高中生物難點(diǎn)剖析 11DNA重組技術(shù)的基本工具學(xué)案 新人教版選修3

1、難點(diǎn)剖析知識·巧學(xué)一、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”基因工程的“分子手術(shù)刀”指的是dna限制性核酸內(nèi)切酶(以下簡稱限制酶)。限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定部分的兩個核苷酸之間“切割”dna分子。例如，從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的一種限制酶只能識別gaattc序列，并在g和a之間將這段序列切開。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了二百多種限制酶，它們的切點(diǎn)各不相同。蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲基因就能被某種限制酶切割下來。疑點(diǎn)突破限制性內(nèi)切酶識別序列和切開部位有何特點(diǎn)？限制酶所識別的序列，大多數(shù)是由6個核苷酸組成，也有少數(shù)識別序列由4、5或8個核苷酸組成，但都可

2、以找到一條中軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈dna上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的；任何一種限制酶因其本身性質(zhì)所決定，都只識別和切斷特定的核苷酸序列，而不是在任何部位都能將dna切開。要點(diǎn)提示 當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線兩側(cè)將dna兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端；在中軸線處切開時，產(chǎn)生的是平末端。二、dna連接酶“分子縫合針”被限制酶切開的黏性末端，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對?？梢栽O(shè)想，如果把兩種來源不同的dna用同一種限制酶來切割，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，似乎就可以合成重組的dna分子了。但是，實(shí)際上僅僅這樣做是不夠的，互補(bǔ)的堿基處雖然連接起來，但是這種連接只相當(dāng)于把斷成兩截的

3、梯子中間的踏板連接起來，兩邊扶手的斷口處還沒有連接起來。要把扶手的斷口處連接起來，也就是把兩條dna末端之間的縫隙“縫合”起來，還要靠另一種極其重要的工具dna連接酶。辨析比較dna連接酶和dna聚合酶有何異同點(diǎn)？ 相同點(diǎn)：兩者都是催化形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成）；都由蛋白質(zhì)構(gòu)成。不同點(diǎn)：（1）dna聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而dna連接酶是在兩個dna片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與dna片段之間形成磷酸二酯鍵，也不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵。（2）dna聚合酶是以一條dna

4、鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的dna鏈；而dna連接酶是將dna雙鏈上（不能連接單鏈dna）的兩個缺口同時連接起來。因此，dna連接酶不需要模板。三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)輸車”要將一個外源基因送入受體細(xì)胞，還需要有運(yùn)輸工具，這就是運(yùn)載體。作為運(yùn)載體的物質(zhì)必須具備以下條件：能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接；具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。目前，符合上述條件并經(jīng)常使用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體，它廣泛地存在于細(xì)菌中，是細(xì)菌染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀dna分子，大小只有普通細(xì)菌

5、染色體dna的百分之一。質(zhì)粒能夠“友好”地“借居”在宿主細(xì)胞中。一般來說，質(zhì)粒的存在與否對宿主細(xì)胞生存沒有決定性的作用。但是，質(zhì)粒的復(fù)制則只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌等細(xì)菌中都有質(zhì)粒。因?yàn)橥寥擂r(nóng)桿菌很容易感染植物細(xì)胞，所以科學(xué)家培育轉(zhuǎn)基因植物時，常常用土壤農(nóng)桿菌中的質(zhì)粒作運(yùn)載體。難點(diǎn)剖析作為基因工程中的“分子運(yùn)輸車”載體，應(yīng)具備以下條件：（1）必須有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上；（2）載體必須具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體dna上隨染色體dna的復(fù)制而同步復(fù)制；（3）必須帶有標(biāo)記基因，以便進(jìn)行重組后的篩選；（4）必須是安全的，不會對受

6、體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去；（5）大小應(yīng)合適，太大則不易操作。問題·探究問題1如何準(zhǔn)確理解基因工程的含義？探究：（1）它是一種按照人們的意愿，定向改造生物遺傳特性的技術(shù)；（2）在dna分子水平進(jìn)行操作；（3）是體外進(jìn)行的人為的基因重組；（4）一旦成功，便可遺傳；（5）主要技術(shù)為體外dna重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)。問題2基因操作過程中，只用到限制性內(nèi)切酶和dna連接酶嗎？探究：在基因操作過程中，除了以上兩種酶以外，還要用一系列其他酶類，才能完成全過程。例如，堿性磷酸酯酶、末端轉(zhuǎn)移酶、逆轉(zhuǎn)錄酶等，這些酶都有各自特殊的功能，可以根據(jù)不同的需要選用。任何一種限制酶都只

7、識別和切斷特定的核苷酸序列，這是由限制酶的性質(zhì)所決定的。dna連接酶是將一段dna片段3端的羥基與另一dna片段5端磷酸基團(tuán)上的羥基連接起來形成酯鍵，而不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵。典題·熱題例1 下列有關(guān)基因工程的敘述，不正確的是()b.對生物的基因進(jìn)行改造或重新組合，定向改造生物的遺傳性狀c.在醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)牧業(yè)和環(huán)境保護(hù)等方面有廣泛的應(yīng)用d.可對任何物種進(jìn)行改造，控制生物的進(jìn)化解析：基因工程又叫重組dna技術(shù)或基因拼接技術(shù)，可以定向地改造生物的遺傳性狀，但是無法改造物種，更不可能控制生物的進(jìn)化。答案：d誤區(qū)警示基因工程可以對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁

8、殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。但是無法改造物種，更不可能控制生物的進(jìn)化，不能人為地夸大基因工程的作用。例2 下列關(guān)于限制酶的說法，正確的是()a.限制酶廣泛存在于各種生物中，微生物中很少分布解析：此題主要考查限制酶的有關(guān)知識。限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的，并不是廣泛存在于各種生物中；一種限制酶能識別雙鏈dna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核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開；dna分子經(jīng)限制酶切割會形成黏性末端和平齊末端兩種。答案：b例3 下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述，正確的是()解析：質(zhì)粒是一個小型的環(huán)狀dna分子，它可以進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，存在于細(xì)胞內(nèi)，

9、但它不是宿主細(xì)胞的細(xì)胞器。質(zhì)粒是一個重要的運(yùn)載體，通常利用質(zhì)粒與目的基因結(jié)合，形成重組質(zhì)粒，而后導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞。答案：b拓展延伸作為載體必須具備三個條件：（1）能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；（2）有多個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接；（3）具有某些標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。質(zhì)粒具備以上三個條件，且是基因工程中最常用的運(yùn)載體。例4 關(guān)于質(zhì)粒和染色體的敘述，正確的是()c.質(zhì)粒不存在于真核細(xì)胞中，染色體普遍存在于真核細(xì)胞中解析：質(zhì)粒是存在于細(xì)菌、酵母菌等微生物細(xì)胞中的小型環(huán)狀dna分子，染色體是真核生物細(xì)胞核中主要由dna和蛋白質(zhì)組成的物質(zhì)。答案：d例5 下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是()c.通常用一種限制性內(nèi)切酶處理含目的基因的dna，用另一種處理載體dnad.為育成抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體解析：細(xì)菌質(zhì)粒是基因工程中常用的