2019_2020学年高中生物1.1DNA重组技术的基本工具课件新人教版选修3.pptx

1、专题1 基因工程,1.1DNA重组技术的基本工具,一,二,一、基因工程的概念,一,二,二、基因工程操作的基本工具 1.限制性核酸内切酶(也称“限制酶”),一,二,2.DNA连接酶“分子缝合针”,3.载体“分子运输车”,探究点,基因工程的工具 问题导引1 (1)如何从一个DNA分子上将所需的目的基因切割下来?(2)用何种酶将该目的基因与其他的DNA片段拼接成新的DNA分子? 根据下列操作流程,回答相关问题。,DNA分子的切割和连接,当堂检测,本课必记,探究点,(1)EcoR是一种酶,其识别序列是,切割位点是与之间的键。 (2)将不同来源的DNA片段拼接成新的DNA分子,需要的酶应是。图中此酶催化

2、与之间形成键,从而将不同来源的DNA片段拼接在一起,构成。 答案(1)限制性核酸内切GAATTCGA磷酸二酯 (2)DNA连接酶GA磷酸二酯重组DNA分子,当堂检测,本课必记,探究点,归纳提升 1.限制酶的作用结果 DNA分子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。 (1)黏性末端:由限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成。如图所示为EcoR(在G和A之间切割)的切割结果:,当堂检测,本课必记,探究点,(2)平末端:由限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA的两条链分别切开形成。如图所示为Sma(在G和C之间切割)的切割结果:,当堂检测,本课必记,探

3、究点,2.与DNA有关的四种酶的比较,当堂检测,本课必记,探究点,3.与DNA有关的四种酶的作用部位图解,作用位点示意图 (1)作用于a(磷酸二酯键)的酶:限制酶(断开)、DNA连接酶(形成)和DNA聚合酶(形成)。 (2)作用于b(氢键)的酶:解旋酶。,当堂检测,本课必记,探究点,特别提醒(1)限制酶所识别序列的特点是一条链按照一定方向读的碱基顺序与另一条链按相反方向读的碱基顺序相同。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。 (2)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键;限制酶不切割细菌自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰;DNA连接酶起作

4、用时,不需要模板。,当堂检测,本课必记,探究点,问题导引2 质粒是基因工程中主要的运载体,当把目的基因插入质粒时,对目的基因的插入位置和标记基因的位置有何要求? 下图是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,请探究以下问题。,当堂检测,本课必记,探究点,(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同,都是,二者还具有其他共同点,如,(写出两条即可)。 (2)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;可使用把质粒和目的基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为,其作用是 。 (4)图中目的基因若插入到氨苄青霉素抗性基因内,氨苄青霉素抗性基因还能作为标记基因吗?。原因是什

5、么?。,当堂检测,本课必记,探究点,答案(1)DNA能够自我复制具有遗传特性都能控制生物性状等(写出两条即可) (2)CGCGT ADNA连接酶 (3)标记基因用于重组DNA的鉴定和选择 (4)不能影响氨苄青霉素抗性基因的表达,当堂检测,本课必记,探究点,归纳提升 对作为载体必须具备的条件的分析 (1)作为载体必须具有一个至多个限制酶切点,而且每种限制酶的切点最好只有一个的原因:某种限制酶只能识别单一切点,若载体上每种酶有一个以上的酶切点,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则进入受体细胞后便不能自主复制。 (2)能够在受体细胞中保留下来,且载体DNA必须具备自我复制能力,

6、或能够整合到受体细胞染色体DNA上,并随染色体DNA进行同步复制。,当堂检测,本课必记,探究点,(3)带有特殊的标记基因,以便重组后进行重组DNA的鉴定和选择,常用的标记基因有抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等。 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。 特别提醒自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件,需要进行人工改造。,当堂检测,本课必记,探究点,案例探究 类型一基因工

7、程的工具酶 例1下表中列出了几种限制酶的识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。下列相关说法错误的是(),当堂检测,本课必记,探究点,A.一个图1所示的质粒分子经Sma切割后,含有4个游离的磷酸基团 B.用图1所示的质粒和图2所示的目的基因构建重组质粒,不能使用Sma切割 C.图2中为防止酶切后含目的基因的DNA片段自身连接成环状,不能使用EcoR D.为了获取重组质粒,最好用BamH和Hind同时切割质粒和外源DNA,当堂检测,本课必记,探究点,解析图1所示质粒分子经Sma切割后形成2个平末端,根据DNA分子的两条链反向平行的特点可知,切割后应含有2个游离的磷酸基团,

8、A项错误。用Sma切割会破坏目的基因和质粒中的标记基因,B项正确。如果用EcoR处理目的基因,由于两端含有相同的黏性末端,则可能发生自身环化,用BamH和Hind两种限制酶同时切割质粒和外源DNA即可解决这一问题,所以C、D两项正确。 答案A,当堂检测,本课必记,探究点,方法技巧(1)DNA分子经限制酶切割后的片段长度分析。 对于链状DNA分子而言,如果其上有1个酶切位点,用限制酶切割后形成2个DNA片段;如果有2个酶切位点,则用限制酶切割后形成3个DNA片段,以此类推。 对于环状DNA分子而言,如果其上有1个酶切位点,用限制酶切割后形成1个链状DNA片段,且长度不发生变化;如果有2个酶切位点

9、,则用限制酶切割后形成2个DNA片段,以此类推。 (2)选择限制酶时要考虑目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。,当堂检测,本课必记,探究点,根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 a.应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。 b.不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma。 c.为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用两种限制酶同时切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的酶切位点)。 根据质粒的特点确定限制酶的种类 a.所选

10、限制酶与切割目的基因的限制酶一般相同,以确保具有相同的黏性末端。 b.质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶应不能切割质粒上的所有标记基因,即至少要保留一个标记基因,用于重组DNA的鉴定和选择。如图乙中质粒不能使用限制酶Sma切割,因为会破坏标记基因。,当堂检测,本课必记,探究点,某DNA分子中含有某限制酶的一个识别序列,用该限制酶切割该DNA分子,可能形成的两个DNA片段是 (),A.B. C.D.,当堂检测,本课必记,探究点,解析限制酶识别的序列一般为回文序列,其切割形成的若为黏性末端,则黏性末端应该互补配对。中两个黏性末端不能互补配对,不是同一种限制酶切割形成的,错误;中两个

11、片段连接形成的碱基序列不是回文序列,错误;中两个片段连接形成的碱基序列是回文序列,正确;中两个黏性末端互补配对,且连接形成的碱基序列为回文序列,正确。B项正确。 答案B,当堂检测,本课必记,探究点,类型二基因工程的载体及所具备的条件 例2下面是四种不同质粒的示意图,其中ori 为复制必需的序列, amp为氨苄青霉素抗性基因, tet为四环素抗性基因,箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA 的细菌,应选用的质粒是(),当堂检测,本课必记,探究点,解析A项,破坏了复制必需的序列导致复制不能进行,与题意不符。B项,氨苄青

12、霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好,在四环素培养基上和氨苄青霉素培养基上都能生长,与题意不符。C项,氨苄青霉素抗性基因被破坏,四环素抗性基因完好,能在四环素培养基上生长,而不能在氨苄青霉素培养基上生长,与题意相符。D项,氨苄青霉素抗性基因完好,四环素抗性基因被破坏,其结果与题意不符。 答案C 方法技巧解决这类问题,必须先弄清图示中的复制原点、相关标记基因的位置及切割位点破坏的位置。限制酶切割位点的选择既要保证标记基因的完整性,又要保证复制原点的完整性。,当堂检测,本课必记,探究点,作为基因工程中的“分子运输车”载体,应具备的条件是() 必须有一个至多个限制酶的切割位点,以便目的基因插入到载体上

13、载体必须具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制必须带有标记基因,以便进行重组后的筛选必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去大小应合适,太大则不易操作 A.B. C.D. 答案D,当堂检测,本课必记,探究点,当堂检测,本课必记,1.实施基因工程的最终目的是() A.提取生物体的DNA分子 B.对DNA分子进行人为剪切 C.在生物体外对DNA分子进行改造 D.创造符合人们需要的新生物类型和生物产品 解析A、B和C三项均为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定向改造生物的遗传物质

14、,创造符合人们需要的新生物类型和生物产品。 答案D,探究点,当堂检测,本课必记,2.下列关于限制酶识别序列和切割部位的特点的叙述,错误的是() A.所识别的序列都可以找到一条中轴线 B.大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 C.只识别和切割特定的核苷酸序列 D.在任何部位都能将DNA切开 解析一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的位点上切割DNA分子。限制酶所识别的序列都有一个中轴线,在中轴线切割形成平末端,在中轴线两侧切割形成黏性末端,但不是在任何部位都能切割。 答案D,探究点,当堂检测,本课必记,3.下图为DNA分子的某一片段,其中分别表示某种酶的作用部位,则相应的酶依次

15、是(),A.DNA连接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA连接酶 C.限制酶、DNA连接酶、解旋酶 D.解旋酶、限制酶、DNA连接酶 解析是氢键,是解旋酶的作用位点;是磷酸二酯键,限制酶可将其断裂;DNA连接酶可将DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。 答案D,探究点,当堂检测,本课必记,4.下列关于DNA连接酶的相关叙述,正确的是() A.DNA连接酶需要模板,连接的是两条链碱基对之间的氢键 B.DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖 C.T4DNA连接酶只能连接黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖 D.EcoliDNA连接酶既能连接平末端,又能连接黏性末端 解析

16、DNA连接酶不需要模板,催化形成的是磷酸二酯键,A项错误;DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖,使两者之间形成磷酸二酯键,B项正确;T4DNA连接酶既可以连接黏性末端,也可以连接平末端,连接的是两条链主链上的磷酸和脱氧核糖,C项错误;EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端,D项错误。 答案B,探究点,当堂检测,本课必记,5.限制酶Mun和限制酶EcoR的识别序列及切割位点分别是CAATTG和GAATTC。下图表示四种质粒和目的基因,其中箭头所指部位为限制酶的识别位点,质粒阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是(),解析由图可知,质粒B无标记基因,不适合作为载体;质粒C和D的标记基因中都有限制酶的识别位点;只有质粒A有标记基因且Mun的切割位点不在标记基因中。 答案A,探究点,当堂检测,本课必记,6.基因工程中,需使用限制酶切割目的基因和质粒,以便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切割位点是GGATCC,限制酶的识别序列和切割位点是GATC。,探究点,当堂检测,本课必记,请根据已知条件和图回答下列问题。 (1)上述质粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割。 (2)将切下的目的基因片段插入质粒的切口处,还要加入适量的。 (3)请写出质粒上标记基因的作用:。 答案(1)(2)DNA连接酶(3)检测重组质粒(或目的基因)是否