高中生物第4章基因工程4.1基因工程的基本原理和技术

第1节基因工程基本原理和技术1/271.简述基因工程概念和理论基础。2.记住限制性内切酶特点、作用。3.能说出DNA连接酶特点、作用方式。4.记住惯用运载体必需条件、种类及其作用与特点。2/271.基因工程概念

思索：基因工程依据原理是什么?提醒:基因重组。

3/272.基因工程研究理论基础20世纪中期,分子生物学研究主要有三大科学成就,为基因工程诞生奠定了理论基础。(1)在20世纪40年代,证实了DNA是主要遗传物质,它是遗传信息携带者。(2)在20世纪50年代,确立了DNA双螺旋构型,遵照碱基互补标准,DNA进行半保留复制。(3)在20世纪60年代,提出了“中心法则”和操纵子学说,成功地破译了遗传密码,说明了遗传信息流动与表示机制。4/273.基因工程操作技术突破(1)DNA分子切割技术①基因工程“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(简称限制性内切酶或限制酶),主要存在于微生物中。②限制性内切酶作用特点是能够识别DNA上某种核苷酸

序列和位置,并在这个位置切开DNA分子。③限制性内切酶切割产生DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。(2)DNA分子连接技术“分子缝纫针”——连接酶作用是将两个含有相同末端DNA片段连接起来。

5/27(3)DNA分子运载工具运载体必须具备条件:①必须是一个能够自我复制较小DNA分子;②能使带进去DNA在细胞里面进行复制,而且依然保持原有特征;③作为载体最好含有一些简单特征,如抗药性、免疫性等。惯用运载体包含质粒、噬菌体和动植物病毒。最理想运载体是质粒,它是细菌染色体外一个很小环状DNA分子,能进行自我复制,带有某种抗性基因,能在细胞之间钻进穿出。6/271.限制性内切酶与DNA连接酶(1)限制性内切酶尤其提醒限制性内切酶含有专一性,能识别特定DNA序列,切出能互补配正确黏性末端或平末端。7/27(2)限制性内切酶与DNA连接酶比较①区分②二者关系可表示为:8/27尤其提醒(1)核苷酸分子间氢键是分子间作用力,

其断裂与重新形成均与限制性内切酶、DNA连接酶无关。(2)限制性内切酶不切割本身DNA原因是原核生物中不存在该酶识别序列或识别序列已经被修饰。

(3)DNA连接酶起作用时不需要模板。9/27(3)DNA连接酶与DNA聚合酶区分

10/272.几个与DNA相关酶(1)几个酶比较11/27(2)上述几个酶作用部位图解

作用于图中a(磷酸二酯键)且催化a键断裂酶有:限制性内切酶、DNA酶。催化a键形成酶有:DNA聚合酶、DNA连接酶。作用于图中b(氢键)酶:解旋酶。12/273.运载体(1)运载体作用是将外源基因导入受体细胞,使其在受体细胞内稳定遗传并表示。当前,惯用运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。(2)运载体必须具备条件13/27题型一题型二题型三题型四基因工程【典例1】

以下相关基因工程叙述,不正确是(

)A.基因工程又叫做DNA重组技术B.对生物基因进行改造或重新组合,定向地改造生物遗传特征C.在医药卫生、农牧业和环境保护等方面有广泛应用D.可对任何物种进行改造,控制生物进化解析:基因工程又叫DNA重组技术或基因拼接技术,能够定向地改造生物遗传特征,不过无法改造物种,更不可能控制生物进化。答案:D14/27题型一题型二题型三题型四归纳点拨不一样生物DNA能够重组基础(1)基本组成单位相同:不一样生物DNA分子都是由脱氧核苷酸组成。(2)空间结构相同:不一样生物DNA分子普通都是由两条反向平行脱氧核苷酸长链形成规则双螺旋结构。(3)碱基配对方式相同:不一样生物DNA分子中两条链之间碱基互补配对方式均是A与T配对,G与C配对。15/27题型一题型二题型三题型四基因工程工具酶——限制性内切酶【典例2】

以下关于限制性内切酶说法,正确是

(

)A.限制性内切酶广泛存在于各种生物中,但微生物中极少B.一个限制性内切酶只能识别一个特定核苷酸序列C.不一样限制性内切酶切割DNA后都会形成黏性末端D.限制性内切酶作用部位是特定核苷酸形成氢键解析:限制性内切酶主要存在于微生物中,其作用部位是特定序列中两个核苷酸之间磷酸二酯键。限制性内切酶切割DNA后形成末端有黏性末端和平末端两种。答案:B16/27题型一题型二题型三题型四反思领悟相关限制性内切酶知识需注意以下几点:(1)限制性内切酶主要存在于微生物中,尤其是原核生物中;(2)限制性内切酶含有特异性,不一样限制性内切酶切割DNA位点不一样;(3)限制性内切酶是一类酶,而不是一个酶;(4)限制性内切酶化学本质为蛋白质,其作用发挥需要适宜理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。17/27题型一题型二题型三题型四基因工程工具酶——DNA连接酶【典例3】

以下相关DNA连接酶和DNA聚合酶说法,正确是(

)A.DNA连接酶和DNA聚合酶都需要模板,其目标都是合成DNA分子B.DNA连接酶不需要四种脱氧核苷酸作为原料C.DNA连接酶是在细胞核内合成,而DNA聚合酶是在核糖体上合成D.DNA连接酶连接是氢键和磷酸二酯键18/27题型一题型二题型三题型四解析:DNA聚合酶和DNA连接酶都是催化形成磷酸二酯键,只是前者是将单个脱氧核苷酸连接到已经有核苷酸片段上,后者是将两个DNA片段经过形成磷酸二酯键连接起来。它们化学本质都是蛋白质,都是在细胞内核糖体上合成。DNA聚合酶催化DNA单链合成时需要四种脱氧核苷酸作为原料,且需要模板,不过DNA连接酶催化DNA片段连接时不需要四种脱氧核苷酸作为原料,也不需要模板。答案:B19/27题型一题型二题型三题型四方法规律DNA连接酶作用部位辨析(1)图示

(2)分析①针对上图,不要认为DNA连接酶作用于碱基对之间氢键。②DNA连接酶作用于图中“断口”处,形成磷酸二酯键。③比喻:DNA连接酶“不是作用于梯子踏板处,而是作用于扶手断口处”。20/27题型一题型二题型三题型四基因工程运载工具——运载体【典例4】

运载体作为基因运载工具,必须具备条件及理由是(

)A.能够在受体细胞中稳定地保留下来并大量复制,方便提供大量目标基因B.含有多个限制性内切酶切点,方便于目标基因表示C.含有一些标识基因,方便为目标基因表示提供条件D.能够在受体细胞中复制并稳定保留,方便于进行筛选解析:运载体能够稳定地在受体细胞内存在且复制特征,能够到达大量复制目标基因目标。含有多个限制性内切酶切点,方便于外源DNA分子插入。含有一些标识基因,方便于判定和筛选重组DNA分子。答案:A21/27题型一题型二题型三题型四反思领悟(1)标识基因作用是便于对目标基因是否导入受体细胞进行检测,起到筛选作用,不过目标基因是否表示不能用标识基因来检测。(2)选择限制性内切酶时,要确定被选限制性内切酶不能破坏标识基因核苷酸序列,不然就失去标识基因作用。(3)基因工程中运载体与细胞膜上物质运输载体不一样。基因工程中运载体是DNA分子,能将目标基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜通透性相关。(4)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。22/27123451.以下叙述符合基因工程概念是(

)A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中抗体基因B.将人干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,取得能产生人干扰素菌株C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,经过筛选取得青霉素高产菌株D.自然界中天然存在噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上解析:A项属于细胞工程;C项属于诱变育种;D项属于噬菌体侵染细菌;B项中将人干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌,取得能产生人干扰素菌株,符合基因工程概念和特点。答案:B23/27123452.以下相关基因工程中限制性内切酶叙述,错误是

(

)A.一个限制性内切酶只能识别一个特定脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶活性受温度影响

C.限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶主要是从原核生物中提取解析:限制性内切酶化学本质是蛋白质,其活性受温度和pH影响。限制性内切酶特点是能识别双链DNA中特定核苷酸序列,可在特定位点进行切割。限制性内切酶主要是从原核生物体内分离出来。限制性内切酶不能识别和切割RNA。答案:C24/27123453.下列图所表示为部分双链DNA片段,以下相关叙述错误是(

)A.切断a处酶可是限制性内切酶B.连接a处酶可是DNA连接酶C.切断b处酶为DNA解旋酶D.连接b处酶为RNA聚合酶解析:限制性内切酶能识别特定核苷酸序列,而且能在特定切点上切割DNA分子,即能切割DNA链外侧磷酸二酯键(图中a处)。内侧碱基对之间氢键(b处)可经过DNA解旋酶水解。DNA连接酶能将切断磷酸二酯键进行连接,即连接图中a处。RNA聚合酶作用是催化DNA转录。答案:D25/27123454.限制性内切酶Mun

Ⅰ和限制性内切酶EcoRⅠ识别序列及切割位点分别是—C↓TTAAG—和—G↓AATTC—。下列图表示四种质粒和目标基因,其中箭头所指部位为限制性内切酶识别位点,质粒阴影部分表示标识基因。适于作为图示目标基因运载体质粒是(

)解析:由图可知,质粒B上无标识基因,不适合作为运载体;质粒C和D标识基因上都有限制性内切酶识别位点;