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高中同步新课标·生物创新方案系列丛书高中同步新课标·生物创新方案系列丛书一、基因工程的概念高中同步新课标·生物创新方案系列丛书二、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”1．简称：限制性核酸内切酶又称。2．来源：主要从中分离纯化出来。3．作用(1)识别双链DNA分子的某种。(2)切割特定部位的两个核苷酸之间的。4．作用结果：产生或。限制酶原核生物特定核苷酸序列磷酸二酯键平末端黏性末端高中同步新课标·生物创新方案系列丛书三、DNA连接酶——“分子缝合针”1．作用恢复被切开的两个核苷酸之间的，拼接成新的DNA分子。2．种类限制酶磷酸二磷酯键种类比较项目E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源特点只能“缝合”具有的双链DNA片段既可以“缝合”双链DNA片段互补的，又可以“缝合”双链DNA片段的.大肠杆菌T4噬菌体黏性末端平末端互补的黏性末端高中同步新课标·生物创新方案系列丛书四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”1．种类(1)质粒：是一种很小的。(2)其他载体：、等。2．特点(1)能够进行。(2)有一个至多个切割位点，供外源基因插入。(3)具有特殊的，供重组DNA的鉴定和选择。(4)对受体细胞无害。3．作用结果将送入受体细胞。动植物病毒双链环状DNA分子λ噬菌体的衍生物限制酶自我复制标记基因外源基因高中同步新课标·生物创新方案系列丛书五、重组DNA分子的模拟操作1．材料用具：剪刀代表，透明胶条代表。2.切割要点(1)先分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出.序列，并选之间作切口进行“切割”。(2)然后再从另一条链上寻找EcoRⅠ相应的切口剪开。EcoRⅠDNA连接酶G—A—A—T—T—C互补的碱基之间G—A高中同步新课标·生物创新方案系列丛书一、限制性核酸内切酶(限制酶)阅读教材P4～5，分析图1－2、1－3，探究下列问题：1．限制酶切割DNA分子时，其切割部位在哪里？具有怎样的作用特点？提示：(1)切割部位是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)作用特点：①具有专一性。具体表现在两个方面：识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列；切割特定序列中的特定位点。②可用于DNA的切割，获取目的基因和切割载体。2．利用限制酶切割得到的是黏性末端或平末端，二者有什么区别？提示：(1)黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的，如图所示。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书(2)平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的，如图所示。具有黏性末端的DNA片段能够通过互补碱基间的配对重新结合，而具有平末端的DNA片段不容易结合。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书二、DNA连接酶阅读教材P5并观察分析图1－4，讨论下列问题：1．DNA连接酶的作用目的是什么？作用于哪种化学键？提示：(1)作用目的：将切下的黏性末端或平末端重新拼接、缝合，形成新的DNA分子。(2)作用的化学键：磷酸二酯键。2．根据图示分析：(1)图中a酶、b酶分别是哪种酶？提示：a是限制酶(或限制性核酸内切酶)；b是DNA连接酶。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书(2)两种酶在基因工程中有什么作用及应用。提示：作用应用限制性核酸内切酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于目的基因和载体的连接高中同步新课标·生物创新方案系列丛书三、载体阅读教材P6，观察分析图1－5，探讨下列问题：1．具备什么条件的物质才能充当基因工程的载体？提示：载体必须具备的条件：(1)能在受体细胞内稳定保存并大量复制。(2)有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。(3)具有某些特殊标记基因，以便进行筛选。当然，载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。2．联系主动运输中的载体，试从它们的化学本质和作用方面分析二者的不同。提示：(1)主动运输中的载体是位于细胞膜上的蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。(2)基因工程中的载体的化学本质是DNA，其作用是：①携带目的基因进入受体细胞；②利用载体在宿主细胞中的复制对目的基因进行大量复制。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书如图为DNA分子结构示意图，下列对该图的描述正确的是()高中同步新课标·生物创新方案系列丛书A．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸B．解旋酶作用的部位是⑩C．某限制性核酸内切酶可选择⑨处作为切点D．DNA连接酶可连接⑩处断裂的化学键[解析]图中④包含上一个脱氧核苷酸的磷酸①和下一个脱氧核苷酸的五碳糖②和碱基③，不是一个脱氧核苷酸，A错误；限制性核酸内切酶的作用部位是⑩磷酸二酯键，解旋酶的作用是解开DNA双链，作用部位是⑨氢键，B、C错误；DNA连接酶可连接⑩处断裂的磷酸二酯键，D正确。答案：D高中同步新课标·生物创新方案系列丛书高中同步新课标·生物创新方案系列丛书如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是______，二者还具有其他共同点，如①__________，②_________(写出两条即可)。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书(2)若质粒DNA分子的切割末端为—A—TGCGC，则与之连接的目的基因切割末端应为________________；可使用________________把质粒和目的基因连接。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为______，其作用是_______________________________________。(4)下列常在基因工程中作为载体的是()A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因B．土壤农杆菌环状RNA分子C．大肠杆菌的质粒D．动物细胞的染色体高中同步新课标·生物创新方案系列丛书[解析]基因工程中的载体必须具备三个条件：①能够在宿主细胞内稳定保存并大量复制；②有多个限制酶切割位点；③有标记基因便于筛选，如大肠杆菌的质粒。用同一种限制酶切割质粒和目的基因得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶把目的基因和质粒连接在一起。大肠杆菌的质粒是基因工程中最常用的载体，载体的本质为DNA，抗虫基因属于目的基因，不属于载体，染色体的主要成分为DNA和蛋白质，不属于载体。[答案](1)DNA能够自我复制具有遗传效应(2)CGCGT—A—DNA连接酶(3)标记基因供重组DNA的鉴定和选择(4)C高中同步新课标·生物创新方案系列丛书基因工程中的限制酶与载体(1)载体必须具备一个或多个限制酶的切割位点，但每种酶的切点最好只有一个。若用于切割载体的限制酶有多个点，则切割后质粒可能会丢失某些片段，若丢失的片段含有复制起始点，则重组DNA分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。(2)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书[网络构建]填充：①限制酶②DNA连接酶③基因进入受体细胞的载体④磷酸二酯键⑤质粒———————[课堂归纳]—————————高中同步新课标·生物创新方案系列丛书[关键语句]1．基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。2．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。4．限制酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书1．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是()A．定向提取生物体的DNA分子B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”C．在生物体外对DNA分子进行改造D．定向地改造生物的遗传性状高中同步新课标·生物创新方案系列丛书解析：基因工程的定义就是在生物体外，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和重新组合，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，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。答案：D高中同步新课标·生物创新方案系列丛书2．下列关于限制酶的说法正确的是()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后都会形成黏性末端D．限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键解析：限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，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分子经限制酶切割会形成黏性末端和平末端两种。答案：B高中同步新课标·生物创新方案系列丛书3．下列有关DNA连接酶的叙述正确的是()①催化具有相同的黏性末端的DNA片段之间连接②催化具有不同的黏性末端的DNA片段之间连接③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成④催化脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成A．①②B．③④C．①④D．②③解析：DNA连接酶催化相同(即互补)的黏性末端进行连接，而不是不同的黏性末端的任意连接。DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键，不是氢键。答案：C高中同步新课标·生物创新方案系列丛书4．质粒是基因工程的常用载体，下列关于它的说法正确的是()A．具有环状结构的染色体，能够携带目的基因B．含蛋白质，从而能完成生命活动C．是RNA，能够指导蛋白质的合成D．能够自我复制，从而保持连续性解析：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，不是染色体；其上有标记基因，便于目的基因在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中自主复制，或随受体细胞DNA复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。答案：D高中同步新课标·生物创新方案系列丛书5．下列哪项不是基因工程中经常使用的载体()A．细菌质粒B．噬菌体C．动植物病毒D．细菌拟核DNA解析：载体能够在宿主细胞中复制并稳定地保存，并且具有多个限制酶切点及某些标记基因。基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。答案：D高中同步新课标·生物创新方案系列丛书6．如图为某基因工程中利用的质粒简图，小箭头所指分别为限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点，ampR为青霉素(抗生素)抗性基因，tetR为四环素(抗生素)抗性基因，P为启动子，T为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRⅠ、BamHⅠ在内的多种酶的酶切位点。据图回答下列问题：(1)在基因工程中常用的工具有三种：一是用于切割DNA分子的__________；二是将目的基因与载体拼接的______________；三是作为载体的质粒。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书(2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的载体(质粒)进行拼接形成重组DNA，理论上讲，重组DNA可能有“_________”、“__________________”、“__________________”三种，其中有效的(所需要的)重组DNA是______________。因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。(3)利用图示的质粒拼接形成的三种拼接产物(重组DNA)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物(重组DNA)是____________。高中同步新课标·生物创新方案系列丛书解析：(1)在基因工程中常用的工具酶有两种：一是用于切割DNA分子的限制酶，二是将目的基因与载体连接的DNA连接酶。(2)用同一种限制酶将含有目的基因的DNA和质粒分别切开，产生的黏性末端相同，进行拼接形成的重组DNA，理论上讲，可能有目的基因—目的基因、目的基因—载体和载体—载体三种。其中人们所需要的重组DNA是目的基因—载体。(3)由图可以看出两种限制酶的酶切位点都在四环素抗性基因中，两种限制酶都能破坏四环素抗性基因，因此用该质粒拼接形成的三种拼接产物(重组DNA)与