2022年高中生物人教版选修三教师用书-1.1DNA重组技术的基本工具.docx

一、基因工程的概念

二、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1．简称：限制性核酸内切酶又称限制酶。
2．来源：主要从原核生物中分别纯化出来。
3．作用
(1)识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。
(2)切割特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
4．作用结果：产生黏性末端或平末端。
三、DNA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
比较项目　　　
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
大肠杆菌
T4噬菌体
特点
只能“缝合”具有互补的黏性末端的双链DNA片段
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
四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1．种类
(1)质粒：是一种很小的双链环状DNA分子。
(2)其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
2．特点
(1)能够进行自我复制。
(2)有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。
(3)具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(4)对受体细胞无害。
3．作用结果
将外源基因送入受体细胞。
五、重组DNA分子的模拟操作
1．材料用具：剪刀代表EcoR Ⅰ，透亮     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G—A—A—T—T—C序列，并选G—A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查找EcoR Ⅰ相应的切口剪开。

一、限制性核酸内切酶(限制酶)
阅读教材P4～5，分析图1－2、1－3，探究下列问题：
1．限制酶切割DNA分子时，其切割部位在哪里？具有怎样的作用特点？
提示：(1)切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)作用特点：①具有专一性。具体表现在两个方面：识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位点。②可用于DNA的切割，猎取目的基因和切割载体。
2．利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什么区分？
提示：(1)黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的，如图所示。

(2)平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的，如图所示。

具有黏性末端的DNA片段能够通过互补碱基间的配对重新结合，而具有平末端的DNA片段不简洁结合。
二、DNA连接酶
阅读教材P5并观看分析图1－4，争辩下列问题：
1．DNA连接酶的作用目的是什么？作用于哪种化学键？
提示：(1)作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼接、缝合，形成新的DNA分子。
(2)作用的化学键：磷酸二酯键。
2．依据图示分析：

(1)图中a酶、b酶分别是哪种酶？
提示：a是限制酶(或限制性核酸内切酶)；b是DNA连接酶。
(2)两种酶在基因工程中有什么作用及应用。
提示：

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
三、载体
阅读教材P6，观看分析图1－5，探讨下列问题：
1．具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？
提示：载体必需具备的条件：
(1)能在受体细胞内稳定保存并大量复制。
(2)有多个限制酶切割位点以便与外源基因连接。
(3)具有某些特殊标记基因，以便进行筛选。当然，载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。
2．联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作用方面分析二者的不同。
提示：(1)主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。
(2)基因工程中的载体的化学本质是DNA，其作用是：
①携带目的基因进入受体细胞；②利用载体在宿主细胞中的复制对目的基因进行大量复制。

　如图为DNA分子结构示意图，下列对该图的描述正确的是(　　)

A．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
B．解旋酶作用的部位是⑩
C．某限制性核酸内切酶可选择⑨处作为切点
D．DNA连接酶可连接⑩处断裂的化学键
[解析]　图中④包含上一个脱氧核苷酸的磷酸①和下一个脱氧核苷酸的五碳糖②和碱基③，不是一个脱氧核苷酸，A错误；限制性核酸内切酶的作用部位是⑩磷酸二酯键，解旋酶的作用是解开DNA双链，作用部位是⑨氢键，B、C错误；DNA连接酶可连接⑩处断裂的磷酸二酯键，D正确。
[答案]　D

与DNA有关的几种酶的比较
项目
种类 　
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
解旋酶
作用
底物
DNA分子
DNA分子片段
脱氧核苷酸
DNA分子
作用
部位
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
碱基对间的氢键
作用
结果
形成黏性末端或平末端
形成重组DNA分子
形成新的DNA分子
形成单链DNA分子
　　　如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。

(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①________________________，
②________________(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。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为______，其作用是________________________________________________________________________。
(4)下列常在基因工程中作为载体的是(　　)
A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因
B．土壤农杆菌环状RNA分子
C．大肠杆菌的质粒
D．动物细胞的染色体
[解析]　基因工程中的载体必需具备三个条件：①能够在宿主细胞内稳定保存并大量复制；②有多个限制酶切割位点；③有标记基因便于筛选，如大肠杆菌的质粒。用同一种限制酶切割质粒和目的基因得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶把目的基因和质粒连接在一起。大肠杆菌的质粒是基因工程中最常用的载体，载体的本质为DNA，抗虫基因属于目的基因，不属于载体，染色体的主要成分为DNA和蛋白质，不属于载体。
[答案]　(1)DNA　能够自我复制　具有遗传效应
(2)CGCGT—
A—　DNA连接酶　(3)标记基因　供重组DNA的鉴定和选择　(4)C

基因工程中的限制酶与载体
(1)载体必需具备一个或多个限制酶的切割位点，但每种酶的切点最好只有一个。若用于切割载体的限制酶有多个切点，则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段含有复制起始点，则重组DNA分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。
(2)限制酶切割位点所处的位置必需是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的
完整性，有利于对目的基因的检测。

———————————————[课堂归纳]——————————————————

[网络构建]

填充：①限制酶　②DNA连接酶　③基因进入受体细胞的载体　④磷酸二酯键　⑤质粒
[关键语句]
1．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．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规章的双螺旋结构。
3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。
4．限制酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。
5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。
6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。