高中生物第一章基因工程第1节工具酶的发现和基因工程的诞生浙科版3Word文档下载推荐.docx
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DNA体外重组的实现、重组DNA表达实验的成功
第一例转基因动物问世、PCR技术的发明
DNA重组技术的基本工具
1.基因的
——限制性核酸内切酶
(1)作用:
对DNA分子上不同的特定的核苷酸序列进行识别和切割。
(2)作用特点:
专一性。
(3)作用结果:
产生粘性末端,使DNA的重组成为可能。
1.左图中打开G与C化学键的酶c的名称是什么?
工具a使哪种化学键断裂?
【提示】 解旋酶;
磷酸二酯键。
2.基因的
——DNA连接酶
(1)发现:
1967年。
(2)作用:
将具有末端碱基互补配对的两个DNA分子片断连接在一起。
(3)过程如图所示:
3.基因工程的载体(如图)
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
(1)种类
①质粒:
是一种小型的环状DNA分子。
②λ噬菌体。
③动植物病毒等。
(2)特点
①能自我复制。
②具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点。
③具有标记基因。
④对受体细胞无害。
(3)作用结果
携带外源基因进入受体细胞。
2.
尝试写出图示中的酶a及X的名称?
【提示】 酶a是DNA连接酶,X是能合成胰岛素的细菌细胞。
1.一种限制性核酸内切酶可识别多种特定的核苷酸序列。
(×
)
【提示】 一种限制性核酸内切酶只识别一种核苷酸序列。
2.基因工程的载体与物质跨膜转运所需要的载体化学本质相同。
【提示】 前者的化学本质是DNA,后者的化学本质是蛋白质。
3.不同限制性核酸内切酶切割DNA后形成的粘性末端可能相同。
(√)
4.DNA连接酶可将任意两个DNA片断连接在一起。
【提示】 可将两个粘性末端相同的DNA片断连接在一起。
5.质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定。
【提示】 有利于导入目的基因的受体细胞的筛选。
对限制性核酸内切酶的认识
【问题导思】
①限制性核酸内切酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗?
②限制性核酸内切酶作用于DNA的何种部位?
③限制性核酸内切酶作用的产物叫什么?
1.来源
多数来自微生物。
2.特点
具有专一性,表现在以下两个方面:
(1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
(2)在特定位点切割特定的序列,特定序列表现为中心对称,如EcoRⅠ限制性核酸内切酶的切割序列(如图所示)。
3.作用
切开DNA链中的磷酸二酯键(即连接相邻脱氧核苷酸的键),而不是碱基间的氢键。
4.产物——粘性末端
粘性末端:
是限制性核酸内切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)
从图中可看出,经限制性核酸内切酶一次切割,可产生出两个粘性末端,而且两个末端反向并且可互补(图中箭头表示粘性末端方向)。
1.不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点不同,这与酶催化作用的专一性特点是一致的。
2.限制性核酸内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列,也就是在切割部位,一条链正向读的碱基顺序,与另一条链反向读的顺序完全一致。
3.限制性核酸内切酶切点数与切后DNA条数的关系
(1)线形DNA分子:
切后DNA分子数=切点数+1。
(2)环状DNA分子:
切后DNA分子数=切点数。
下表为常用的限制性核酸内切酶及其识别序列和切割位点,由此推断的以下说法中,正确的是( )
限制性核酸内切酶名称
识别序列和切割位点
BamHⅠ
G↓GATCC
KpnⅠ
GGTAC↓C
EcoRⅠ
G↓AATTC
Sau3AⅠ
↓GATC
HindⅡ
GTY↓RAC
SmaⅠ
CCC↓GGG
(注:
Y=C或T,R=A或G)
A.限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端
B.限制性核酸内切酶的切割位点一定在识别序列的内部
C.不同限制性核酸内切酶切割后一定形成不同的粘性末端
D.一种限制性核酸内切酶一定只能识别一种核苷酸序列
【审题导析】 限制性核酸内切酶是一类酶,含有多种酶,区分这些酶种类的依据是识别序列与切割位点,而不是粘性末端。
【精讲精析】 由表中信息可知,HindⅡ能识别不同的核苷酸序列;
核苷酸序列经限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端,可形成平末端,如SmaⅠ切割DNA形成的末端;
Sau3AⅠ的切割位点在识别序列的外部;
不同限制性核酸内切酶切割后可能形成相同的粘性末端,如BamHⅠ与Sau3AⅠ切割形成的末端。
【答案】 A
现有一长度为1000个碱基对(bp)的DNA分子,用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp,用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子,用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子。
下图中表示该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
【思维导图】 解答此题的思维流程如下:
⇒
【精讲精析】 该题目要注意两种限制性核酸内切酶切割后切点数及位置特点。
根据题干信息可知:
该DNA分子被EcoRⅠ酶切之后还是一个DNA分子且长度不变,说明该DNA是环状DNA,其中有一个EcoRⅠ酶的切点;
单独用KpnⅠ酶切割该DNA形成两个DNA分子,说明该DNA中有两个KpnⅠ酶的切点,故答案为D。
另外,该题也可用验证法来解:
将A、B、C、D四项一一代入验证,看哪个选项符合题意。
【答案】 D
对DNA连接酶的认识
①DNA连接酶与DNA聚合酶作用相同吗?
②连接碱基对之间的氢键也是DNA连接酶作用的结果吗?
③DNA复制过程中需要DNA连接酶的催化吗?
1.DNA连接酶
作用
将DNA片段间的磷酸二酯键连接起来
特点
将具有相同的粘性末端或平末端的DNA片段连接起来。
在基因工程中,为了保证获得相同的粘性末端,通常要用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体。
实例
E·
coliDNA连接酶连接两个粘性末端
2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶
DNA聚合酶
相同点
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点
模板
不需要模板
需要DNA的一条链为模板
作用对象
游离的DNA片段
单个的脱氧核苷酸
作用结果
形成完整的DNA分子
形成双链DNA
用途
基因工程
DNA复制
几种酶的作用部位图解
1.作用于a(磷酸二酯键)的酶有:
限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶。
2.作用于b(氢键)的酶只有解旋酶。
下列关于DNA连接酶的作用,叙述正确的是( )
A.能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接起来,也能将双链DNA的粘性末端之间的氢键进行连接
B.将单个核苷酸加到某DNA片段末端,形成磷酸二酯键
C.连接两条DNA链上碱基之间的氢键
D.将断开的两个DNA片段连接起来,重新形成磷酸二酯键
【审题导析】 解答此题的突破口在于明确DNA连接酶的作用为DNA片断间的“封口”,而DNA聚合酶则是连接的单个脱氧核苷酸。
【精讲精析】 表面上看,DNA连接酶和DNA聚合酶两者都是形成磷酸二酯键,但本质上有所区别:
①DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核酸片段上,形成磷酸二酯键;
而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。
②DNA聚合酶是以一条DNA链为模板,将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链;
而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。
选项B是DNA聚合酶的作用。
DNA连接酶不能连接氢键,选项A是错误的。
下图为DNA分子结构示意图。
对该图的不正确描述是( )
A.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
B.解旋酶作用的部位是⑨
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
【审题导析】 解答此题应注意图示中氢键为DNA双链碱基对的连接部位或粘性末端的碱基连接部位。
磷酸二酯键为DNA单链中脱氧核苷酸之间的连接部位。
【精讲精析】 DNA的基本单位为脱氧核苷酸,而4种脱氧核苷酸是根据碱基类型来命名的。
图中⑨为氢键,⑩为磷酸二酯键,而解旋酶作用的部位是氢键,限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。
【答案】 C
基因工程的载体及其必须具备的条件
①质粒的本质是什么?
②质粒为什么适合作为载体?
③作为基因工程中的载体需要哪些条件?
1.常见的载体——质粒(如图)
(1)具备条件
①能自我复制:
能够在受体细胞中进行自我复制,或整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制。
②有切割位点:
有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点,供外源基因插入。
③具有标记基因:
具有特殊的标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
④无毒害作用:
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)作用
①用它作为运输工具,将目的基因送入受体细胞中去。
②利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
2.载体的种类
(1)一类是细菌的质粒,质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外的,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
(2)另一类是病毒,包括λ噬菌体和某些动植物病毒。
在选择动植物病毒作载体时,应选择DNA病毒以便插入目的基因。
(3)病毒载体作用的对象有专一性
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在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为______________________,
其作用是__________________________________________。
【思维导图】 解答此题的思维导图如下:
【精讲精析】
(1)读图a为大肠杆菌的拟核,其结构物质为DNA,而质粒为能进行自我复制的环状DNA,均可作为遗传物质通过复制遗传给子代。
(2)同一种限制性核酸内切酶切割后形成的末端是相同的,由给定的末端
知,对应的目的基因切割末端为
,缝合工具为DNA连接酶。
(3)作为质粒的一个必备条件“标记基因”,其作用在于鉴定和筛选目的