高中生物 專題一 第1節(jié) DNA重組技術的基本工具課件 新人教版選修3

專題專題1基因工程基因工程第第1節(jié)節(jié)DNA重組技術的基本工具重組技術的基本工具 欄目鏈接欄目鏈接一、基因工程的概念一、基因工程的概念1 手 段 ： 通 過 體 外 手 段 ： 通 過 體 外 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 和和_等技術，賦予生物以新的等技術，賦予生物以新的_。2目的：按照人們的愿望進行嚴格的設計，創(chuàng)目的：按照人們的愿望進行嚴格的設計，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的造出更符合人們需要的新的_和和_。3設計和施工水平：設計和施工水平：_水平，因此，水平，因此，基因工程又叫做基因工程又叫做DNA重組技術。重組技術。DNA重組重組轉基因轉基因遺傳特性遺傳特性生物類型生物類型生物產品生物產品DNA分子分子 欄目鏈接欄目鏈接二、二、DNA重組技術的基本工具重組技術的基本工具1限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶“分子手術刀分子手術刀”(又稱限又稱限制酶制酶)。(1)來源：主要是從來源：主要是從_中分離純化出來中分離純化出來的。的。(2)功能：能夠識別雙鏈功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核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核苷酸苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的之間的_斷開，因此具有斷開，因此具有_性。性。經限制酶切割產生的經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：片段末端通常有兩種形式：_和和_。原核生物原核生物磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵專一專一黏性末端黏性末端平末端平末端 欄目鏈接欄目鏈接前者是限制酶在它識別序列的前者是限制酶在它識別序列的_將將DNA的兩條鏈切開產生的，后者是限制酶在它識的兩條鏈切開產生的，后者是限制酶在它識別序列的別序列的_切開產生的。切開產生的。中心軸線兩側中心軸線兩側中心軸線處中心軸線處 欄目鏈接欄目鏈接2DNA連接酶連接酶“分子縫合針分子縫合針”。(1)作用：將作用：將_“縫合縫合”起來，恢復起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的被限制酶切開的兩個核苷酸之間的_，形成重組形成重組DNA分子。分子。(2)種類。種類。Ecoli DNA連接酶：只能縫合連接酶：只能縫合DNA片段的片段的_。雙鏈雙鏈DNA片段片段磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵黏性末端黏性末端 欄目鏈接欄目鏈接T4DNA連接酶：既可縫合連接酶：既可縫合DNA片段的黏性末片段的黏性末端，又可縫合端，又可縫合DNA片段的片段的_，但連接后者的效，但連接后者的效率率_。3運載體運載體“分子運輸車分子運輸車”。(1)作用：攜帶作用：攜帶_進入受體細胞。進入受體細胞。(2)種類：質粒、種類：質粒、_的衍生物、動植物病的衍生物、動植物病毒等。毒等。(3)特點。特點。平末端平末端低低外源基因外源基因噬菌體噬菌體 欄目鏈接欄目鏈接能夠在受體細胞中進行能夠在受體細胞中進行_，或整合到，或整合到_上，隨染色體上，隨染色體DNA進行同步復制。進行同步復制。有一個至多個有一個至多個_切割位點，供外源基切割位點，供外源基因插入。因插入。具有特殊的具有特殊的_，供重組，供重組DNA的的鑒定和選擇。鑒定和選擇。自我復制自我復制染色體染色體DNA限制酶限制酶遺傳標記基因遺傳標記基因 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接知識點知識點1 1 對基因工程概念的理解對基因工程概念的理解基因工程的別基因工程的別名名基因拼接技術或基因拼接技術或DNA重組技重組技術術操作環(huán)境操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作對象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本過程基本過程剪切剪切拼接拼接導入導入表達表達結果結果人類需要的基因產物人類需要的基因產物 欄目鏈接欄目鏈接例例1 1 科學家們經過多年來的努力，創(chuàng)立了一種新科學家們經過多年來的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術興生物技術基因工程，下列關于該技術的敘述不正基因工程，下列關于該技術的敘述不正確的是確的是()A該技術在生物體外對該技術在生物體外對DNA分子進行改造分子進行改造B它是在分子水平上進行操作的生物工程它是在分子水平上進行操作的生物工程C該工程實現了一種生物的基因轉接到同種生物該工程實現了一種生物的基因轉接到同種生物的其他個體的其他個體DNA上上D實施基因工程的最終目的是定向地改造生物的實施基因工程的最終目的是定向地改造生物的遺傳性狀遺傳性狀 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：基因工程是指按照人們的愿望進行嚴格基因工程是指按照人們的愿望進行嚴格的設計，并通過體外的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予重組和轉基因等技術，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品。由于基因工程是在新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技重組技術。術。 欄目鏈接欄目鏈接DNA重組技術是體外的顯微操作技術，其精確的重組技術是體外的顯微操作技術，其精確的操作過程需要三種工具，即準確切割操作過程需要三種工具，即準確切割DNA的的“手術手術刀刀”、將、將DNA片段連接起來的片段連接起來的“縫合針縫合針”、將重組、將重組DNA導入受體細胞的導入受體細胞的“運輸車運輸車”?；蚬こ淌菍⒁环N?；蚬こ淌菍⒁环N生物的基因導入另外一種生物中，從而賦予該生物以生物的基因導入另外一種生物中，從而賦予該生物以新的遺傳特性。新的遺傳特性。答案：答案：C 欄目鏈接欄目鏈接名師點睛：名師點睛：(1)基因工程的原理是基因重組。必基因工程的原理是基因重組。必修修2中講基因重組有兩種情況：減數第一次分裂前期中講基因重組有兩種情況：減數第一次分裂前期四分體的非姐妹染色單體間的交叉互換和后期非同源四分體的非姐妹染色單體間的交叉互換和后期非同源染色體的自由組合。其實基因工程也是利用了基因重染色體的自由組合。其實基因工程也是利用了基因重組的原理，只是屬于人為的基因重組。組的原理，只是屬于人為的基因重組。(2)基因工程可以按照人們的意愿，定向改造生基因工程可以按照人們的意愿，定向改造生物的遺傳特性，從而產生定向的變異，并可實現不同物的遺傳特性，從而產生定向的變異，并可實現不同物種間的基因交流，打破生殖隔離。應注意與現代進物種間的基因交流，打破生殖隔離。應注意與現代進化論中的化論中的“變異是不定向的變異是不定向的”、“物種間存在生殖隔物種間存在生殖隔離離”區(qū)分開來。區(qū)分開來。 欄目鏈接欄目鏈接知識點知識點2 2 限制酶限制酶“分子手術刀分子手術刀”1特點：具有專一性，表現在以下兩個方面：特點：具有專一性，表現在以下兩個方面：(1)識別雙鏈識別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列。分子中特定的核苷酸序列。(2)切割特定序列中的特定位點，特定序列表現切割特定序列中的特定位點，特定序列表現為中心對稱，如為中心對稱，如EcoRI酶的切割序列，如下圖所示：酶的切割序列，如下圖所示： 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接2用限制酶切割用限制酶切割DNA分子時被斷開的是分子時被斷開的是DNA鏈鏈中的磷酸二酯鍵中的磷酸二酯鍵(即連接相鄰脫氧核苷酸的鍵即連接相鄰脫氧核苷酸的鍵)，而不，而不是堿基間的氫鍵。是堿基間的氫鍵。3產物：用限制酶切割形成的新鏈有兩種末端，產物：用限制酶切割形成的新鏈有兩種末端，即黏性末端和平末端。即黏性末端和平末端。(1)黏性末端：是限制酶在識別序列的中心軸線兩黏性末端：是限制酶在識別序列的中心軸線兩側將側將DNA的兩條鏈分別切開時形成的，如下圖所示：的兩條鏈分別切開時形成的，如下圖所示： 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接(2)平末端：是限制酶在識別序列的中心軸線處平末端：是限制酶在識別序列的中心軸線處切開時形成的，如下圖所示：切開時形成的，如下圖所示： 欄目鏈接欄目鏈接例例2 2 下列關于限制酶的敘述中，錯誤的是下列關于限制酶的敘述中，錯誤的是( () )A A它能在特殊位點切割它能在特殊位點切割DNADNA分子分子B B同一種酶切割不同的同一種酶切割不同的DNADNA產生的黏性末端能夠產生的黏性末端能夠很好地進行堿基互補配對很好地進行堿基互補配對C C它能任意切割它能任意切割DNADNA，從而產生大量的，從而產生大量的DNADNA片段片段D D每一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列每一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：限制酶是基因工程的重要工具之一。每限制酶是基因工程的重要工具之一。每種限制酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位種限制酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割點上切割DNA分子。同一種酶切割不同的分子。同一種酶切割不同的DNA產生的產生的黏性末端堿基互補配對。黏性末端堿基互補配對。答案：答案：C 欄目鏈接欄目鏈接(雙選雙選)下圖表示限制酶切割某下圖表示限制酶切割某DNA的過程，從的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列及切點是圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列及切點是()變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接ACTTAAGBGAATTC C切點在切點在G和和A之間之間D切點在切點在C和和T之間之間變變 式式遷遷 移移解析解析：由圖不難看出該限制酶識別的堿基序列由圖不難看出該限制酶識別的堿基序列是是GAATTC，切點是，切點是G與與A之間。之間。答案答案：BC 欄目鏈接欄目鏈接知識點知識點3 DNA3 DNA連接酶連接酶“分子縫合針分子縫合針”1作用：把兩種來源不同的作用：把兩種來源不同的DNA片段用同一種片段用同一種限制酶切割開，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，互限制酶切割開，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，互補的堿基之間雖然通過形成氫鍵連接起來，但是補的堿基之間雖然通過形成氫鍵連接起來，但是DNA分子的基本骨架的斷口處卻沒有連接起來。在分子的基本骨架的斷口處卻沒有連接起來。在DNA連接酶的作用下，可以使兩個連接酶的作用下，可以使兩個DNA末端之間的末端之間的縫隙重新形成磷酸二酯鍵而連接起來，如右上圖所示?？p隙重新形成磷酸二酯鍵而連接起來，如右上圖所示。 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接2種類：基因工程中所用的連接酶有兩種：一種種類：基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為Ecoli DNA連接酶；連接酶；另一種是從另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為噬菌體中分離得到，稱為T4DNA連接酶。連接酶。這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口，而不能連接單鏈的缺口，而不能連接單鏈DNA。3DNA連接酶和連接酶和DNA聚合酶的區(qū)別。聚合酶的區(qū)別。DNA聚合酶是將單個核苷酸連接到已有的聚合酶是將單個核苷酸連接到已有的DNA片片段上，形成磷酸二酯鍵。段上，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是在兩個連接酶是在兩個DNA片片段之間形成磷酸二酯鍵，具體異同如下表：段之間形成磷酸二酯鍵，具體異同如下表： 欄目鏈接欄目鏈接DNA連接酶連接酶DNA聚合酶聚合酶相同點相同點催化形成磷酸二酯鍵催化形成磷酸二酯鍵不不同同點點模模板板不需要模板不需要模板需要需要DNA的一條鏈為模的一條鏈為模板板作作用用對對象象游離的游離的DNA片段片段單個的脫氧核苷酸單個的脫氧核苷酸作作用用結結果果形成完整的形成完整的DNA分子分子形成形成DNA的一條鏈的一條鏈 欄目鏈接欄目鏈接例例3 3 下列關于下列關于DNA連接酶的作用敘述正確的是連接酶的作用敘述正確的是()A將單個核苷酸加到某個將單個核苷酸加到某個DNA片段末端，形成片段末端，形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵B將斷開的兩個將斷開的兩個DNA片段的骨架連接起來，重片段的骨架連接起來，重新形成磷酸二酯鍵新形成磷酸二酯鍵C連接兩條連接兩條DNA鏈上堿基之間的氫鍵鏈上堿基之間的氫鍵D只能將雙鏈只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連片段互補的黏性末端之間連接起來，而不能將雙鏈接起來，而不能將雙鏈DNA片段平末端之間進行連接片段平末端之間進行連接 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：DNA連接酶根據不同來源可分為兩類：連接酶根據不同來源可分為兩類：一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為Ecoli DNA連連接酶；另一類是從接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來的，稱為噬菌體中分離出來的，稱為T4DNA連接酶。這兩類酶在性質上是有差別的：連接酶。這兩類酶在性質上是有差別的：Ecoli DNA連接酶只能將雙鏈連接酶只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末片段互補的黏性末端之間連接起來，而端之間連接起來，而T4DNA連接酶既可以連接酶既可以“縫合縫合”雙雙鏈鏈DNA片段互補的黏性末端，又可以片段互補的黏性末端，又可以“縫合縫合”雙鏈雙鏈DNA片段的平末端。而片段的平末端。而D選項只涉及選項只涉及Ecoli DNA連接連接酶的作用。酶的作用。答案：答案：B 欄目鏈接欄目鏈接2如下圖，兩個核酸片斷在適宜條件下，經如下圖，兩個核酸片斷在適宜條件下，經x酶酶的催化作用的催化作用,發(fā)生下列變化，則發(fā)生下列變化，則x酶酶 ()變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接ADNA連接酶連接酶 BRNA聚合酶聚合酶CDNA聚合酶聚合酶 D限制酶限制酶變變 式式遷遷 移移答案答案：A 欄目鏈接欄目鏈接知識點知識點4 4 載體載體“分子運輸車分子運輸車”1載體。載體。將外源基因送入細胞經常用質粒作為載體。質粒將外源基因送入細胞經常用質粒作為載體。質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，之外，并具有自我復制能力的很小的雙鏈環(huán)狀并具有自我復制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。分子。2載體使用的目的。載體使用的目的。載體使用有兩個目的：一是用它作為運載工具，載體使用有兩個目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉移到受體細胞中去；二是利用它在受體將目的基因轉移到受體細胞中去；二是利用它在受體細胞內對目的基因進行大量復制。細胞內對目的基因進行大量復制。 欄目鏈接欄目鏈接3作為載體的條件。作為載體的條件。作為載體必須具備三個條件：作為載體必須具備三個條件：在受體細胞中能保存下來并能大量復制。在受體細胞中能保存下來并能大量復制。具有多個限制酶切割位點，而且每種酶的切割位具有多個限制酶切割位點，而且每種酶的切割位點最好只有一個。點最好只有一個。有特殊的遺傳標記基因，便于進行篩選。一般來有特殊的遺傳標記基因，便于進行篩選。一般來說，天然載體往往不能滿足上述要求，因此需要根據不說，天然載體往往不能滿足上述要求，因此需要根據不同的目的和需要，對載體進行人工改造?，F在所使用的同的目的和需要，對載體進行人工改造?，F在所使用的質粒載體都是經過改造的。質粒載體都是經過改造的。 欄目鏈接欄目鏈接4載體的種類。載體的種類?，F在所用的載體主要分為兩類：一類載體是細現在所用的載體主要分為兩類：一類載體是細菌細胞質的質粒，質?？梢酝ㄟ^細菌間的接合由一個菌細胞質的質粒，質粒可以通過細菌間的接合由一個細菌向另一個細菌轉移，也可以獨立復制，或整合到細菌向另一個細菌轉移，也可以獨立復制，或整合到大型染色體大型染色體DNA分子中，隨染色體分子中，隨染色體DNA的復制而同的復制而同步復制。另一類載體是病毒，包括植物病毒、動物病步復制。另一類載體是病毒，包括植物病毒、動物病毒和細菌病毒毒和細菌病毒(噬菌體噬菌體)?，F在人們還在不斷尋找新的?，F在人們還在不斷尋找新的載體。載體。 欄目鏈接欄目鏈接例例4 4 下列有關質粒的敘述，正確的是下列有關質粒的敘述，正確的是()A質粒是廣泛存在于細菌細胞中的一種顆粒狀的質粒是廣泛存在于細菌細胞中的一種顆粒狀的細胞器細胞器B質粒是細菌細胞中能自主復制的單鏈環(huán)狀質粒是細菌細胞中能自主復制的單鏈環(huán)狀DNA分子分子C質粒的存在對宿主細胞的生存有決定性的作用質粒的存在對宿主細胞的生存有決定性的作用D質粒與染色體中均含有脫氧核糖質粒與染色體中均含有脫氧核糖 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：質粒是一個小型的雙鏈環(huán)狀質粒是一個小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，它分子，它可以進入細菌細胞，存在于細胞內，但它不是宿主細胞可以進入細菌細胞，存在于細胞內，但它不是宿主細胞的細胞器。質粒是一種重要的運載體，通常利用質粒與的細胞器。質粒是一種重要的運載體，通常利用質粒與目的基因結合，形成重組質粒，然后導入細菌細胞。質目的基因結合，形成重組質粒，然后導入細菌細胞。質粒的存在與否對宿主細胞的生存沒有決定性的作用。質粒的存在與否對宿主細胞的生存沒有決定性的作用。質粒是環(huán)狀粒是環(huán)狀DNA分子，染色體主要由分子，染色體主要由DNA和蛋白質組成，和蛋白質組成，二者均含脫氧核糖。二者均含脫氧核糖。答案：答案：D 欄目鏈接欄目鏈接3質粒是基因工程常用載體，它的特點是質粒是基因工程常用載體，它的特點是()能自主復制不能復制結構簡單單能自主復制不能復制結構簡單單鏈鏈DNA環(huán)狀環(huán)狀DNA含有標記基因含有標記基因A BC D變變 式式遷遷 移移解析：解析：質粒是一種能夠自主復制的雙鏈環(huán)狀質粒是一種能夠自主復制的雙鏈環(huán)狀DNA，含有一至多個標記基因，結構簡單。，含有一至多個標記基因，結構簡單。答案：答案：C 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移點評：點評：(1)區(qū)分區(qū)分“工具工具”和和“工具酶工具酶”。DNA重重組技術的基本工具有三種，即限制酶、組技術的基本工具有三種，即限制酶、DNA連接酶和連接酶和基因進入受體細胞的載體；而工具酶有兩種，即限制基因進入受體細胞的載體；而工具酶有兩種，即限制酶和酶和DNA連接酶。連接酶。(2)質粒不是細胞器，只是一個小型的環(huán)狀雙鏈質粒不是細胞器，只是一個小型的環(huán)狀雙鏈DNA分子。同時應注意區(qū)分質粒、擬核、染色體三個分子。同時應注意區(qū)分質粒、擬核、染色體三個概念。概念。(3)不是所有的質粒都可作為載體，即使可以作不是所有的質粒都可作為載體，即使可以作為載體也必須經過人工改造。為載體也必須經過人工改造。 欄目鏈接欄目鏈接