高中生物 專題1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具課件 新人教版選修3.ppt

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第一章人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)定 專題1基因工程 1 1DNA重組技術(shù)的基本工具 專題1基因工程 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 1 了解基因工程的概念 誕生及發(fā)展 2 掌握限制酶及DNA連接酶的作用 重 難點(diǎn) 3 理解載體需具備的條件 重點(diǎn) 專題1基因工程 一 基因工程 DNA重組技術(shù) 基因 DNA分子水平 二 限制性核酸內(nèi)切酶 分子手術(shù)刀 1 來源 主要來自于 2 特點(diǎn) 具有專一性 1 識別雙鏈DNA分子的某種 2 切割特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn) 3 作用 斷開每一條鏈中 的兩個(gè)核苷酸之間的 4 結(jié)果 產(chǎn)生 和 原核生物 特定核苷酸序列 特定部位 磷酸二酯鍵 黏性末端 平末端 巧記限制酶有特性 特定 突顯專一性 三 DNA連接酶 分子縫合針 1 大腸桿菌 互補(bǔ)的 黏性末端 噬菌體 黏性末端 平末端 2 作用 形成 3 結(jié)果 形成重組DNA分子 四 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 分子運(yùn)輸車 1 作用 將 送入細(xì)胞中 2 種類 噬菌體衍生物和動(dòng)植物病毒等 磷酸二酯鍵 外源基因 質(zhì)粒 3 限制酶切割位點(diǎn) 標(biāo)記基因 1 判一判 1 通過基因工程改造成的生物為新物種 2 限制酶和DNA解旋酶的作用部位相同 3 DNA連接酶起作用時(shí)不需要模板 2 連一連將基因工程中的有關(guān)名詞與其對應(yīng)內(nèi)容連線 1 切割位點(diǎn) 磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵指的是如圖圓圈中的化學(xué)鍵 而限制酶切割的只能是箭頭 所指的化學(xué)鍵 因?yàn)槿χ辛硪粋€(gè)化學(xué)鍵屬于一個(gè)核苷酸內(nèi)部的化學(xué)鍵 限制性核酸內(nèi)切酶 限制酶 作用位點(diǎn)示意圖 2 限制酶切出的黏性末端和平末端的比較 1 黏性末端 限制性核酸內(nèi)切酶在識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 2 平末端 限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線處切開時(shí)形成的 3 限制性核酸內(nèi)切酶與DNA解旋酶的比較 1 相同點(diǎn) 都作用于DNA分子中的化學(xué)鍵 2 不同點(diǎn) 兩者作用部位不同 前者作用于磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵 而后者作用于兩個(gè)堿基之間的氫鍵 即上述作用位點(diǎn)示意圖中的箭頭 所指處的氫鍵 4 限制酶切割位點(diǎn)與DNA片段的關(guān)系 1 鏈狀DNA分子上有1個(gè)酶切位點(diǎn) 用限制酶切割后形成2個(gè)DNA片段 如果有2個(gè)酶切位點(diǎn) 用限制酶切割后則形成3個(gè)DNA片段 依次類推 2 環(huán)狀DNA分子上有1個(gè)酶切位點(diǎn) 用限制酶切割后形成一條鏈狀DNA 如果有2個(gè)酶切位點(diǎn) 用限制酶切割后形成2個(gè)DNA片段 依次類推 特別提醒限制酶作用結(jié)果不同DNA分子用同一種限制酶切割形成的黏性末端都相同 同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割 產(chǎn)生的黏性末端一般不相同 如果相同 可重新互補(bǔ)配對 2014 山東濟(jì)寧高二檢測 下表為常用的限制性核酸內(nèi)切酶 限制酶 及其識別序列和切割位點(diǎn) 由此推斷以下說法正確的是 注 Y C或T R A或G A 限制酶切割后不一定形成黏性末端B 限制酶的切割位點(diǎn)一定在識別序列的內(nèi)部C 不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D 一種限制酶一定只能識別一種核苷酸序列 A 解析 由表得知 Hind 能識別4種不同的核苷酸序列 切割后不一定形成黏性末端 D項(xiàng)錯(cuò)誤 Sau3A 的切割位點(diǎn)在識別序列的外部 B項(xiàng)錯(cuò)誤 不同限制酶切割后可能形成相同的黏性末端 如BamH 與Sau3A 切割的末端 C項(xiàng)錯(cuò)誤 限制酶切割后不一定形成黏性末端 也可能是平末端 A項(xiàng)正確 1 表格中哪兩種限制酶切割出來的DNA片段末端可以互補(bǔ)結(jié)合 其末端互補(bǔ)序列是什么 2 從表中各限制酶識別序列和切割位點(diǎn)的差異 得出限制酶有何特性 提示 1 BamH 和Sau3A GATC 2 專一性 2 判斷黏性末端或平末端是否由同一種限制酶切割形成的方法是 將黏性末端或平末端之一旋轉(zhuǎn)180 后 看它們是否是完全相同的結(jié)構(gòu) 2014 棗莊高二檢測 現(xiàn)有一長度為1000個(gè)堿基對 bp 的DNA分子 用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR 酶切后得到的DNA分子仍是1000bp 用Kpn 單獨(dú)酶切得到400bp和600bp兩種長度的DNA分子 用EcoR Kpn 同時(shí)酶切后得到200bp和600bp兩種長度的DNA分子 該DNA分子的酶切圖譜正確的是 解析 選D 從題干中 用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR 酶切后得到的DNA分子仍是1000bp 再結(jié)合選項(xiàng)中DNA分子的可能酶切圖譜分析可知 此DNA分子是環(huán)狀 故A B排除 同理 從 用Kpn 單獨(dú)酶切得到400bp和600bp兩種長度的DNA分子 又可推知圖譜中應(yīng)有兩個(gè)Kpn 酶切位點(diǎn) 故選D DNA連接酶及相關(guān)的比較 1 限制酶與DNA連接酶的相互作用 2 幾種工具酶作用特點(diǎn)的比較 連接兩個(gè)DNA片段 基因工程 a 限制性核酸內(nèi)切酶 能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列 并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開 a 在脫氧核苷酸鏈上添加單個(gè)脫氧核苷酸 DNA的 a 復(fù)制解旋酶 使DNA堿基間的氫鍵斷裂 把兩條螺旋的雙鏈解開 DNA復(fù)制 b 特別提醒有關(guān)酶的進(jìn)一步說明 1 DNA連接酶無識別的特異性 連接兩個(gè)互補(bǔ)末端的DNA片段間的磷酸二酯鍵 而DNA聚合酶只能將單個(gè)脫氧核苷酸加到已有DNA片段上 且需一條DNA鏈為模板 2 解旋酶打開堿基對之間的氫鍵 但氫鍵是分子間的靜電引力 不需要通過酶的催化形成 下列有關(guān)DNA連接酶的敘述正確的是 A T4DNA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B E coliDNA連接酶能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接C DNA連接酶能恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵D DNA連接酶可連接DNA雙鏈的氫鍵 使雙鏈延伸 C 解析 DNA連接酶能使兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵 從而將它們連接起來 E coliDNA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 不能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接 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 2014 江蘇徐州高二質(zhì)檢 如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化 圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶 DNA聚合酶 DNA連接酶 解旋酶作用的正確順序是 A B C D C 解析 本題考查不同工具酶的作用及作用特點(diǎn) 圖示中 表示該酶切割DNA分子雙鏈產(chǎn)生黏性末端的過程 用到的酶是限制性核酸內(nèi)切酶 是黏性末端連接的過程 用到的酶是DNA連接酶 是DNA分子解旋的過程 要用解旋酶 是DNA復(fù)制時(shí)子鏈的形成過程 需要DNA聚合酶 基因工程中常用載體 質(zhì)粒 1 來源 質(zhì)粒主要存在于細(xì)菌 酵母菌等生物中 2 結(jié)構(gòu) 是一種裸露的 結(jié)構(gòu)簡單 獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外 并且具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子 如圖所示 3 標(biāo)記基因 質(zhì)粒上有一些特殊的基因 如抗四環(huán)素基因 抗氨芐青霉素基因 用于對重組DNA進(jìn)行鑒定和選擇 4 載體的作用 1 用它作為運(yùn)載工具 將目的基因送入受體細(xì)胞中去 2 利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制 5 限制酶的選取原則限制酶識別的切割位點(diǎn) 不能在載體的復(fù)制起始點(diǎn) 標(biāo)記基因等載體必需的基因片段 切點(diǎn)所處位置必須在載體需要的基因片段之外 避免載體因目的基因的插入而失活或影響鑒定和篩選 特別提醒細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體的區(qū)別 1 化學(xué)本質(zhì)不同 細(xì)胞膜上的載體的化學(xué)成分是蛋白質(zhì) 基因工程中的載體可能是物質(zhì) 如質(zhì)粒 DNA 噬菌體的衍生物 也可能是生物 如動(dòng)植物病毒等 2 功能不同 細(xì)胞膜上的載體功能是協(xié)助細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞 基因工程中的載體是一種 分子運(yùn)輸車 把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒 pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體 其主要結(jié)構(gòu)如圖所示 1 構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因 以便于 2 pBR322分子中有單個(gè)EcoR 限制酶作用位點(diǎn) EcoR 只能識別序列 GAATTC 并只能在G與A之間切割 若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)EcoR 的切點(diǎn) 請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoR 切割后所形成的黏性末端 篩選 鑒別 目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 3 pBR322分子中另有單個(gè)的BamH 限制酶作用位點(diǎn) 現(xiàn)將經(jīng)BamH 處理后的質(zhì)粒與另一種限制酶Bgl 處理得到的目的基因 通過DNA連接酶作用恢復(fù) 鍵 成功獲得了重組質(zhì)粒 說明 磷酸二酯 兩種限制酶 BamH 和Bgl 切割得到的黏性末端相同 4 為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無ampR和tetR的大腸桿菌 將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng) 得到如圖二的菌落 再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上 使絨布面沾上菌落 然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng) 得到如圖三的結(jié)果 空圈表示與圖二對照無菌落的位置 與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是 圖三結(jié)果顯示 多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是 能抗氨芐青霉素 但不能抗四環(huán)素 pBR322質(zhì)粒 解析 1 質(zhì)粒作為基因表達(dá)載體的條件之一是要有抗性基因 以便于篩選 鑒別 目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 2 同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同 根據(jù)題意可知 該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoR 切割后所形成的黏性末端為 3 DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵 而通過DNA連接酶作用能將兩個(gè)DNA分子片段連接 表明經(jīng)兩種限制酶 BamH 和Bgl 切割得到的DNA片段 其黏性末端相同 4 由題意知 由于與圖三空圈相對應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長 而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長 故可推知與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素 但不能抗四環(huán)素 由圖二 圖三結(jié)果顯示 多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素 而經(jīng)限制酶BamH 作用后 標(biāo)記基因tetR被破壞 而不能抗四環(huán)素 故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒 圖一中有多個(gè)限制酶作用位點(diǎn) 對生物本身有何作用 在基因工程中有何好處 提示 防止外源DNA入侵細(xì)菌 是一種自我防御 在基因工程中可供目的基因插入其中 基因工程中 需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒 便于重組和篩選 已知限制酶 的識別序列和切點(diǎn)是 G GATCC 限制酶 的識別序列和切點(diǎn)是 GATC 根據(jù)圖示判斷下列操作正確的是 A 目的基因和質(zhì)粒均用限制酶 切割B 目的基因和質(zhì)粒均用限制酶 切割C 質(zhì)粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割D 質(zhì)粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割 D 解析 首先把目的基因切下來要用到限制酶 如果再用限制酶 切割質(zhì)粒 則2個(gè)標(biāo)記基因都被切開 標(biāo)記基因?qū)⑹プ饔?若用限制酶 切割質(zhì)粒可保留一個(gè)標(biāo)記基因 而產(chǎn)生的黏性末端和限制酶 切割下來的目的基因可以互補(bǔ)配對