阶段和基因工程的意义及主要实验成果。请举例说明限制性核酸内切酶的作用和特性。举例说明DNA连接酶的作用。4.简述质粒的意义、特性及其在基因工程中的作用一、遗传工程学科发展过程1.遗传工程是在生物化学、分子生物学、微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了遗传工程。阅读教材，填写下表。年份科学家主要绩效1953华生和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型1957科亨伯格和他的合作伙伴大肠杆菌中发现了DNA聚合酶1958梅塞尔森和斯塔尔发现了DNA半保存复制的机制。克里克提出了描述遗

2、传信息流的中心法则1961 19611966尼伦堡和霍拉纳等64成功破译了所有茄子遗传密码1967罗斯和赫林斯基发现具有自我复制能力的质粒其他科学家大肠杆菌细胞中发现了DNA连接酶1970泰明和巴尔的摩在RNA病毒中分别发现了逆转录酶。史密斯等用第一种特异性强的限制性核酸内切酶分离1977山居噬菌体X174的基因组序列测定2.我国拥有自主知识产权的转基因抗虫面是通过细致的设计制成的“分子工具”。要种植抗虫棉，必须先在体外“切割”含有抗虫基因的DNA分子，然后“拼接”它们，再导入棉花体细胞内，在细胞内表达重组后的DNA(见图)。用以上资料填写下表，了解基因工程的概念。操控物件基因(DNA)生产环

3、境体外操作级别DNA分子水平技术手段DNA重组与转基因切换技术目的创造更符合人们要求的新型生物类型和生物产品分析DNA的平面结构并回答问题。(1)配对的碱基是如何连接的？(？什么条件会导致这种化学键断裂？如果答案碱基配对，A和T之间就会形成两个氢键，G和C之间就会形成三个氢键。可以用海鲜酶折断，也可以高温切断。2)磷酸和脱氧核糖是如何连接的？(？化学键的名字是什么？答案是，每个脱氧核糖有两个磷酸连接到3号，5号碳原子。磷酸和脱氧核糖之间的化学键是磷酸二酯键。第二，遗传工程学科工具酶1.分子手术刀限制性核酸内切酶(限制性内切酶)(1)限制性内切酶主要源自什么生物？(？有多少种？答案主要是从大约3

4、00种微生物中分离纯化。到目前为止，已从微生物中分离出约4000种限制性酶。2)限制性内切酶的功能特点是什么？(？其作用部位是什么化学结合？答案是特异性高，可以识别DNA分子中的特定脱氧核苷酸序列，其作用部位是每条链特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。3)限制性内切酶识别的序列有什么特征？(？大部分限制性酶的识别序列由6个核苷酸组成，部分限制性酶的识别序列由4、5、8个核苷酸组成。识别序列通常有回文序列。(4)根据限制酶切割方式，可分为误差切割和切割两种。前者切开后两端都留下粘性末端，后者形成扁平末端。如图所示：2.“分子缝纫”DNA连接酶(1)DNA连接酶的作用是什么？(？答案是双链D

5、NA片段之间的磷酸连接酯键。(2)比较海鲜酶、限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用的异同。(。答案海选酶分离DNA的氢键。限制性酶中断DNA的磷酸二酯键，形成粘性末端或扁平端。DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯连接。DNA聚合酶在单个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，用DNA链聚合。如图所示，限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于A(磷酸二酯键)，分解酶作用于B(氢键)。三、“分子波特”载体1.常用的托架是什么？最常用的托架是什么？答案包括质粒、钚衍生物、动植物病毒等。其中最常用的载体是质粒。什么是质粒？质粒属于细胞器吗？答案质粒来自很多细菌和酵母菌等生物，是暴露简单，结构简单，独立

6、于细菌的原核DNA，具有自我复制能力的环状DNA分子。质粒不属于细胞器，原核细胞只有核糖体的细胞器。3.教科书内容和图形质粒结构结合起来用矢量分析质粒需要什么条件？答案(1)包含复制原点，并确保受体细胞独立复制的复制区域。(2)独特的标记基因；(3)目的基因插入部位。质粒上存在的标记基因的用途是什么？答案是携带在重组质粒上的标记基因进入受体细胞后，可以通过标记基因进行识别和选择。侵入含有抗生素耐药基因的重组质粒的大肠杆菌可以对抗生素产生抗性，在含有抗生素的培养基中产生菌落，但没有侵犯牙齿质粒的大肠杆菌无法存活。一、DNA分子“剪切”和“结合”通过图中DNA分子的切割和连接过程，可以回答以下问题

7、：(1) ecor 是标识序列由_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _切割结果生成的DNA(2)不同来源DNA片段的结合，这里需要的酶是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _答案(1)限制性核酸内切GAATTC脱氧核苷酸腺苷脱氧核糖核苷酸磷酸二酯粘性末端(2)EcoliDNA鸟苷二氧基腺苷二氧基磷酸二氧基T4DNA连接酶分析限制酶识别特定的脱氧核苷酸序列(核酸序列)，并中断两个特定核苷酸之间的磷酸二酯结合，DNA连接酶的作用是连接徐璐其他来源的DNA片段。

8、二、“分子波特”载体在基因工程中，必须限制酶切目的的基因和粒子，以便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是-GGATCC，限制酶II的识别序列和切点是-GATC。(1)上述质粒使用限制酶_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _进行切割，并且(2)将切除的目的基因片段插入质粒切口，添加适量的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)指出质粒必须至少有一个标记基因的原因：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _32(4)其他生物的基因可

9、以接合的结构基础是_ _ _ _ _ _ _(5)酶用DNA连接酶连接后，其中两个DNA片段之间连接形成的产物是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _答案(1)(2)DNA连接酶(3)检测重组质粒(或目的基因)是否已引入受体细胞(4)DNA结构基本相同(其他合理的回答也可以)(5)目的基因-载体连接体-载体连接体目的基因-目的基因连接体1.下图显示了重要的生物技术。图中对物质a、b、c、d的描述是()A.一般来说，a和d必须用相同的限制性内切B.b可以识别特定的核苷酸序列，并切断A和T之间的氢键。C.c

10、连接双链之间的A和T，使粘性末端的碱基徐璐配对。D.b代表限制性核酸内切酶，C代表RNA聚合酶。答案a分析B是限制性核酸内切酶，它识别特定的脱氧核苷酸序列，并在DNA分子的每条链中，中断特定部位两个核苷酸之间的磷酸二酯键。c是能连接两个DNA片段的DNA连接酶。2.(关于限制酶识别序列和切口部位的特点，写错了)。A.所有标识的序列都可以找到中心轴B.中轴两侧双链DNA的碱基反对称地重复排列。C.仅识别和切割特定的脱氧核苷酸序列D.可以在任何部位切割DNA答案d分析限制性内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，在特定部位切割DNA分子。3.质粒之所以能成为基因工程的载体，是因为这个()A.含有蛋白质

11、，能完成生命活动B.自我复制和保持连续性C.含有RNA指导蛋白质合成D.目的具有能携带基因的环状结构。答案b分析质粒存在于细菌、酵母菌等微生物中，是很小的环状DNA分子，上面有标记基因，很容易检查。质粒在受体细胞中与受体细胞DNA的克隆一起复制，可以进行目的基因的扩增和表达。4.以下关于DNA连接酶的叙述不准确。（）A.催化同一粘性终端的DNA片段之间的连接B.能催化同一平端DNA片段之间的连接。C.两个粘性末端可以催化弥补碱基的氢键。D.能催化两链DNA分子的脱氧核糖和磷酸之间的磷酸二酯键的形成。答案c分析氢键是分子间作用力，其破裂和形成与DNA连接酶无关。5.以下哪项不是遗传工程中经常使用

12、的矢量()A.细菌质粒B. 噬菌体的衍生物C.动植物病毒d .细菌准核区的DNA答案d分析细菌拟核的DNA分子不具备载体的基本条件，不能用作基因工程的载体。基础郑在玹1.实施遗传工程学科的最终目的是()A.有机体的DNA分子提取B.DNA分子的人工剪切C.在体外转化DNA分子。D.创造符合人们需要的新生物类型和生物产品答案d分析a，B，C三者都是基因工程操作的具体内容，但不是基因工程的目的。实施基因工程的最终目的是通过基因操作改造生物的遗传物质，制造符合人们要求的新的生物类型和生物产品。2.在以下关于限制性内切酶的叙述中，错误的是()A.你可以在特定部位切割DNA分子B.同一限制酶切割其他DN

13、A分子而产生的粘性末端可以很好地配对碱基。C.你可以任意切割DNA，制造出很多DNA片段D.每个限制性内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列答案c分析限制酶是基因工程的重要工具之一。每种限制性内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定部位切割DNA分子。同一限制酶切割其他DNA分子而产生的粘性末端可以形成碱基互补配对。以下关于限制性内切酶的陈述是正确的()A.限制性内切酶主要从真核生物中分离出来B.限制性内切酶的识别顺序只能由6个核苷酸组成C.限制性酶识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并切断每条链特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。D.限制酶切割产生的DNA片段的末端是粘性末端答案c分析限制

14、酶主要存在于微生物中。少数限制性酶的识别顺序由4，5，8个核苷酸组成。限制性酶只能识别特定的核苷酸序列，在特定部位切割DNA分子，形成粘性末端或扁平末端。4.如图所示，两个核酸片段在适当条件下经过X酶的催化作用，发生了以下变化，牙齿酶为()。A.DNA连接酶B. RNA聚合酶C.DNA聚合酶d .限制酶答案a分析DNA连接酶可以连接双股DNA片段徐璐补充的粘性末端。5.作为基因工程的“分子搬运工”载体，必须具备的条件是()为了使目标基因插入载体，必须有多个限制性内切部位。必须有自己的复制能力。或者应与受体染色体DNA的克隆结合在受体染色体DNA中。标记基因重组后应可以筛选。对受体细胞无害，或不

15、能进入除受体细胞外的其他生物细胞。大小合适，过大不容易操作。A.b .C.d . 931 .答案d在基因操作过程中，为了使载体携带目的基因，需要对多种限制性酶有剪切点，以便目标基因插入载体。向量必须具有自我复制能力，或整合在受体染色体DNA中，与染色体DNA的克隆同时复制。为了重组后筛选，必须有标记基因。必须安全。大小要适中，太大不好操作。提高能力6.对基因工程的以下理解是()根据人的意志确定生物遗传特性的工程人工改造基因是在体外进行的人工基因重组实验室利用相关酶和原料合成DNA的主要技术是体外DNA重组技术和基因操作技术在DNA分子水平操作。一旦成功，就会遗传A. b .C.d .答案d分析

16、基因工程可以改造和重组生物的基因，然后移植到受体细胞进行无性繁殖，重组基因在受体细胞内表达，是生产人类所需基因产物的技术，不是人工改造基因。7.基因工程在操作过程中必须限制酶、DNA连接酶、载体三种茄子工具。基本工具的以下说明为()A.所有限制性内切酶的识别序列由6个核苷酸组成B.所有DNA连接酶都可以连接粘性末端和嘴尖。C.实际上用作矢量的质粒是天然质粒D.原核生物内的限制性酶可以通过剪切入侵的DNA分子来保护自己答案d分析大部分限制性酶的识别序列包括6个核苷酸，少数限制性酶的识别序列包括4、5、8个核苷酸。DNA连接酶包含Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶，这只能连接双链DNA片段的补充粘性末端。在基因工程工作中真正用作载体的粒子都是以天然粒子为基础人工改造的。8.现在长度为1000碱基对(BP)的DNA分子是用限制性核酸内切酶ECOR I单酶切掉后得到的DNA分子，仍然是1000bp，用KPN I单切酶切掉400bp和600bp两个