2021-2022高中生物 專題一 第1節(jié) DNA重組技術(shù)的基本工具

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1、專 題 1 基 因 工 程第1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具 欄目鏈接 一 、 基 因 工 程 的 概 念1 手 段 ： 通 過 體 外 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 和_等 技 術(shù) ， 賦 予 生 物 以 新 的 _。2 目 的 ： 按 照 人 們 的 愿 望 進(jìn) 行 嚴(yán) 格 的 設(shè) 計(jì) ， 創(chuàng)造 出 更 符 合 人 們 需 要 的 新 的 _和 _。3 設(shè) 計(jì) 和 施 工 水 平 ： _水 平 ， 因 此 ，基 因 工 程 又 叫 做 DNA重 組 技 術(shù) 。DNA重 組 轉(zhuǎn) 基 因遺 傳 特 性生 物 類 型 生 物 產(chǎn) 品DNA分 子 欄目鏈接 二 、 DNA重 組 技

2、術(shù) 的 基 本 工 具1 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 “分 子 手 術(shù) 刀 ” (又 稱 限制 酶 )。(1)來 源 ： 主 要 是 從 _中 分 離 純 化 出 來的 。 (2)功 能 ： 能 夠 識(shí) 別 雙 鏈 DNA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(gè) 核 苷 酸之 間 的 _斷 開 ， 因 此 具 有 _性 。經(jīng) 限 制 酶 切 割 產(chǎn) 生 的 DNA片 段 末 端 通 常 有 兩 種 形 式 ： _和 _。 原 核 生 物磷 酸 二 酯 鍵 專 一 黏 性 末 端平 末 端 欄目鏈接 前 者 是 限 制

3、酶 在 它 識(shí) 別 序 列 的 _將 DNA的 兩 條 鏈 切 開 產(chǎn) 生 的 ， 后 者 是 限 制 酶 在 它 識(shí)別 序 列 的 _切 開 產(chǎn) 生 的 。 中 心 軸 線 兩 側(cè)中 心 軸 線 處 欄目鏈接 2 DNA連 接 酶 “分 子 縫 合 針 ” 。(1)作 用 ： 將 _“縫 合 ” 起 來 ， 恢 復(fù)被 限 制 酶 切 開 的 兩 個(gè) 核 苷 酸 之 間 的 _，形 成 重 組 DNA分 子 。(2)種 類 。 Ecoli DNA連 接 酶 ： 只 能 縫 合 DNA片 段 的_。 雙 鏈 DNA片 段 磷 酸 二 酯 鍵黏 性 末 端 欄目鏈接 T4DNA連 接 酶 ： 既

4、可 縫 合 DNA片 段 的 黏 性 末端 ， 又 可 縫 合 DNA片 段 的 _， 但 連 接 后 者 的 效率 _。3 運(yùn) 載 體 “分 子 運(yùn) 輸 車 ” 。(1)作 用 ： 攜 帶 _進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞 。(2)種 類 ： 質(zhì) 粒 、 _的 衍 生 物 、 動(dòng) 植 物 病毒 等 。 (3)特 點(diǎn) 。 平 末 端 低外 源 基 因噬 菌 體 欄目鏈接 能 夠 在 受 體 細(xì) 胞 中 進(jìn) 行 _， 或 整 合 到_上 ， 隨 染 色 體 DNA進(jìn) 行 同 步 復(fù) 制 。 有 一 個(gè) 至 多 個(gè) _切 割 位 點(diǎn) ， 供 外 源 基因 插 入 。 具 有 特 殊 的 _， 供 重 組

5、DNA的鑒 定 和 選 擇 。 自 我 復(fù) 制染 色 體 DNA 限 制 酶遺 傳 標(biāo) 記 基 因 欄目鏈接 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 1 對(duì) 基 因 工 程 概 念 的 理 解 欄目鏈接 例 1 科 學(xué) 家 們 經(jīng) 過 多 年 來 的 努 力 ， 創(chuàng) 立 了 一 種 新興 生 物 技 術(shù) 基 因 工 程 ， 下 列 關(guān) 于 該 技 術(shù) 的 敘 述 不 正確 的 是 ( )A 該 技 術(shù) 在 生 物 體 外 對(duì) DNA分 子 進(jìn) 行 改 造B 它 是 在 分 子 水 平 上 進(jìn) 行 操 作 的 生 物 工 程C 該 工 程 實(shí) 現(xiàn) 了 一 種 生 物 的 基 因 轉(zhuǎn) 接 到 同 種 生 物的 其

6、他 個(gè) 體 DNA上D 實(shí) 施 基 因 工 程 的 最 終 目 的 是 定 向 地 改 造 生 物 的遺 傳 性 狀 欄目鏈接 解析：基因工程是指按照人們的愿望進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。 欄目鏈接 DNA重組技術(shù)是體外的顯微操作技術(shù)，其精確的操作過程需要三種工具，即準(zhǔn)確切割DNA的“手術(shù)刀”、將DNA片段連接起來的“縫合針”、將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞的“運(yùn)輸車”。基因工程是將一種生物的基因?qū)肓硗庖环N生物中，從而賦予該生

7、物以新的遺傳特性。答案：C 欄目鏈接 名師點(diǎn)睛：(1)基因工程的原理是基因重組。必修2中講基因重組有兩種情況：減數(shù)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染色體的自由組合。其實(shí)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。(2)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(chǎn)生定向的變異，并可實(shí)現(xiàn)不同物種間的基因交流，打破生殖隔離。應(yīng)注意與現(xiàn)代進(jìn)化論中的“變異是不定向的”、“物種間存在生殖隔離”區(qū)分開來。 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 2 限 制 酶 “ 分 子 手 術(shù) 刀 ”1 特 點(diǎn) ： 具 有 專 一 性 ， 表 現(xiàn) 在 以 下 兩 個(gè) 方 面 ：(1)

8、識(shí) 別 雙 鏈 DNA分 子 中 特 定 的 核 苷 酸 序 列 。(2)切 割 特 定 序 列 中 的 特 定 位 點(diǎn) ， 特 定 序 列 表 現(xiàn)為 中 心 對(duì) 稱 ， 如 EcoRI酶 的 切 割 序 列 ， 如 下 圖 所 示 ： 欄目鏈接 欄目鏈接 2 用 限 制 酶 切 割 DNA分 子 時(shí) 被 斷 開 的 是 DNA鏈中 的 磷 酸 二 酯 鍵 (即 連 接 相 鄰 脫 氧 核 苷 酸 的 鍵 )， 而 不是 堿 基 間 的 氫 鍵 。3 產(chǎn) 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 。(1)黏 性 末 端 ： 是

9、 限 制 酶 在 識(shí) 別 序 列 的 中 心 軸 線 兩側(cè) 將 DNA的 兩 條 鏈 分 別 切 開 時(shí) 形 成 的 ， 如 下 圖 所 示 ： 欄目鏈接 欄目鏈接 (2)平 末 端 ： 是 限 制 酶 在 識(shí) 別 序 列 的 中 心 軸 線 處切 開 時(shí) 形 成 的 ， 如 下 圖 所 示 ： 欄目鏈接 例 2 下 列 關(guān) 于 限 制 酶 的 敘 述 中 ， 錯(cuò) 誤 的 是 ( )A 它 能 在 特 殊 位 點(diǎn) 切 割 DNA分 子B 同 一 種 酶 切 割 不 同 的 DNA產(chǎn) 生 的 黏 性 末 端 能 夠很 好 地 進(jìn) 行 堿 基 互 補(bǔ) 配 對(duì)C 它 能 任 意 切 割 DNA， 從

10、 而 產(chǎn) 生 大 量 的 DNA片 段D 每 一 種 限 制 酶 只 能 識(shí) 別 特 定 的 核 苷 酸 序 列 欄目鏈接 解析：限制酶是基因工程的重要工具之一。每種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。同一種酶切割不同的DNA產(chǎn)生的黏性末端堿基互補(bǔ)配對(duì)。答案：C 欄目鏈接 (雙選)下圖表示限制酶切割某DNA的過程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)是()變 式遷 移 欄目鏈接 ACTTAAGBG AATTC C切點(diǎn)在G和A之間D切點(diǎn)在C和T之間變 式遷 移解析：由圖不難看出該限制酶識(shí)別的堿基序列是G AATTC，切點(diǎn)是G與A之間。答案： BC 欄目鏈接 知

11、識(shí) 點(diǎn) 3 DNA連 接 酶 “ 分 子 縫 合 針 ”1 作 用 ： 把 兩 種 來 源 不 同 的 DNA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 ， 互補(bǔ) 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DNA連 接 酶 的 作 用 下 ， 可 以 使 兩 個(gè) DNA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 。 欄目鏈接 欄目鏈接 2 種 類 ：

12、 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 Ecoli DNA連 接 酶 ；另 一 種 是 從 T4噬 菌 體 中 分 離 得 到 ， 稱 為 T4DNA連 接 酶 。這 兩 種 連 接 酶 催 化 反 應(yīng) 基 本 相 同 ， 都 是 連 接 雙 鏈 DNA的 缺 口 ， 而 不 能 連 接 單 鏈 DNA。3 DNA連 接 酶 和 DNA聚 合 酶 的 區(qū) 別 。DNA聚 合 酶 是 將 單 個(gè) 核 苷 酸 連 接 到 已 有 的 DNA片段 上 ， 形 成 磷 酸 二 酯 鍵 。 DNA連 接 酶 是

13、在 兩 個(gè) DNA片段 之 間 形 成 磷 酸 二 酯 鍵 ， 具 體 異 同 如 下 表 ： 欄目鏈接 欄目鏈接 例 3 下 列 關(guān) 于 DNA連 接 酶 的 作 用 敘 述 正 確 的 是 ( ) A 將 單 個(gè) 核 苷 酸 加 到 某 個(gè) DNA片 段 末 端 ， 形 成磷 酸 二 酯 鍵B 將 斷 開 的 兩 個(gè) DNA片 段 的 骨 架 連 接 起 來 ， 重新 形 成 磷 酸 二 酯 鍵C 連 接 兩 條 DNA鏈 上 堿 基 之 間 的 氫 鍵D 只 能 將 雙 鏈 DNA片 段 互 補(bǔ) 的 黏 性 末 端 之 間 連接 起 來 ， 而 不 能 將 雙 鏈 DNA片 段 平 末

14、端 之 間 進(jìn) 行 連 接 欄目鏈接 解析：DNA連接酶根據(jù)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Ecoli DNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來的，稱為T4DNA連接酶。這兩類酶在性質(zhì)上是有差別的：Ecoli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來，而T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端。而D選項(xiàng)只涉及Ecoli DNA連接酶的作用。答案：B 欄目鏈接 2如下圖，兩個(gè)核酸片斷在適宜條件下，經(jīng)x酶的催化作用,發(fā)生下列變化，則x酶 ()變 式遷 移 欄目鏈接 ADNA連接酶 BRNA聚合酶CD

15、NA聚合酶 D限制酶變 式遷 移答案： A 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 4 載 體 “ 分 子 運(yùn) 輸 車 ”1 載 體 。將 外 源 基 因 送 入 細(xì) 胞 經(jīng) 常 用 質(zhì) 粒 作 為 載 體 。 質(zhì) 粒是 一 種 裸 露 的 、 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 獨(dú) 立 于 細(xì) 菌 擬 核 DNA之 外 ，并 具 有 自 我 復(fù) 制 能 力 的 很 小 的 雙 鏈 環(huán) 狀 DNA分 子 。2 載 體 使 用 的 目 的 。載 體 使 用 有 兩 個(gè) 目 的 ： 一 是 用 它 作 為 運(yùn) 載 工 具 ，將 目 的 基 因 轉(zhuǎn) 移 到 受 體 細(xì) 胞 中 去 ； 二 是 利 用 它 在 受 體細(xì) 胞 內(nèi) 對(duì) 目

16、 的 基 因 進(jìn) 行 大 量 復(fù) 制 。 欄目鏈接 3 作 為 載 體 的 條 件 。作 為 載 體 必 須 具 備 三 個(gè) 條 件 ： 在 受 體 細(xì) 胞 中 能 保 存 下 來 并 能 大 量 復(fù) 制 。 具 有 多 個(gè) 限 制 酶 切 割 位 點(diǎn) ， 而 且 每 種 酶 的 切 割 位點(diǎn) 最 好 只 有 一 個(gè) 。 有 特 殊 的 遺 傳 標(biāo) 記 基 因 ， 便 于 進(jìn) 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(jù) 不同 的 目 的 和 需 要 ， 對(duì) 載 體 進(jìn) 行 人 工 改 造 。 現(xiàn) 在 所 使 用 的質(zhì) 粒

17、 載 體 都 是 經(jīng) 過 改 造 的 。 欄目鏈接 4 載 體 的 種 類 ?，F(xiàn) 在 所 用 的 載 體 主 要 分 為 兩 類 ： 一 類 載 體 是 細(xì)菌 細(xì) 胞 質(zhì) 的 質(zhì) 粒 ， 質(zhì) 粒 可 以 通 過 細(xì) 菌 間 的 接 合 由 一 個(gè)細(xì) 菌 向 另 一 個(gè) 細(xì) 菌 轉(zhuǎn) 移 ， 也 可 以 獨(dú) 立 復(fù) 制 ， 或 整 合 到大 型 染 色 體 DNA分 子 中 ， 隨 染 色 體 DNA的 復(fù) 制 而 同步 復(fù) 制 。 另 一 類 載 體 是 病 毒 ， 包 括 植 物 病 毒 、 動(dòng) 物 病毒 和 細(xì) 菌 病 毒 (噬 菌 體 )。 現(xiàn) 在 人 們 還 在 不 斷 尋 找 新 的載

18、 體 。 欄目鏈接 例 4 下 列 有 關(guān) 質(zhì) 粒 的 敘 述 ， 正 確 的 是 ( )A 質(zhì) 粒 是 廣 泛 存 在 于 細(xì) 菌 細(xì) 胞 中 的 一 種 顆 粒 狀 的細(xì) 胞 器 B 質(zhì) 粒 是 細(xì) 菌 細(xì) 胞 中 能 自 主 復(fù) 制 的 單 鏈 環(huán) 狀 DNA分 子 C 質(zhì) 粒 的 存 在 對(duì) 宿 主 細(xì) 胞 的 生 存 有 決 定 性 的 作 用D 質(zhì) 粒 與 染 色 體 中 均 含 有 脫 氧 核 糖 欄目鏈接 解析：質(zhì)粒是一個(gè)小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，它可以進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，存在于細(xì)胞內(nèi)，但它不是宿主細(xì)胞的細(xì)胞器。質(zhì)粒是一種重要的運(yùn)載體，通常利用質(zhì)粒與目的基因結(jié)合，形成重組質(zhì)粒，然后導(dǎo)

19、入細(xì)菌細(xì)胞。質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞的生存沒有決定性的作用。質(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子，染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，二者均含脫氧核糖。答案：D 欄目鏈接 3質(zhì)粒是基因工程常用載體，它的特點(diǎn)是()能自主復(fù)制不能復(fù)制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單鏈DNA環(huán)狀DNA含有標(biāo)記基因A BC D變 式遷 移解析：質(zhì)粒是一種能夠自主復(fù)制的雙鏈環(huán)狀DNA，含有一至多個(gè)標(biāo)記基因，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。答案：C 欄目鏈接 變 式遷 移點(diǎn)評(píng)：(1)區(qū)分“工具”和“工具酶”。DNA重組技術(shù)的基本工具有三種，即限制酶、DNA連接酶和基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體；而工具酶有兩種，即限制酶和DNA連接酶。(2)質(zhì)粒不是細(xì)胞器，只是一個(gè)小型的環(huán)狀雙鏈DNA分子。同時(shí)應(yīng)注意區(qū)分質(zhì)粒、擬核、染色體三個(gè)概念。(3)不是所有的質(zhì)粒都可作為載體，即使可以作 為載體也必須經(jīng)過人工改造。 欄目鏈接