DNA重组技术的基本工具

用心爱心专心116号编辑第1节DNA重组技术的基本工具【本节重难点】重点：DNA重组技术所需的三种基本工具的作用难点：基因工程载体所需要具备的条件【知识精讲】教材梳理知识点一基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。注意：对本概念应从以下几个方面理解：知识点二基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”（1）限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。（2）限制性内切酶的功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。（3）限制性内切酶的切割方式：①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。注意：比较有关的DNA酶（1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基（2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94℃）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。（3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。（4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。2.DNA连接酶——“分子缝合针”（1）DNA连接酶的分类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。（2）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（1）分子运载车的分类：①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。（2）运载体使用的目的：①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物用心爱心专心116号编辑（3）作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制②有多个限制性内切酶切点③有一定的标志基因，便于筛选。思维探究：知识点3、4、5主要是介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。在这部分内容学习时，应关心的问题之一是：限制酶从哪里寻找？我们可以联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而联想到可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。这样就对“限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的认识提高了一个层次。DNA连接酶──DNA片段的“分子缝合针”，在这里同学们很容易想到碱基互补配对或DNA聚合酶，这是很自然的。但只考虑到碱基互补配对原则还是不够的，我们可以从原有的知识出发，要想到限制酶切开的DNA中膦酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，这个地方还没有连接起来，又是怎样连接的呢？这样自然而然地想到DNA连接酶。基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应该深入思考每一个条件的内涵，通过深思熟虑，才能真正明确为什么要有这些条件才能充当载体。教材拓展拓展点一限制酶所识别序列的特点限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如：以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。拓展点二DNA连接酶连接的是什么部位？DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。【典题分类精析】考点一、基因工程的概念例1．（2005高考广东）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人工诱变D、基因工程育种的优点之一是目的性强分析：本题考查的知识点是基因工程的概念。解答本题的关键是理解基因工程的概念。基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造(目的性强)和重新组合(基因重组)，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物.但并不是所有的基因产物对人类都有益的。所以选D。答案：D点评：正确理解基因工程的概念是解题的关键。考点二、基因工程的基本工具用心爱心专心116号编辑例2.下列关于限制酶的说法不正确的是A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C．不同的限制酶切割DNA的切点不同D．限制酶的作用是用来提取目的基因分析：此题主要考察限制酶的有关知识。解答本题的关键是理解限制酶的来源和限制酶的特点。限制酶主要是从原核生物中分离出来的，并不是广泛存在于各种生物中；一种限制酶能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开；DNA分子经限制酶切割形成黏性末端和平末端两种。答案：B点评：考察有关限制酶的题目，主要是考察限制酶的特点，这一点一定要牢记。例3．在基因工程中用来完成基因的剪接的工具是A．限制酶和连接酶B．限制酶和水解酶C．限制酶和运载体D连接酶和运载体分析：本题考查限制酶和连接酶的有关知识。解答本题的关键是“剪接”二字，是既剪又接。限制性内切酶(即限制酶)是剪切基因的“剪刀”，DNA连接酶是将DNA末端之间的缝隙“缝合”起来的“基因的针线”。所以，剪接工具是限制酶和连接酶。答案：A点评：本题注意审题，剪接是既剪又接，需要限制酶和连接酶。例4．有关基因工程的叙述正确的是A．限制酶只在获取目的基因时才用B．重组质粒的形成是在细胞内完成的C．质粒都可以作为运载体D．蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索分析：本题综合考察了基因工程中所用到的工具。在基因工程中，不仅要用限制酶切割目的基因，还要用同一种限制酶在质粒上切割出一个切口，使目的基因与质粒切口的黏性末端能进行碱基互补配对，所以A错；重组质粒是在细胞外进行的，所以B错；并不是所有的质粒都可作运载体，在科学研究中，人们通常只是用大肠杆菌的质粒(其上有抗药基因)作运载体，所以C错；在人工合成目的基因的方法中，有一种方法是根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，最后通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。所以D项正确。答案：D点评：解答本题时要综合考虑基因工程的基本工具的特点、条件、适用范围。例5．下列哪项通常不被用作基因工程的运载体A．细菌质粒B．噬菌体C．动植物病毒D．细菌核区的DNA分析：本题考察基因工程中的工具——运载体。解答本题的关键是记住、理解运载体必须具备的条件和课本上讲的常用运载体。作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制②有多个限制性内切酶切点③有一定的标志基因，便于筛选。记住常用的运载体有：质粒、噬菌体、动植物病毒等。细菌的核区由一个大型的环状DNA分子反复折叠缠绕而成，控制着细菌的主要性状，所以一般不被用作基因工程的运载体。答案：D点评：牢记作为运载体必须具备的3个条件是解答本题的关键。考点三、限制酶所识别序列的特点用心爱心专心116号编辑例6．［2005天津］（1）限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性未端。___________________________②请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后形成的黏性未端。_____________________③在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性未端能否连接起来？为什么？________________________________________________________分析：本题主要考察黏性末端的知识。解答本题的关键是理解限制酶的特点。在切割目的基因和运载体时，一定要使用同一种限制性内切酶，这样，切出的切口才一样，才能进行碱基互补配对连接起来。两个黏性末端只要一样就可以进行碱基互补配对，再通过DNA连接酶连接起来。答案：（1）③可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的（或“是可以互补的”）。点评：限制酶所识别的是特定的碱基序列，并在特定部位进行切割，限制酶不同，所识别的碱基序列不同，黏性末端不同。但不同的粘性末端有时是可以进行拼接的，如：黏性末端。两者不要混淆。【针对性练习】1．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的A．酶的高效性B．酶的专一性C．酶的多样性D．酶的催化活性受外界条件影响2．以下说法正确的是A．所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列B．质粒是基因工程中惟一的运载体C．运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复3.下列黏性末端属于同一种限制性内切酶切割的是（）A．①②B．①③C．②④D．③④用心爱心专心116号编辑4.下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是A．①②B．②③C．③④D．②④5．依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不．正确的是A．切断a处的酶为限制核酸性内切酶B．连接a处的酶为DNA连接酶C．切断b处的酶为解旋酶D．切断b处的为限制性内切酶6．不．属于质粒被选为基因运载体的理由是A．能复制B．有多个限制酶切点C．具有标记基因D．它是环状DNA7.基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是A.目的基因限制性内切酶运载体体细胞B.重组DNARNA聚合酶限制性内切酶连接酶C.工具酶目的基因运载体受体细胞D.模板DNA信使RNA质粒受体细胞8．下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录C．一种DNA限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因D．胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞9.下列关于限制酶的说法不正确的是A.限制酶广泛存在于各种生物中，尤其在微生物细胞中分布最多B.不同的限制酶识别不同的核苷酸序列C.限制酶能识别不同的核苷酸序列，体现了酶的专一性D.限制酶的作用只是用来提取目的基因10．有关基因工程的叙述中，不正确的是A.DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来B.限制性内切酶可用于目的基因的获得C.目的基因须由运载体导入受体细胞D.人工合成目的基因不用限制性内切酶11．下图所示限制酶切割基因分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列和切点是A．CTTAAG，切点在C和T之间B．CTTAAG，切点在G和A之间C．GAATTC，切点在G和A之间D．GAATTC，切点在C和T之间12.下列关于质粒的叙述，正确的是（）A、质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器B、质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子C、质粒只有在导入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制D、细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的13．科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗菌