高中生物第4章基因工程第1节基因工程的基本原理和技术同步备课课件北师大版选修3

第1节基因工程的基本原理和技术 第4章基因工程 目标导读1 阅读教材P66 67内容 阐明基因工程的概念 特点及理论基础 2 结合教材P68图4 4 P69图4 5 理解DNA分子的切割技术和连接技术 3 分析教材P70 71图文 认识DNA分子的运输工具 运载体 重难点击1 基因工程的概念 特点及理论基础 2 DNA分子的切割技术 连接技术及运载工具 课堂导入 科学设想 能否让禾本科植物也能固定空气中的氮 能否让细菌 吐出 蚕丝 能否让微生物产生人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 经过多年努力 科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术 基因工程 这一技术是在DNA分子水平上进行的 在微小的DNA分子上进行的操作 需要专用的工具 这些工具是什么 各自的作用是什么 让我们一起来了解一下吧 解决学生疑难点 一 基因工程的概述 二 DNA分子的切割技术和连接技术 内容索引 当堂检测 三 DNA分子的运载工具 一 基因工程的概述 1 基因工程的概念基因工程也叫 它是在水平上进行的一种外科手术式的遗传操作 借助于的技术 将某种生物的提取出来 在进行加工改造或 再转移到另一种生物中去 从而地改变生物的遗传特性 创造出 DNA重组技术 分子 基础梳理 实验室 基因或基因组 生物体外 重新组合 定向 新型的生物 2 基因工程研究的理论基础 生物 大分子 半保留 扩增 中心法则 通用 转移和表达 问题探究 根据基因工程的基本原理分析回答 1 有性生殖中的基因重组是随机的 且只能在同一物种间进行 基因工程操作导致的基因重组与前述基因重组有何区别 答案基因工程可以在不同物种间进行重组 并且方向性强 可以定向地改变生物的性状 答案 2 分析不同生物的DNA分子能拼接起来的原因 答案基本组成单位相同 都是四种脱氧核糖核苷酸 双链DNA分子的空间结构相同 都是规则的双螺旋结构 答案 3 外源基因能够在受体内表达 并使受体表现出相应的性状的原因是什么 答案生物界共用一套遗传密码 相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质 拓展应用 1 目前 科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中 在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白 下列不是这一先进技术的理论依据的是A 所有生物共用一套遗传密码B 基因能控制蛋白质的合成C 兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核糖核苷酸构成的 都遵循相同的碱基互补配对原则D 兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先 答案 解析 解析题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程 目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质 说明控制其合成的信使RNA上的密码子是共用的 相同的密码子决定相同的氨基酸 A正确 基因通过转录出信使RNA 进而控制蛋白质的合成 B正确 基因是有遗传效应的DNA片段 只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则 其组成原料都是四种脱氧核糖核苷酸 C正确 生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系 D错误 二 DNA分子的切割技术和连接技术 1 DNA分子的切割技术 1 工具 2 来源 主要存在于中 3 限制性内切酶的功能特点 会识别DNA上某种核苷酸的特定和位置 在特定序列中的将DNA切开 限制性内切酶 限制酶 基础梳理 微生物 序列 特定位点 只能识别序列的位点 并且在之间将这段DNA序列切开 切开的DNA两条单链的切口之间正好互补配对 这样的切口叫做 4 实例 限制性内切酶EcoR GAATTC G和A 黏性 末端 2 DNA分子的连接技术 1 工具 2 作用 用限制酶分别把两种不同来源的DNA切成片段 混合后它们就会通过互相识别 自动靠拢 进行 黏性末端与末端之间留有的空隙则靠进行 缝合 如图 DNA连接酶 同一种 黏性末端 碱基配对 DNA连接酶 限制性内切酶的作用是切割识别特定的核苷酸序列的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 DNA连接酶的作用是催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键 从而将相邻的脱氧核糖核苷酸连接起来 而不是连接互补碱基之间的氢键 小贴士 问题探究 右图为DNA分子的切割和连接过程 请据图分析 1 限制性内切酶EcoR 的识别序列和切割位点分别是什么 答案EcoR 的识别序列为GAATTC 切割位点是在G和A之间 答案 2 由图可知DNA连接酶的作用部位是 还是 形成了什么化学键 答案DNA连接酶的作用部位为 形成了磷酸二酯键 3 DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键 二者的作用对象相同吗 为什么 答案不相同 DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来 而DNA聚合酶是将单个的脱氧核糖核苷酸加到已有的DNA片段上 答案 拓展应用 2 下表为常用的限制性内切酶 限制酶 及其识别序列和切割位点 由此推断以下说法中 正确的是 注 Y表示C或T R表示A或G A 一种限制酶只能识别一种核苷酸序列B 限制酶切割后一定形成黏性末端C 不同的限制酶可以形成相同的黏性末端D 限制酶的切割位点在识别序列内部 答案 解析 解析根据表格内容可以推知 每种限制酶都能识别特定的核苷酸序列 但不一定只能识别一种序列 如限制酶Hind A项错误 限制酶切割后能形成黏性末端或平末端 如限制酶Hind 切割后露出平末端 B项错误 不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端 如限制酶BamH 和Sau3A 切割后露出的黏性末端相同 C项正确 限制酶的切割位点可以位于识别序列的外侧 如Sau3A D项错误 1 DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 2 四种酶的作用部位 限制性内切酶 DNA连接酶 DNA聚合酶作用于 部位 DNA解旋酶作用于 部位 三 DNA分子的运载工具 1 作为运载体的条件 1 能够比较自由地进出细胞 并能在细胞内 2 能使带进去的DNA在细胞里面进行 并且保持原有特性 3 具有某些简单的特性 如 免疫性等 供重组DNA的鉴定和选择 2 运载体的种类质粒 动植物病毒 最理想的运载体是 自我复制 复制 基础梳理 抗药性 噬菌体 质粒 3 质粒 1 来源 等生物 2 本质 细菌染色体外的一种很小的分子 3 特点 能够自我 带有某些基因 报告基因 能够在细胞间钻进穿出 细菌 环状DNA 复制 抗性 质粒上还应具有一个或者多个限制性内切酶的识别序列和切割位点 以便连接上外源DNA 天然的质粒很难具有上述的所有条件 因此基因工程中使用的质粒往往是人为加工过的 小贴士 问题探究 右图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图 据图探究以下问题 答案化学本质都是DNA 答案 1 a代表的物质和质粒都能进行自我复制 它们的化学本质是什么 3 氨苄青霉素抗性基因能控制某物质的合成 该物质能抵抗氨苄青霉素 使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活 因此 氨苄青霉素抗性基因在基因工程载体上能起什么作用 2 某目的基因切割末端为 为使质粒和目的基因连接在一起 质粒应有的一段核苷酸序列及被限制性内切酶切割的末端分别是什么 答案 ACGCGT CGCGT TGCGCA A 答案用作标记基因 供重组DNA的鉴定与选择 答案 拓展应用 3 质粒之所以能做基因工程的载体 是由于它A 含蛋白质 从而能完成生命活动B 能够自我复制 且能保持连续性C 含RNA 能够指导蛋白质的合成D 具有环状结构 能够携带目的基因 答案 解析 解析质粒存在于细菌和酵母菌等生物中 是一种很小的环状DNA分子 其上有报告基因 便于检测 质粒在受体细胞中 能随受体细胞DNA的复制而复制 进行目的基因的扩增和表达 4 质粒是基因工程中最常用的载体 它存在于许多细菌体内 某细菌质粒上有标记基因如图所示 通过标记基因可以推知外源基因 目的基因 是否转入成功 外源基因插入的位置不同 细菌在培养基上的生长情况也不同 如图所示是外源基因插入位置 插入点有a b c 请根据表中提供的细菌生长情况 推测 三种重组细菌的外源基因插入点 正确的一组是 A 是c 是b 是aB 是a和b 是a 是bC 是a和b 是b 是aD 是c 是a 是b 答案 解析 解析 细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长 说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都没有被破坏 所以插入点是c 细菌不能在含四环素的培养基上生长 说明其抗四环素基因被破坏 插入点为b 细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长 说明其抗氨苄青霉素基因被破坏 故插入点为a 标记基因的筛选原理 1 前提 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因 目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力 2 过程 将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞 抗性基因在受体细胞内表达 受体细胞对该抗生素产生抗性 然后在培养基中加入该抗生素 3 结果 在培养基上 被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞 没被杀死的是具有抗性的受体细胞 含有目的基因的细胞得以筛选 课堂小结 基因工程的基本原理和技术 概念 1 原理 2 进行遗传操作 3 地改变生物的遗传特性 理论基础 1 艾弗里证明 2 沃森和克里克发现 3 尼伦伯格和霍拉纳破译 基因重组 生物体外 DNA是遗传物质 DNA分子的双螺旋结构 遗传密码 定向 分子手术刀 来源 主要存在于中作用 识别DNA上某种核苷酸的和 切割特定部位的 结果 产生 限制性内 基因工程的操作技术 切酶 基因工程的基本原理和技术 1 识别 不同来源的DNA片段通过 相互识别作用 在两个DNA片段之 间形成 分子缝纫针 2 微生物 序列 位置 磷酸二酯键 黏性末端 DNA连接 酶 黏性末 端 磷酸 二酯键 常用种类 基因工程的操作技术 基因工程的基本原理和技术 分子运输车 3 能够 稳定保存 具有报告基因 如抗药性基因等 必备条件 运载体 质粒 噬菌体 动植物病毒 自我复制 当堂检测 1 以下有关基因工程的叙述 正确的是A 基因工程是细胞水平上的生物工程B 基因工程的产物对人类都是有益的C 基因工程产生的变异属于基因突变D 基因工程育种的优点之一是目的性强 2 3 4 5 1 解析基因工程是对基因 分子结构 的操作而非细胞水平的操作 基因工程可以创造出符合人们要求的新产品 但并非一定是对人类有益的 基因工程产生的变异属于基因重组而不是基因突变 基因工程育种是按照人们的需要进行的 因而目的性强 答案 解析 A B C D 2 下列黏性末端可能由同一种限制酶切割而成的是 答案 2 3 4 1 5 解析只有 和 两个黏性末端的碱基是互补的 可能是由同一种限制酶切开形成的 解析 2 3 4 1 5 3 DNA连接酶的重要功能是A DNA复制时催化母链与子链之间形成氢键B 连接黏性末端的碱基之间的化学键C 将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来D 催化DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键 答案 解析 解析DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的 缝合 即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 它不能催化氢键的形成 也不能使已有的DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键 4 作为基因的运输工具 基因的运载体 必须具备的条件之一及理由是A 能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制 以便提供大量的目的基因B 具有一个至多个限制酶切点 以便于目的基因的表达C 具有某些报告基因 以便为目的基因的表达提供条件D 能够在宿主细胞中复制并稳定保存 以便于进行筛选 2 3 4 1 答案 5 解析 解析作为运载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达 必须能够在宿主细胞内稳定地保存并大量复制 以便通过复制提供大量的目的基因 同时要具有某些报告基因 是为了通过报告基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞 从而对受体细胞进行筛选 运载体要具有一个至多个限制酶切点 则是为了便于与外源基因连接 2 3 4 1 5 5 通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物 科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质 下图表示了这一技术的基本过程 在该工程中所用的基因 剪刀 能识别的序列和切点是 G GATCC 请回答下列问题 2 3 4 1 5 1 从羊染色体中 剪下 羊蛋白质基因的酶是 人的蛋白质基因 插入 后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是 解析基因工程所用的工具酶是限制