資源簡介 基因工程:第1節 重組DNA技術的基本工具學有目標——新課程標準必明 記在平時——核心語句必背1.概述DNA重組技術所需的三種基本工具及其作用。 2.闡明基因工程載體需要具備的條件。 3.理解DNA粗提取和鑒定的原理,學會DNA的粗提取和鑒定方法。 1.限制性內切核酸酶能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。 2.E.coli DNA連接酶只能將具有互補黏性末端的DNA片段連接起來,而T4 DNA連接酶既能連接黏性末端也能連接平末端。 3.質粒作為基因工程的載體需具備的條件:能在宿主細胞內穩定保存并自我復制;具有一個至多個限制酶切割位點;具有標記基因。 4.DNA粗提取與鑒定的原理:DNA溶于2 mol/L的NaCl溶液,不溶于酒精,在沸水浴條件下遇二苯胺會呈現藍色。一、理清主干知識一、基因工程(重組DNA技術)的概念手段 通過轉基因等技術,賦予生物新的遺傳特性目的 按照人們的愿望,進行嚴格的設計,創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品操作水平 DNA分子水平二、基因工程的誕生和發展1.基礎理論(1)DNA是遺傳物質的證明。(2)DNA雙螺旋結構的提出和半保留復制的證明。(3)中心法則的確立。(4)遺傳密碼的破譯。2.技術支持(1)基因轉移載體和工具酶的發現。(2)DNA體外重組的實現。(3)重組DNA表達實驗的成功。(4)DNA測序和合成技術的發明。(5)PCR技術的發明。三、重組DNA技術的基本工具1.限制性內切核酸酶(限制酶)——“分子手術刀”(1)來源:主要從原核生物中分離純化出來。(2)作用:識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。(3)作用結果:產生黏性末端或平末端。2.DNA連接酶——“分子縫合針”(1)種類項目 E.coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶來源 大腸桿菌 T4噬菌體特點 只能“縫合”雙鏈DNA片段互補的黏性末端 既可以“縫合”黏性末端,又可以“縫合”平末端(2)作用將雙鏈DNA片段“縫合”起來,恢復被限制酶切開的磷酸二酯鍵。3.基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”(1)作用:攜帶外源DNA片段進入受體細胞。(2)種類:質粒、噬菌體、動植物病毒等。(3)條件四、DNA的粗提取與鑒定1.實驗原理DNA、RNA、蛋白質和脂質等在物理和化學性質方面存在差異,可以利用這些差異,選用適當的物理或化學方法對它們進行提取。(1)DNA不溶于酒精。(2)DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。(3)在一定溫度下,DNA遇二苯胺試劑會呈現藍色。2.實驗流程―→―→―→二、診斷自學效果1.判斷下列敘述的正誤(1)限制酶只能用于切割目的基因(×)(2)DNA連接酶能將兩堿基間通過氫鍵連接起來(×)(3)E.coli DNA連接酶既可連接平末端,又可連接黏性末端(×)(4)用作載體的質粒DNA分子上至少含一個限制酶識別位點(√)(5)載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因(×)(6)在溶有DNA的 NaCl溶液中,加入二苯胺試劑即呈藍色(×)2.(2020·日照期末)下列關于基因工程的敘述,錯誤的是( )A.基因工程的原理是染色體變異B.基因工程可定向改變生物的性狀C.基因工程是在分子水平上進行的設計和施工D.基因工程可以將外源基因導入不同種的生物體內解析:選A 基因工程的原理是基因重組,A錯誤;基因工程可按照人們的意愿定向改變生物的性狀,B正確;基因工程是在分子水平上進行的設計和施工,C正確;基因工程可以將外源基因導入不同種的生物體內,D正確。3.在如圖過程中發揮作用的酶是( )A.RNA聚合酶 B.DNA連接酶C.DNA聚合酶 D.限制性內切核酸酶解析:選D 限制性內切核酸酶能識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開,形成黏性末端。4.質粒是某些生物細胞中的有機分子,下列相關敘述錯誤的是( )A.質粒只存在于原核生物中B.質粒能夠自主復制C.質粒中不含游離的磷酸基團D.質粒常作為基因工程的運載工具解析:選A 質粒是廣泛存在于細菌、酵母菌等微生物體內的一種小型的環狀DNA分子,A錯誤;質粒是一種具有自主復制能力的很小的雙鏈環狀DNA分子,不含游離的磷酸基團,B、C正確;質粒常作為基因工程的載體,D正確。[在探究中學明]“工欲善其事,必先利其器”。我國擁有自主知識產權的轉基因抗蟲棉,就是通過精心設計,用“分子工具”構建成的。培育抗蟲棉首先要在體外對含有抗蟲基因的DNA分子進行切割、改造、修飾和拼接,然后導入棉花體細胞內,并使重組DNA在細胞中表達。1.已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ識別的堿基序列和酶切位點分別為,分析回答:(1)在圖中畫出兩種限制酶切割DNA后產生的末端。(2)寫出產生的末端種類:①產生的是黏性末端;②產生的是平末端。(3)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識別的堿基序列不同,切割位點不同(填“相同”或“不同”),說明限制酶具有專一性。(4)要將限制酶SmaⅠ切割后產生的末端連接起來,需要T4_DNA連接酶。2.限制酶Ⅰ的識別序列和切點是,限制酶Ⅱ的識別序列和切點是。在質粒上有限制酶Ⅰ的一個切點,在目的基因的兩側各有1個限制酶Ⅱ的切點。(1)請寫出質粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。提示: (2)請寫出目的基因兩側被限制酶Ⅱ切割后形成的黏性末端。提示:GATC —……—CTAG(3)在DNA連接酶的作用下,上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接起來?為什么?提示:能。因為上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的。[在深化中提能]1.對基因工程概念的理解基因工程的別名 基因拼接技術或重組DNA技術操作環境 生物體外操作對象 基因操作水平 DNA分子水平基本過程 剪切→拼接→導入→表達原理 基因重組結果 獲得符合人們需要的新的生物類型和生物產品優點 克服遠緣雜交不親和的障礙;定向改造生物的遺傳性狀2.與DNA有關的酶的比較名稱 作用部位 作用底物 作用結果限制酶 磷酸二酯鍵 DNA 將DNA分子切成兩個片段DNA連接酶 磷酸二酯鍵 DNA片段 將兩個DNA片段連接為一個DNA分子耐高溫的 DNA聚合酶 磷酸二酯鍵 脫氧核苷酸 將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA (水解)酶 磷酸二酯鍵 DNA 將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸解旋酶 堿基對之間的氫鍵 DNA 將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈,形成兩條長鏈RNA聚合酶 磷酸二酯鍵 核糖核苷酸 將單個核糖核苷酸依次連接到單鏈末端 (2020·濰坊期末)如圖表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相關的酶作用位點。下列敘述錯誤的是( )A.甲、乙、丙都屬于黏性末端B.甲、乙片段可形成重組DNA分子,但甲、丙不能C.DNA連接酶的作用位點在乙圖中b處D.切割甲的限制酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子[解析] 由圖可知,甲、乙、丙都屬于黏性末端,A正確;甲、乙的黏性末端相同,因此可在DNA連接酶的作用下形成重組DNA分子,但甲、丙的黏性末端不同,它們之間不能形成重組DNA分子,B正確;DNA連接酶催化磷酸基團和脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵,C錯誤;切割甲的限制酶的識別序列為GAATTC∥CTTAAG,而甲、乙片段形成的重組DNA分子序列為GAATTG∥CTTAAC,因此切割甲的限制酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子,D正確。[答案] C判斷兩個末端是否為同一種限制酶切割產生的方法:將其中一個末端旋轉180°,若與另一個完全相同,則說明這兩個末端是由同一種限制酶切割產生的。 [在應用中落實]1.下列有關限制酶和DNA連接酶的敘述,錯誤的是( )A.一種限制酶只能識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列B.DNA連接酶可催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵C.E.coli DNA連接酶是從大腸桿菌中分離出來的,它只能連接黏性末端D.T4 DNA連接酶既可連接黏性末端,也可連接平末端,但連接黏性末端的效率較低解析:選D 限制酶具有專一性,即一種限制酶只能識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,A正確;DNA連接酶可催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵,B正確;E.coli DNA連接酶是從大腸桿菌中分離出來的,它只能連接黏性末端,C正確;T4 DNA連接酶既可連接黏性末端,也可連接平末端,但連接平末端的效率較低,D錯誤。2.下列黏性末端是由同一種限制酶切割而成的是( )A.①③ B.③④C.②④ D.②③解析:選A 限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。限制酶識別的核苷酸序列是具有特定結構的DNA片段,切割后形成的黏性末端能夠互補配對,題圖中①與③能夠互補,其他的不能互補,因此①與③是由同一種限制酶切割而成的。[在探究中學明]載體作為運載工具,將目的基因轉移到受體細胞中去,并在受體細胞內大量復制。常用的載體有質粒、病毒等。閱讀教材,觀察圖示回答相關問題。1.質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外,并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。2.若質粒DNA分子的切割末端為 ,則與之連接的目的基因切割末端應為;可使用DNA連接酶把質粒和目的基因連接起來。3.氨芐青霉素抗性基因在質粒DNA上,稱為標記基因,其作用是供重組DNA分子的鑒定和選擇。[在深化中提能]1.使用載體的目的在基因工程中,使用載體有兩個目的:一是用它作為運載工具,將目的基因轉移到宿主細胞中;二是利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量的復制(稱為克隆)。2.作為載體必需具備的條件(1)有一個至多個限制酶切割位點,供外源DNA片段(基因)插入其中。(2)能夠在受體細胞中保留下來,且載體DNA必須具備自我復制能力;或能夠整合到受體DNA上,并隨受體DNA同步復制。(3)帶有特殊的標記基因,便于重組DNA分子的篩選,常用的標記基因有抗生素抗性基因、熒光蛋白基因等。(4)對受體細胞無害,不影響受體細胞的正常生命活動。3.常用載體的種類及用途種類 用途質粒 將外源基因導入大腸桿菌等受體細胞噬菌體植物病毒 將外源基因導入植物細胞動物病毒 將外源基因導入動物細胞4.載體上標記基因的標記原理載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因,目的基因要轉入的受體細胞沒有抵抗相關抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后,抗生素抗性基因在受體細胞內表達,使受體細胞能夠抵抗相應抗生素,所以在受體細胞的培養體系中加入該種抗生素就可以只保留轉入載體的受體細胞,原理如下圖所示: 下列有關基因工程中載體的敘述,錯誤的是( )A.載體將目的基因帶入受體細胞中,可自我復制或整合到受體DNA上B.基因工程的載體有質粒、動植物病毒和噬菌體等C.攜帶目的基因的載體不必有標記基因D.能表達目的基因的載體必須有RNA聚合酶識別和結合的特定部位[解析] 載體將目的基因導入受體細胞,使目的基因在受體細胞中穩定存在,并且遺傳給下一代,同時使目的基因能夠表達和發揮作用,A正確;基因工程的載體有質粒、動植物病毒和噬菌體等,B正確;攜帶目的基因的載體需要有標記基因,以便于篩選重組后含有目的基因的受體細胞,C錯誤;能表達目的基因的載體必須有RNA聚合酶識別位點和結合的特定部位,以便與RNA聚合酶結合發生轉錄,從而使目的基因得以表達,D正確。[答案] C細胞膜上的“載體”與基因工程中“載體”的區別(1)化學本質不同:細胞膜上的載體化學成分是蛋白質?;蚬こ讨械妮d體可能是物質,如質粒(DNA)、噬菌體;也可能是生物,如動植物病毒等。(2)功能不同:細胞膜上的載體協助細胞膜控制物質進出細胞;基因工程中的載體是一種“分子運輸車”,把目的基因導入受體細胞。 [在應用中落實]1.下列關于質粒的敘述,錯誤的是( )A.質粒是一種小型環狀雙鏈DNA分子B.質粒的基本組成單位是脫氧核苷酸C.質粒只有進入宿主細胞后,才能在宿主細胞內復制D.基因工程中常用作載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的解析:選C 質粒是一種具有自我復制能力的小型環狀雙鏈DNA分子,A正確;質粒是DNA,其基本組成單位是脫氧核苷酸,B正確;質粒不一定要在宿主細胞內復制,在原生物體內也會復制,C錯誤;基因工程中常用作載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的,D正確。2.下面是四種不同質粒的示意圖,其中ori為復制原點,AmpR為氨芐青霉素抗性基因,TctR為四環素抗性基因,箭頭表示一種限制性內切核酸酶的酶切位點。若要得到一個能在四環素培養基上生長而不能在氨芐青霉素培養基上生長的含重組DNA的細胞,應選用的質粒是( )解析:選C A圖中酶切位點在ori序列上,該序列被破壞,重組質粒將無法進行復制,因此受體細胞既不能在四環素培養基上生長,也不能在氨芐青霉素培養基上生長。B圖中限制性內切核酸酶沒有破壞三個基因,因此含重組DNA的細胞既能在四環素培養基上生長,也能在氨芐青霉素培養基上生長。C圖中酶切位點在氨芐青霉素抗性基因上,氨芐青霉素抗性基因被破壞,則含重組DNA的細胞能在四環素培養基上生長而不能在氨芐青霉素培養基上生長。D圖中酶切位點在四環素抗性基因上,由于僅四環素抗性基因被破壞,則含重組DNA的細胞能在氨芐青霉素培養基上生長而不能在四環素培養基上生長。[在探究中學明]1.可否選用哺乳動物成熟紅細胞作實驗材料,為什么?提示:不可以,因為哺乳動物成熟紅細胞無細胞核。2.DNA和蛋白質在酒精中的溶解性有何特點?根據該特點如何將DNA與蛋白質初步分離?提示:DNA不溶于酒精,某些蛋白質能溶于酒精。向溶解有DNA和蛋白質的溶液中加入冷卻的酒精,溶液中會出現白色絲狀物,即粗提取的DNA。3.完善DNA粗提取與鑒定的實驗流程圖:[在深化中提能]1.DNA的粗提取與鑒定實驗的注意事項(1)本實驗不能用哺乳動物成熟的紅細胞作實驗材料,原因是哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核(無DNA),可選用雞血細胞作材料。(2)二苯胺試劑要現配現用,否則會影響鑒定的效果。(3)提取植物細胞的DNA,在研磨時加入NaCl的目的是溶解DNA。(4)在DNA進一步提純時,選用冷卻的體積分數為95%的酒精溶液的作用是溶解雜質和析出DNA。2.DNA與蛋白質在不同濃度NaCl溶液中的溶解度不同項目 溶解規律 物質的量濃度為2 mol/L的NaCl溶液 物質的量濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液DNA 溶解 析出蛋白質 部分發生鹽析沉淀 溶解總結 ①DNA和蛋白質等其他成分在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同。當NaCl溶液的物質的量濃度低于0.14 mol/L時,DNA的溶解度隨NaCl溶液物質的量濃度的增加而逐漸降低;NaCl溶液的物質的量濃度為0.14 mol/L時,DNA的溶解度最小;當NaCl溶液的物質的量濃度繼續增加時,DNA的溶解度又逐漸增大。②選擇適當的鹽溶液能使DNA充分溶解,而使雜質沉淀,或者相反,以達到分離目的 (2020·沈陽期末)下列與DNA粗提取和鑒定過程有關的敘述,正確的是( )A.將豬的成熟紅細胞置于清水中,紅細胞漲破后將DNA釋放出來B.用2 mol/L的NaCl溶液溶解提取物并離心后,須保留上清液C.在提取液中加入體積分數為75%的冰酒精后DNA會與蛋白質分離并析出D.將提取到的絲狀物與二苯胺試劑充分混勻后溶液迅速變為藍色[解析] 豬屬于哺乳動物,哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核,不能用于DNA的粗提取,A錯誤;DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度較大,故用2 mol/L的NaCl溶液溶解提取物并離心后,須保留上清液,B正確;在提取液中加入體積分數為95%的冷酒精后DNA會與蛋白質分離并析出,C錯誤;將提取到的絲狀物先溶解到2 mol/L的NaCl溶液中,再加入二苯胺試劑,沸水浴加熱后溶液變為藍色,D錯誤。[答案] B根據DNA的溶解性判斷DNA的去向(1)DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解,過濾后要保留濾液。(2)DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中析出,過濾后要保留黏稠物,舍棄濾液。(3)DNA在加入體積分數為95%的預冷的酒精溶液中析出,用玻璃棒卷起絲狀物即可,不用過濾。 [在應用中落實]1.(2020·蘇州期中)下列有關“DNA的粗提取與鑒定”實驗的敘述,正確的是( )A.向菜花組織中加入蒸餾水并攪拌可釋放核DNAB.鑒定DNA時,應將絲狀物直接加入到二苯胺試劑中進行沸水浴C.向DNA濾液中加入冷酒精緩慢攪拌,可見玻璃棒上有白色絲狀物D.實驗結束后應保存好剩余的二苯胺試劑,以備下次實驗時使用解析:選C 植物細胞有細胞壁,不能吸水漲破釋放核DNA,A錯誤;鑒定DNA時,應將絲狀物先溶于2 mol/L的NaCl溶液,然后再加入二苯胺試劑進行沸水浴加熱,B錯誤;DNA不溶于酒精,因此向DNA濾液中加入冷酒精緩慢攪拌,可見玻璃棒上有白色絲狀物,C正確;二苯胺試劑應該現配現用,否則會影響實驗結果,D錯誤。2.如圖是“DNA的粗提取與鑒定”實驗中的兩個操作步驟示意圖,下列有關敘述錯誤的是( )A.圖1中的絲狀物含有DNAB.圖1所示操作的原理是DNA能溶于酒精,而蛋白質等雜質不溶C.圖2所示實驗操作完成后,最好待試管中溶液冷卻后觀察顏色變化D.圖2中的溶液b能夠溶解DNA解析:選B 圖1中的絲狀物含有DNA,A正確;圖1所示操作的原理是DNA不溶于酒精,而蛋白質等雜質溶于酒精,B錯誤;圖2所示實驗操作完成后,最好待試管中溶液冷卻后觀察顏色變化,C正確;圖2中的溶液b是NaCl溶液,能夠溶解DNA,D正確。 [課堂鞏固落實]1.有關基因工程操作工具的敘述正確的是( )A.一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列B.質粒是基因工程中唯一的載體C.載體必須具備的條件之一是具有多個限制酶切點,以便與外源基因連接D.DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵解析:選A 限制酶具有專一性,一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列,A正確;質粒是基因工程中最常用的載體,此外還可以用動植物病毒或噬菌體等,B錯誤;載體必須具備的條件之一是具有一個或多個限制酶切點,以便與外源基因連接,C錯誤;DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵,D錯誤。2.如圖為DNA分子的某一片段,①②③表示某種酶的作用部位,則相應的酶依次是( )A.限制酶、解旋酶、DNA連接酶B.解旋酶、限制酶、DNA連接酶C.解旋酶、DNA連接酶、限制酶D.限制酶、DNA連接酶、解旋酶解析:選B?、偬帪闅滏I,是解旋酶的作用部位;②處為磷酸二酯鍵,是限制酶的作用部位;③處為兩個DNA片段的缺口,是DNA連接酶的作用部位。3.(2019·江蘇高考)下列關于DNA粗提取與鑒定的敘述,錯誤的是( )A.用同樣方法從等體積兔血和雞血中提取的DNA量相近B.DNA析出過程中,攪拌操作要輕柔以防DNA斷裂C.預冷的乙醇可用來進一步純化粗提的DNAD.用二苯胺試劑鑒定DNA需要進行水浴加熱解析:選A 哺乳動物(如兔)成熟的紅細胞無細胞核和眾多的細胞器,細胞內基本不含DNA,故兔血不宜作為該實驗的材料,A錯誤;DNA析出過程中,攪拌要輕柔且沿著一個方向,以防止DNA斷裂,B正確;DNA不溶于冷乙醇,向DNA提取液中加入適量預冷的乙醇,會使DNA析出,從而進一步提純DNA,C正確;向溶有DNA的溶液中加入二苯胺試劑,沸水浴加熱數分鐘,溶液出現藍色,D正確。4.為制備目的基因Y(圖1)與質粒X(圖2)的重組DNA,將質粒X與含Y的DNA片段加入含有限制性內切核酸酶BglⅡ與BamHⅠ的反應混合物中,酶切后的片段再加入含有連接酶的反應體系中。其中,質粒X含有leu2基因,可用于合成亮氨酸,目的基因Y含有卡那霉素抗性基因KanR。請回答下列問題:(1)根據圖3分別寫出BglⅡ與BamHⅠ酶切后形成的末端序列:__________________、__________________。(2)使用BglⅡ處理重組質粒,可以得到______________________________________________________________。(3)BglⅡ酶切后的質粒X與BamHⅠ酶切后的目的基因Y能夠連接的原因是______________________________________________________________________________________________________。(4)將連接后的產物轉入一種Z細菌,Z細菌對卡那霉素敏感,且不能在缺乏亮氨酸的培養基中培養。要篩選含有重組質粒的Z細菌,應選擇____________________________________的培養基。解析:(1)限制酶Bgl Ⅱ與BamHⅠ切割形成的序列依次為:或、或。(2)BglⅡ酶切后的質粒與BamHⅠ酶切后的目的基因形成的重組DNA分子上沒有BglⅡ酶的識別序列,因此使用BglⅡ處理重組質粒,得到是長度為3 300 bp的環狀雙鏈DNA。(3)BglⅡ酶切后的質粒X與BamHⅠ酶切后的目的基因Y具有相同的黏性末端,根據堿基互補配對原則,它們能夠連接形成重組DNA。(4)由于質粒X含有leu2基因,可用于合成亮氨酸,目的基因Y含有卡那霉素抗性基因KanR,因此要篩選含有重組質粒的Z細菌,應選擇含卡那霉素但不含亮氨酸的培養基。答案:(1) 或 或(2)長度為3 300 bp的環狀雙鏈DNA (3)酶切后產生相同的黏性末端,并遵循堿基互補配對原則 (4)含卡那霉素但不含亮氨酸 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫