1、第3章 基 因 工 程 第1节 重组DNA技术的基本工具 必备知识必备知识素养奠基素养奠基 一、基因工程的诞生和发展一、基因工程的诞生和发展 判一判判一判: :基于基因工程相关基础理论的突破和技术的创新基于基因工程相关基础理论的突破和技术的创新, ,判断下列说法的正判断下列说法的正 误。误。 1.19531.1953年年, ,沃森和克里克建立了沃森和克里克建立了DNADNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型, ,并用实验证明了并用实验证明了DNADNA分分 子的半保留复制。子的半保留复制。 ( )( ) 提示提示: :DNADNA分子半保留复制是梅塞尔森和斯塔尔用实验证明的。分子半保留复制是
2、梅塞尔森和斯塔尔用实验证明的。 2.19702.1970年年, ,在细菌体内发现了第一个限制酶在细菌体内发现了第一个限制酶, ,后来又发现了多种限制酶、后来又发现了多种限制酶、DNADNA连连 接酶等。接酶等。 ( )( ) 3.19723.1972年年, ,伯格首先在体外进行伯格首先在体外进行DNADNA改造改造, ,并构建了第一个体外重组并构建了第一个体外重组DNADNA分子。分子。 ( )( ) 4.19834.1983年年, ,科学家采用花粉管通道法培育了世界上第一例转基因烟草。科学家采用花粉管通道法培育了世界上第一例转基因烟草。 ( )( ) 提示提示: :第一例转基因烟草是用农杆菌
3、转化法培育的。第一例转基因烟草是用农杆菌转化法培育的。 5.19845.1984年年, ,我国科学家朱作言领导的团队培育了世界上第一条转基因鱼。我国科学家朱作言领导的团队培育了世界上第一条转基因鱼。 ( )( ) 6.6.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来 的。的。 ( )( ) 二、限制性内切核酸酶二、限制性内切核酸酶“分子手术刀”分子手术刀” 1.1.来源来源: :主要来自主要来自_。 2.2.特点特点: :具有具有_性。性。 (1)(1)识别识别DNADNA分子的分子的_。 (2)(2)切割特定
4、部位的两个核苷酸之间的切割特定部位的两个核苷酸之间的_键。键。 原核生物原核生物 专一专一 特定核苷酸序列特定核苷酸序列 磷酸二酯磷酸二酯 3.3.结果结果: : 【激疑激疑】限制酶来源于原核生物限制酶来源于原核生物, ,为什么限制酶不剪切细菌本身的为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA?DNA? 提示提示: :细菌细菌DNADNA缺乏特定的核苷酸序列缺乏特定的核苷酸序列, ,限制酶无法识别这些限制酶无法识别这些DNA,DNA,故不能剪切。故不能剪切。 三、三、DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针”分子缝合针” 1.1.作用作用: :将将_“_“缝合”起来缝合”起来, ,恢复被恢复被_切开的两个核
5、苷酸之间的切开的两个核苷酸之间的 _。 2.2.种类种类: : 种种 类类 来来 源源 特特 点点 _ DNADNA连接酶连接酶 _ 只能“缝合”具有只能“缝合”具有_的的 双链双链DNADNA片段片段 T4DNAT4DNA 连接酶连接酶 T4T4噬菌体噬菌体 既可以“缝合”双链既可以“缝合”双链DNADNA片段互补的片段互补的 _,_,又可以“缝合”双链又可以“缝合”双链DNADNA 片段的片段的_ 双链双链DNADNA片段片段 限制酶限制酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 大肠杆菌大肠杆菌 互补黏性末端互补黏性末端 黏性末端黏性末端 平末端平末端 E.coli 四、基因进入受体细胞的载体四、基因进入
6、受体细胞的载体“分子运输车”分子运输车” 1.1.种类种类: :质粒、质粒、_、动植物病毒等。、动植物病毒等。 2.2.常用载体常用载体质粒质粒 (1)(1)本质本质: :质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞 _之外之外, ,并具有自我复制能力的并具有自我复制能力的_分子。分子。 (2)(2)作为载体的三个条件。作为载体的三个条件。 质粒质粒DNADNA分子上有一个或多个分子上有一个或多个_位点。位点。 能在细胞内自我复制能在细胞内自我复制, ,或整合到或整合到_上上, ,随受体随受体DNADNA同步复制。同步复制
7、。 含有特殊的含有特殊的_基因。基因。 噬菌体噬菌体 拟核拟核DNADNA 环状双链环状双链DNADNA 限制酶切割限制酶切割 受体受体DNADNA 标记标记 五、五、DNADNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定 1.1.实验原理实验原理: : (1)DNA(1)DNA、RNARNA、蛋白质和脂质等在、蛋白质和脂质等在_方面有差异方面有差异, ,选用适当的物选用适当的物 理或化学方法对它们进行提取。理或化学方法对它们进行提取。 DNADNA不溶于酒精不溶于酒精, ,某些蛋白质溶于某些蛋白质溶于_,_,分离分离DNADNA和蛋白质。和蛋白质。 DNADNA能溶于能溶于_mol/L_mol/L的的Na
8、ClNaCl溶液。溶液。 (2)DNA(2)DNA遇遇_试剂会呈现蓝色。试剂会呈现蓝色。 物理和化学性质物理和化学性质 酒精酒精 2 2 二苯胺二苯胺 2.2.方法步骤方法步骤: : (1)(1)研磨研磨: :取取30g30g洋葱切碎洋葱切碎, ,倒入倒入10 mL10 mL研磨液研磨。研磨液研磨。 (2)(2)除杂除杂: :漏斗中垫上纱布过滤后漏斗中垫上纱布过滤后, ,在在4 4 冰箱静置后取冰箱静置后取_,1 500 r/min_,1 500 r/min的的 转速下离心后取转速下离心后取_。 (3)(3)提取提取: :加入体积相等、体积分数加入体积相等、体积分数95%95%酒精酒精, ,溶
9、液出现白色的丝状物是溶液出现白色的丝状物是_。 方法一方法一: :用玻璃杯按用玻璃杯按_(_(填“一个”或“两个”填“一个”或“两个”) )方向搅拌方向搅拌, ,卷起丝状物卷起丝状物, ,用滤用滤 纸吸去上面的水分。纸吸去上面的水分。 方法二方法二:10 000 r/min:10 000 r/min的转速下离心的转速下离心5 min,5 min,取取_晾干。晾干。 上清液上清液 上清液上清液 DNADNA 一个一个 沉淀物沉淀物 (4)(4)鉴定鉴定: : 项目项目 A A B B 2 mol/L2 mol/L的的NaClNaCl溶液溶液 5 mL5 mL 丝状物或沉淀物丝状物或沉淀物 不加不
10、加 加入加入 _试剂试剂4 mL4 mL _加热加热5 min5 min 现象现象 无色无色 _ 二苯胺二苯胺 沸水中沸水中 蓝色蓝色 【激疑激疑】 DNADNA的鉴定和还原糖的鉴定都需要加热的鉴定和还原糖的鉴定都需要加热, ,它们有什么不同它们有什么不同? ? 提示提示: :还原糖加斐林试剂后还原糖加斐林试剂后, ,置于置于555565 65 热水中加热热水中加热; ;而而DNADNA加二苯胺试剂后加二苯胺试剂后, , 置于沸水中加热。置于沸水中加热。 关键能力关键能力素养形成素养形成 知识点一知识点一 基因工程中的工具酶基因工程中的工具酶 1.1.限制酶限制酶: : (1)(1)限制酶的作
11、用。限制酶的作用。 限制酶具有特殊的识别和切割功能限制酶具有特殊的识别和切割功能, ,在基因工程中在基因工程中, ,一方面被用于切割含目的一方面被用于切割含目的 基因的基因的DNADNA分子分子, ,以获取目的基因以获取目的基因; ;另一方面用于切割载体。另一方面用于切割载体。 (2)(2)识别序列的特点识别序列的特点: :呈现碱基互补对称呈现碱基互补对称, ,无论是奇数个碱基无论是奇数个碱基, ,还是偶数个碱基还是偶数个碱基, , 都可以找到一条中心轴线都可以找到一条中心轴线, ,中轴线两侧的双链中轴线两侧的双链DNADNA上的碱基是反向对称重复排上的碱基是反向对称重复排 列的。如列的。如
12、以中心线为轴以中心线为轴, ,两侧碱基互补对称两侧碱基互补对称; ; 以以 为轴为轴, , 两侧碱基互补对称。两侧碱基互补对称。 (3)(3)限制酶切割方式限制酶切割方式: : 上下交错切割上下交错切割: :限制酶在限制酶在DNADNA双链的不同位置切割双链的不同位置切割DNA(DNA(即在识别序列的中轴线即在识别序列的中轴线 两侧切割两侧切割),),产生的产生的DNADNA片段的末端两条链一长一短片段的末端两条链一长一短, ,不是平齐的不是平齐的, ,即黏性末端即黏性末端, , 如图如图: : 上下对称切割上下对称切割: :限制酶在限制酶在DNADNA双链的相同位置切割双链的相同位置切割DN
13、A(DNA(即沿着识别序列的中轴即沿着识别序列的中轴 线切割线切割),),这样产生的末端两条链平齐这样产生的末端两条链平齐, ,即平末端即平末端, ,如图如图: : 2.DNA2.DNA连接酶连接酶: : (1)(1)作用作用: : 将具有相同或互补黏性末端以及具有平末端的将具有相同或互补黏性末端以及具有平末端的DNADNA片段“缝合”成新的片段“缝合”成新的DNADNA分子。分子。 (2)(2)连接方式连接方式: : DNADNA连接酶可把黏性末端和平末端之间的缝隙“缝合”起来连接酶可把黏性末端和平末端之间的缝隙“缝合”起来, ,相当于把梯子两边相当于把梯子两边 的扶手的断口连接起来的扶手的
14、断口连接起来, ,形成两个磷酸二酯键。形成两个磷酸二酯键。DNADNA连接酶与碱基之间的氢键形连接酶与碱基之间的氢键形 成无关。成无关。 3.3.与与DNADNA相关的五种酶的比较相关的五种酶的比较: : 名称名称 作用部位作用部位 作用结果作用结果 限制酶限制酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 将将DNADNA切成两个片段切成两个片段 DNADNA 连接酶连接酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 将两个将两个DNADNA片段连接为一个片段连接为一个 DNADNA分子分子 DNADNA 聚合酶聚合酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接将单个脱氧核苷酸依次连接 到单链末端到单链末端 DNA (DNA (水
15、水 解解) )酶酶 磷酸二酯键磷酸二酯键 将将DNADNA片段水解为单个脱氧核片段水解为单个脱氧核 苷酸苷酸 解旋酶解旋酶 碱基对之碱基对之 间的氢键间的氢键 将双链将双链DNADNA分子局部解旋为单分子局部解旋为单 链链, ,形成两条长链形成两条长链 【特别提醒特别提醒】限制酶和限制酶和DNADNA连接酶连接酶 (1)(1)同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端, ,相同的黏性末端不一定来自同一相同的黏性末端不一定来自同一 种限制酶的切割种限制酶的切割, ,但同样能相互连接。但同样能相互连接。 (2)(2)限制酶和限制酶和DNADNA连接酶作用部位相同连接酶
16、作用部位相同, ,但作用正好相反但作用正好相反, ,都作用于特定部位的磷都作用于特定部位的磷 酸二酯键酸二酯键, ,前者是“切割”前者是“切割”, ,后者是“缝合”。后者是“缝合”。 (3)DNA(3)DNA连接酶种类少连接酶种类少:DNA:DNA连接酶无识别的特异性连接酶无识别的特异性, ,对于相同或互补的黏性末端对于相同或互补的黏性末端 以及平末端都能连接。所以以及平末端都能连接。所以, ,限制酶种类多限制酶种类多,DNA,DNA连接酶种类少。连接酶种类少。 【素养案例素养案例】 如表所示为如表所示为4 4种限制酶的识别序列及其切割位点种限制酶的识别序列及其切割位点, ,请回答下列问题请回
17、答下列问题: : (1)(1)从表中从表中4 4种酶的切割位点看种酶的切割位点看, ,可以切出平末端的酶是可以切出平末端的酶是_。 (2)(2)限制酶切割的限制酶切割的DNADNA片段的缝合依靠的是片段的缝合依靠的是_酶酶, ,它的作用是形成它的作用是形成 磷酸二酯键磷酸二酯键; ;两条链间的碱基对通过两条链间的碱基对通过_连接起来。连接起来。 (3)(3)图图1 1中的质粒分子可被表中限制酶中的质粒分子可被表中限制酶_切割。切割。 (4)(4)在相关酶的作用下在相关酶的作用下, ,图图1 1中的甲与图中的甲与图2 2中的乙中的乙_( (填“能”或“不能”填“能”或“不能”) ) 拼接起来。请
18、说明理由拼接起来。请说明理由: :_。 【解题导引解题导引】解答本题思维流程如下解答本题思维流程如下: : 【解析解析】(1)(1)由表中由表中4 4种限制酶的切割位点可知种限制酶的切割位点可知, ,SmaSma可切出平末端。可切出平末端。(2)(2)限制限制 酶切割的酶切割的DNADNA片段缝合时用片段缝合时用DNADNA连接酶进行连接连接酶进行连接, ,形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键; ;两条链之间的两条链之间的 碱基依据碱基互补配对原则形成氢键。碱基依据碱基互补配对原则形成氢键。(3)(3)根据质粒的碱基序列可知根据质粒的碱基序列可知, ,质粒分子质粒分子 可被限制酶可被限制酶EcoEco
19、RR切割切割, ,切割后形成链状切割后形成链状DNADNA。(4)(4)由图可知由图可知, ,甲和乙的黏性末端甲和乙的黏性末端 相同相同, ,在在DNADNA连接酶的作用下可以拼接起来。连接酶的作用下可以拼接起来。 答案答案: :(1)(1)SmaSma (2)DNA(2)DNA连接连接 氢键氢键 (3)(3)EcoEcoRR (4)(4)能能 二者具有相同的黏性末端二者具有相同的黏性末端 【素养素养探究探究母题追问母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维模型与建模模型与建模 如图是某同学画出的限制酶如图是某同学画出的限制酶BamBamHH和和HindHind切割产生的黏性末端切割产生的黏性末
20、端, ,判断他的写判断他的写 法是否正确法是否正确? ?如果不正确如果不正确, ,请改正。请改正。 提示提示: :限制酶限制酶BamBamHH切割产生的黏性末端不正确切割产生的黏性末端不正确, ,限制酶限制酶HindHind切割产生的黏性切割产生的黏性 末端正确。末端正确。 限制酶限制酶BamBamHH产生的黏性末端为产生的黏性末端为 - -G G GATCCGATCC- - - -CCTAGCCTAG G G- - (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为同一限制酶切割产生相同的黏性末端某同学认为同一限制酶切割产生相同的黏性末端,DNA,DNA连接酶可以连接相同的黏连接酶
21、可以连接相同的黏 性末端性末端, ,因此基因工程必须使用同一种限制酶处理后的黏性末端才能用因此基因工程必须使用同一种限制酶处理后的黏性末端才能用DNADNA连接连接 酶连接酶连接, ,这个同学的说法正确吗这个同学的说法正确吗? ?说明你的理由。说明你的理由。 提示提示: :不对。不同的限制酶也可能产生相同的黏性末端不对。不同的限制酶也可能产生相同的黏性末端, ,因此基因工程中也可使因此基因工程中也可使 用不同的限制酶处理获得相同的黏性末端。用不同的限制酶处理获得相同的黏性末端。 【素养素养迁移迁移】 下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的 ( (
22、) ) A.1A.1种种 B.2B.2种种 C.3C.3种种 D.4D.4种种 【解析解析】选选C C。图中为相同的平末端。图中为相同的平末端, ,可能由同一种限制酶切割所得可能由同一种限制酶切割所得, ,所以所以 图示四种末端至少是由图示四种末端至少是由3 3种限制酶作用产生的。种限制酶作用产生的。 【补偿训练补偿训练】 在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是 ( ( ) ) A.A.限制酶和限制酶和DNADNA连接酶连接酶 B.B.限制酶和水解酶限制酶和水解酶 C.C.限制酶和载体限制酶和载体 D.DNAD.DNA连接酶和载体连接酶和载体 【解析解
23、析】选选A A。基因工程中的操作工具有。基因工程中的操作工具有3 3种种, ,即“分子手术刀”“分子缝合即“分子手术刀”“分子缝合 针”“分子运输车”。限制酶的作用是通过识别和切割从针”“分子运输车”。限制酶的作用是通过识别和切割从DNADNA分子上获取目的分子上获取目的 基因基因, ,而而DNADNA连接酶是将目的基因连接到载体上连接酶是将目的基因连接到载体上, ,载体起运输工具的作用载体起运输工具的作用, ,携带着携带着 目的基因进入受体细胞。显然目的基因进入受体细胞。显然, ,对基因起修饰改造作用的是限制酶和对基因起修饰改造作用的是限制酶和DNADNA连接酶。连接酶。 知识点二知识点二
24、基因工程中常用的载体基因工程中常用的载体 1.1.特点特点: :质粒是一种裸露的、结构简单、具有自我复制能力的双链环状质粒是一种裸露的、结构简单、具有自我复制能力的双链环状DNADNA分子。分子。 2.2.本质本质: :质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNADNA之外的小型之外的小型DNADNA分子分子, , 不是细胞器。不是细胞器。 3.3.质粒作为载体所具备的条件质粒作为载体所具备的条件: : 条条 件件 分分 析析 稳定并能复制稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大目的基因稳定存在且数量可扩大 有一个至多个有一个至多个 限制酶切割位点限
25、制酶切割位点 可携带多个可携带多个 或多种外源基因或多种外源基因 具有特殊的标记基因具有特殊的标记基因 便于重组便于重组DNADNA的鉴定和选择的鉴定和选择 无毒害作用无毒害作用 避免受体细胞受到损伤避免受体细胞受到损伤 4.4.标记基因的筛选原理标记基因的筛选原理: : 载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因, ,而未导入该基因的受体细胞而未导入该基因的受体细胞 没有抵抗该抗生素的能力。没有抵抗该抗生素的能力。 将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞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抗性基因在受体细胞内表达,
26、 ,受受 体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上, ,能够生存的是被导能够生存的是被导 入了基因表达载体的受体细胞。如图所示入了基因表达载体的受体细胞。如图所示: : 【特别提醒特别提醒】 细胞膜上的载体与基因工程中的载体的两个“不同”细胞膜上的载体与基因工程中的载体的两个“不同” (1)(1)化学本质不同化学本质不同: : 细胞膜上的载体化学成分是蛋白质。细胞膜上的载体化学成分是蛋白质。 基因工程中的载体可能是物质基因工程中的载体可能是物质, ,如质粒如质粒(DNA),(DNA),也可能是生物也可能是生物, ,如噬菌体、动植如噬菌
27、体、动植 物病毒等。物病毒等。 (2)(2)功能不同功能不同: : 细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞。细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞。 基因工程中的载体是一种“分子运输车”基因工程中的载体是一种“分子运输车”, ,把目的基因导入受体细胞。把目的基因导入受体细胞。 【素养案例素养案例】 某细菌质粒如图所示某细菌质粒如图所示, ,通过标记基因可以推知外源基因插入的位置通过标记基因可以推知外源基因插入的位置, ,图示中的图示中的a a、 b b、c c是外源基因插入位置是外源基因插入位置, ,请根据表中提供的细菌生长情况请根据表中提供的细菌生长情况, ,推测三种重推测三
28、种重 组后细菌的外源基因插入点组后细菌的外源基因插入点, ,正确的一组是正确的一组是 ( ( ) ) 细菌在含氨苄青霉素细菌在含氨苄青霉素 的培养基上的生长状的培养基上的生长状 况况 细菌在含四环素的培细菌在含四环素的培 养基上的生长状况养基上的生长状况 能生长能生长 能生长能生长 能生长能生长 不能生长不能生长 不能生长不能生长 能生长能生长 A.A.是是c;c;是是b;b;是是a a B.B.是是a a和和b;b;是是a;a;是是b b C.C.是是a a和和b;b;是是b;b;是是a a D.D.是是c;c;是是a;a;是是b b 【解题导引】【解题导引】解答本题注意两个方面解答本题注意
29、两个方面: : (1)(1)理解抗性基因理解抗性基因: : 抗四环素基因抗四环素基因: :使细菌能在含四环素的培养基上生长。使细菌能在含四环素的培养基上生长。 抗氨苄青霉素基因抗氨苄青霉素基因: :使细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长。使细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长。 (2)(2)质粒上标记基因的作用质粒上标记基因的作用: :用于重组用于重组DNADNA分子的筛选。分子的筛选。 【解析解析】选选A A。细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长。细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长, ,说明抗氨苄说明抗氨苄 青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏, ,
30、所以插入点是所以插入点是c;c;细菌能在含氨苄青细菌能在含氨苄青 霉素的培养基上生长霉素的培养基上生长, ,而不能在含四环素的培养基上生长而不能在含四环素的培养基上生长, ,说明其抗氨苄青霉素说明其抗氨苄青霉素 基因正常而抗四环素基因被破坏基因正常而抗四环素基因被破坏, ,故插入点为故插入点为b;b;细菌不能在含氨苄青霉素的细菌不能在含氨苄青霉素的 培养基上生长培养基上生长, ,能在含四环素的培养基上生长能在含四环素的培养基上生长, ,说明其抗氨苄青霉素基因被插入说明其抗氨苄青霉素基因被插入 而破坏而破坏, ,故插入点为故插入点为a a。 【素养【素养探究探究母题追问】母题追问】 (1)(1)
31、科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 将外源基因插入质粒中需要借助哪些工具酶将外源基因插入质粒中需要借助哪些工具酶? ? 提示提示: :限制酶和限制酶和DNADNA连接酶。连接酶。 (2)(2)科学探究科学探究结果的讨论与交流结果的讨论与交流 天然的质粒可以直接用作基因工程载体吗天然的质粒可以直接用作基因工程载体吗? ?为什么为什么? ? 提示提示: :不能不能, ,自然存在的质粒自然存在的质粒DNADNA分子并不完全具备作为载体条件分子并不完全具备作为载体条件, ,都要进行人工都要进行人工 改造后才能用作基因工程载体。改造后才能用作基因工程载体。 【素养【素养迁移】迁移】 限制酶限制酶MuM
32、unn和限制酶和限制酶EcoEcoR R 的识别序列及切割位点分别是的识别序列及切割位点分别是 和和 。如图表示四种质粒和目的基因。如图表示四种质粒和目的基因, ,其中其中, ,质粒上箭头所指部位为酶质粒上箭头所指部位为酶 的识别位点的识别位点, ,阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是 ( ( ) ) 【解题关键】【解题关键】作为载体的质粒必须与目的基因具有相同的限制酶切点作为载体的质粒必须与目的基因具有相同的限制酶切点, ,并且该并且该 切点不能破坏质粒的标记基因。切点不能破坏质粒的标记基因。 【解析解析】选选A A。用
33、限制酶。用限制酶MuMunn切割切割A A质粒后质粒后, ,不会破坏标记基因不会破坏标记基因, ,而且还能产生而且还能产生 与目的基因两侧黏性末端相同的末端与目的基因两侧黏性末端相同的末端, ,适于作为目的基因的载体。适于作为目的基因的载体。B B项中质粒没项中质粒没 有标记基因有标记基因, ,不适于作为目的基因的载体。不适于作为目的基因的载体。C C、D D质粒含有标记基因质粒含有标记基因, ,但用限制酶但用限制酶 切割后会被破坏切割后会被破坏, ,因此不适于作为目的基因的载体。因此不适于作为目的基因的载体。 【课堂回眸课堂回眸】 课堂检测课堂检测素养达标素养达标 【概念概念诊断诊断】 1.
34、“1.“工欲善其事工欲善其事, ,必先利其器”基因工程对体外必先利其器”基因工程对体外DNADNA分子“切割”“拼接”并导分子“切割”“拼接”并导 入受体细胞中至少需要三种工具入受体细胞中至少需要三种工具, ,下列有关基因工程中的三种工具的描述合理下列有关基因工程中的三种工具的描述合理 的是的是_。 DNADNA重组技术的原理是基因突变重组技术的原理是基因突变 限制酶和解旋酶的作用部位相同限制酶和解旋酶的作用部位相同 作为载体作为载体, ,必须要有标记基因等结构必须要有标记基因等结构 T4DNAT4DNA连接酶既能连接黏性末端连接酶既能连接黏性末端, ,又能连接平末端又能连接平末端 DNADN
35、A连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端, ,故该酶没有专一性故该酶没有专一性 【解析解析】选。选。DNADNA重组技术的原理是基因重组重组技术的原理是基因重组, ,错误错误; ;限制酶作用于磷酸限制酶作用于磷酸 二酯键二酯键, ,解旋酶作用于氢键解旋酶作用于氢键, ,错误错误; ;作为载体作为载体, ,必须能进行自我复制、具有标记必须能进行自我复制、具有标记 基因、有一个或多个限制酶切割位点等基因、有一个或多个限制酶切割位点等, ,正确正确;T4DNA;T4DNA连接酶既能连接黏性末连接酶既能连接黏性末 端端, ,又能连接平末端又能连接平末端, ,正确正确;
36、 ;任何酶都具有专一性。酶的专一性是指一种酶只任何酶都具有专一性。酶的专一性是指一种酶只 能催化一种或一类化学反应能催化一种或一类化学反应, ,黏性末端相连接属于一类合成反应黏性末端相连接属于一类合成反应, ,错误。错误。 2.2.下列关于基因工程工具酶的说法下列关于基因工程工具酶的说法, ,正确的是正确的是 ( ( ) ) A.A.E.coliE.coli DNADNA连接酶既能够连接平末端连接酶既能够连接平末端, ,也可以连接黏性末端也可以连接黏性末端 B.B.每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列, ,并在特定位点进行切割并在特定位点进行切割, ,体现了酶的
37、体现了酶的 专一性专一性 C.DNAC.DNA连接酶连接的是碱基间的氢键连接酶连接的是碱基间的氢键 D.D.限制酶、限制酶、DNADNA连接酶和质粒是基因工程常用的工具酶连接酶和质粒是基因工程常用的工具酶 【解析解析】选选B B。E.coliE.coli DNADNA连接酶只能连接黏性末端连接酶只能连接黏性末端, ,不能连接平末端不能连接平末端,A,A项错误项错误; ; 每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列, ,并在特定的位点上切割并在特定的位点上切割DNADNA分子分子, ,体现体现 了酶的专一性了酶的专一性,B,B项正确项正确;DNA;DNA连接酶连接的是两
38、个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯连接酶连接的是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯 键键,C,C项错误项错误; ;限制酶和限制酶和DNADNA连接酶是基因工程常用的工具酶连接酶是基因工程常用的工具酶, ,但质粒是载体但质粒是载体, ,不是不是 工具酶工具酶,D,D项错误。项错误。 3.3.如图表示限制酶切割某如图表示限制酶切割某DNADNA的过程的过程, ,从图中可知从图中可知, ,该限制酶能识别的碱基序列该限制酶能识别的碱基序列 及切点是及切点是 ( ( ) ) A.CTTAAG,A.CTTAAG,切点在切点在C C和和T T之间之间 B.CTTAAG,B.CTTAAG,切点在切点在G G和和A A之间之
39、间 C.GAATTC,C.GAATTC,切点在切点在G G和和A A之间之间 D.CTTAAC,D.CTTAAC,切点在切点在C C和和T T之间之间 【解析解析】选选C C。据图分析可知。据图分析可知, ,识别的序列为识别的序列为GAATTC,GAATTC,切割的位点在切割的位点在GAGA之间。之间。 4.4.如图为如图为DNADNA分子的某一片段分子的某一片段, ,其中分别表示某种酶的作用部位其中分别表示某种酶的作用部位, ,则相应则相应 的酶依次是的酶依次是 ( ( ) ) A.DNAA.DNA连接酶、限制酶、解旋酶连接酶、限制酶、解旋酶 B.B.限制酶、解旋酶、限制酶、解旋酶、DNAD
40、NA连接酶连接酶 C.C.限制酶、限制酶、DNADNA连接酶、解旋酶连接酶、解旋酶 D.D.解旋酶、限制酶、解旋酶、限制酶、DNADNA连接酶连接酶 【解析解析】选选D D。是氢键是氢键, ,是解旋酶的作用位点是解旋酶的作用位点; ;是磷酸二酯键是磷酸二酯键, ,限制酶可将其限制酶可将其 断裂断裂; ;是是DNADNA连接酶连接酶, ,可将可将DNADNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。片段之间的磷酸二酯键连接起来。 5.5.作为目的基因的运输工具作为目的基因的运输工具质粒质粒, ,必须具备的条件之一及理由是必须具备的条件之一及理由是( ( ) ) A.A.能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复
41、制能够在受体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以便提供大量的目的基因 B.B.具有多个限制酶切割位点具有多个限制酶切割位点, ,以便于目的基因的表达以便于目的基因的表达 C.C.具有某些标记基因具有某些标记基因, ,以便为目的基因的表达提供条件以便为目的基因的表达提供条件 D.D.能够在受体细胞中复制并稳定保存能够在受体细胞中复制并稳定保存, ,以便于进行筛选以便于进行筛选 【解析解析】选选A A。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达, ,必须能够在必须能够在 受体细胞内稳定地保存并大量复制受体细胞内稳定地保存并大量
42、复制, ,以便通过复制提供大量目的基因。同时要以便通过复制提供大量目的基因。同时要 具有某些标记基因具有某些标记基因, ,是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了 受体细胞受体细胞, ,从而进行筛选受体细胞。载体要具有多个限制酶切割位点从而进行筛选受体细胞。载体要具有多个限制酶切割位点, ,则是为了则是为了 便于与外源基因连接。便于与外源基因连接。 【思维思维跃迁跃迁】 6.(20166.(2016全国卷全国卷)某一质粒载体如图所示某一质粒载体如图所示, ,外源外源DNADNA插入插入AmpAmpr r或或TetTetr r中会导致中
43、会导致 相应的基因失活相应的基因失活( (AmpAmpr r表示氨苄青霉素抗性基因表示氨苄青霉素抗性基因, ,TetTetr r表示四环素抗性基因表示四环素抗性基因) )。 有人将此质粒载体用有人将此质粒载体用BamBamHH酶切后酶切后, ,与用与用BamBamHH酶切获得的目的基因混合酶切获得的目的基因混合, ,加入加入 DNADNA连接酶进行连接反应连接酶进行连接反应, ,用得到的混合物直接转化大肠杆菌用得到的混合物直接转化大肠杆菌, ,结果大肠杆菌有结果大肠杆菌有 的未被转化的未被转化, ,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种, ,分别是含有环状目的基因
44、、分别是含有环状目的基因、 含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题: : (1)(1)质粒载体作为基因工程的工具质粒载体作为基因工程的工具, ,应具备的基本条件有应具备的基本条件有_ _ ( (答出两点即可答出两点即可) )。而作为基因表达载体。而作为基因表达载体, ,除满足上述基本条件外除满足上述基本条件外, ,还需具有启动还需具有启动 子和终止子。子和终止子。 (2)(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选, ,在上述四种大肠杆菌细胞中在上述四种大肠杆菌细胞中
45、, ,未未 被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的, ,其原因是其原因是_; ; 并且并且_和和_的细胞也是不能区分的的细胞也是不能区分的, ,其原其原 因是因是_。在上述筛选的基。在上述筛选的基 础上础上, ,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落, ,还需使用含还需使用含 有有_的固体培养基。的固体培养基。 (3)(3)基因工程中基因工程中, ,某些噬菌体经改造后可以作为载体某些噬菌体经改造后可以作为载体, ,其其DNADNA复制所需的原料来自复制所需的原料来自 _。 【解题
46、关键解题关键】解答本题的关键有两点解答本题的关键有两点: : (1)(1)理解基因工程中载体的特点。理解基因工程中载体的特点。 (2)(2)熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。 【解析解析】本题考查基因工程的相关知识。本题考查基因工程的相关知识。 (1)(1)质粒被选用为基因工程的载体是因为质粒被选用为基因工程的载体是因为: :具有一个或多个限制酶切割位点具有一个或多个限制酶切割位点; ;具具 有自我复制能力有自我复制能力; ;带有标记基因带有标记基因; ;对受体细胞无害。对受体细胞无害。 (2)(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上未转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上 生长生长, ,故这两种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的故这两种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的 细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长, ,这两种也不可区分。因目的基因这两种也不可区分。因目的基因 插入位点在四环素抗性基因上插入位点在四环素抗性基因上, ,四环素抗性基因被破坏四环素抗性基因被破坏, ,在获得的单个菌落中各在获得的单个菌落中各 挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上, ,不能生长的为要
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