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1、生物选修生物选修3 3（人教版）（人教版）专题专题1基因工程基因工程 第第1节节DNA重组技术的重组技术的 基本工具基本工具要点突破要点突破知识点知识点1 1 对基因工程概念的理解对基因工程概念的理解例例1 1 科科学学家家们们经经过过多多年年来来的的努努力力，创创立立了了一一种种新新兴兴生生物物技技术术基基因因工工程程，下下列列关关于于该该技技术术的的叙叙述述不不正正确确的的是是()A A该技术在生物体外对该技术在生物体外对DNADNA分子进行改造分子进行改造B B它是在分子水平上进行操作的生物工程它是在分子水平上进行操作的生物工程C C该该工工程程实实现现了了一一种种生生物物的的基基因因转
2、转接接到到同同种种生生物物的的其其他个体他个体DNADNA上上D D实实施施基基因因工工程程的的最最终终目目的的是是定定向向地地改改造造生生物物的的遗遗传传性状性状解解析析：基基因因工工程程通通过过体体外外DNADNA重重组组和和转转基基因因等等技技术术，赋赋予予生生物物以以新新的的遗遗传传特特性性。由由于于基基因因工工程程是是在在DNADNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计和和施施工工的的，因因此此又又叫叫做做DNADNA重重组组技技术术。基基因因工工程程是是将将一一种种生生物物的的基基因因导导入入另另外外一一种种生生物中，从而赋予该生物以新的遗传特性。物中，从而赋予该生物以新的遗传特性
3、。答案：答案：C C名名师师点点睛睛：(1)(1)基基因因工工程程的的原原理理是是基基因因重重组组。必必修修2 2中中讲讲基基因因重重组组有有两两种种情情况况：减减数数第第一一次次分分裂裂前前期期四四分分体体的的非非姐姐妹妹染染色色单单体体间间的的交交叉叉互互换换和和后后期期非非同同源源染染色色体体的的自自由由组组合合。其其实实基基因因工工程程也也是是利利用用了了基基因因重重组组的的原原理理，只只是是属于人为的基因重组。属于人为的基因重组。(2)(2)基基因因工工程程可可以以按按照照人人们们的的意意愿愿，定定向向改改造造生生物物的的遗遗传传特特性性，从从而而产产生生定定向向的的变变异异，并并可
4、可实实现现不不同同物物种种间间的的基基因因交交流流，打打破破生生殖殖隔隔离离。应应注注意意与与现现代代进进化化论论中中的的“变异是不定向的变异是不定向的”、“物种间存在生殖隔离物种间存在生殖隔离”区分开来。区分开来。知识点知识点2 2 限制酶限制酶“分子手术刀分子手术刀”1 1特点：具有专一性，表现在以下两个方面：特点：具有专一性，表现在以下两个方面：(1)(1)识别双链识别双链DNADNA分子中特定的核苷酸序列。分子中特定的核苷酸序列。(2)(2)切切割割特特定定序序列列中中的的特特定定位位点点，特特定定序序列列表表现现为为中心对称，如中心对称，如EcoRIEcoRI酶的切割序列，如下图所示
5、：酶的切割序列，如下图所示：2 2用用限限制制酶酶切切割割DNADNA分分子子时时被被断断开开的的是是DNADNA链链中中的的磷磷酸酸二二酯酯键键(即即连连接接相相邻邻脱脱氧氧核核苷苷酸酸的的键键)，而而不不是是碱碱基基间间的的氢键。氢键。3 3产产物物：用用限限制制酶酶切切割割形形成成的的新新链链有有两两种种末末端端，即即黏黏性末端和平末端。性末端和平末端。(1)(1)黏黏性性末末端端：是是限限制制酶酶在在识识别别序序列列的的中中心心轴轴线线两两侧侧将将DNADNA的两条链分别切开时形成的，如下图所示：的两条链分别切开时形成的，如下图所示：(2)(2)平平末末端端：是是限限制制酶酶在在识识别
6、别序序列列的的中中心心轴轴线线处处切切开开时时形形成的，如下图所示：成的，如下图所示：例例2 2下列关于限制酶的叙述中，错误的是下列关于限制酶的叙述中，错误的是()A A它能在特殊位点切割它能在特殊位点切割DNADNA分子分子B B同同一一种种酶酶切切割割不不同同的的DNADNA产产生生的的黏黏性性末末端端能能够够很好地进行碱基互补配对很好地进行碱基互补配对C C它能任意切割它能任意切割DNADNA，从而产生大量的，从而产生大量的DNADNA片段片段D D每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列解解析析：限限制制酶酶是是基基因因工工程程的的重重要要工工具具之之一
7、一。每每种种限限制制酶酶只只能能识识别别特特定定的的核核苷苷酸酸序序列列，并并在在特特定定的的位位点点上上切切割割DNADNA分分子子。同同一一种种酶酶切切割割不不同同的的DNADNA产产生的黏性末端碱基互补配对。生的黏性末端碱基互补配对。答案：答案：C C变式迁移变式迁移1 1下下图图表表示示限限制制酶酶切切割割某某DNADNA的的过过程程，从从图图中中可可知知，该限制酶能识别的碱基序列或切点是该限制酶能识别的碱基序列或切点是()A ACTTAAGCTTAAGB BGAATTC GAATTC C C切点在切点在T T和和A A之间之间D D切点在切点在C C和和T T之间之间解解析析：由由图
8、图不不难难看看出出该该限限制制酶酶识识别别的的碱碱基基序序列列是是GAATTCGAATTC，切点是，切点是G G与与A A之间。之间。答案：答案：B B知识点知识点3 DNA3 DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”1 1作用：把两种来源不同的作用：把两种来源不同的DNADNA片段用同一种限制酶切割开，然片段用同一种限制酶切割开，然后让两者的黏性末端黏合起来，后让两者的黏性末端黏合起来，互补的碱基之间虽然通过形成氢互补的碱基之间虽然通过形成氢键键连连接接起起来来，但但是是DNADNA分分子子的的基基本本骨骨架架的的断断口口处处却却没没有有连连接接起起来来。在在DNADNA连连接接酶酶的的作
9、作用用下下，可可以以使使两两个个DNADNA末末端端之之间间的的缝缝隙隙重重新新形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键而而连连接接起来，如右上图所示。起来，如右上图所示。2 2种种类类：基基因因工工程程中中所所用用的的连连接接酶酶有有两两种种：一一种种是是从从大大肠肠杆杆菌菌中中分分离离得得到到的的，称称之之为为E Ecolicoli DNADNA连连接接酶酶；另另一一种种是是从从T T4 4噬噬菌菌体体中中分分离离得得到到，称称为为T T4 4DNADNA连连接接酶酶。这这两两种种连连接接酶酶催催化化反反应应基基本本相相同同，都都是是连连接接双双链链DNADNA的的缺缺口口，而而不不能连接单链能连接单
10、链DNADNA。3 3DNADNA连接酶和连接酶和DNADNA聚合酶的区别。聚合酶的区别。DNADNA聚聚合合酶酶是是将将单单个个核核苷苷酸酸连连接接到到已已有有的的DNADNA片片段段上上，形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键。DNADNA连连接接酶酶是是在在两两个个DNADNA片片段段之之间间形形成成磷磷酸酸二二酯键，具体异同如下表：酯键，具体异同如下表：例例3 3 下列关于下列关于DNADNA连接酶的作用叙述正确的是连接酶的作用叙述正确的是()A A将将单单个个核核苷苷酸酸加加到到某某个个DNADNA片片段段末末端端，形形成成磷磷酸酸二二酯键酯键B B将将断断开开的的两两个个DNADNA片片段段
11、的的骨骨架架连连接接起起来来，重重新新形形成成磷酸二酯键磷酸二酯键C C连接两条连接两条DNADNA链上碱基之间的氢键链上碱基之间的氢键D D只只能能将将双双链链DNADNA片片段段互互补补的的黏黏性性末末端端之之间间连连接接起起来来，而不能将双链而不能将双链DNADNA片段平末端之间进行连接片段平末端之间进行连接解解析析：DNADNA连连接接酶酶分分为为两两类类：E Ecolicoli DNADNA连连接接酶酶和和T T4 4DNADNA连连接接酶酶。这这两两类类酶酶在在性性质质上上是是有有差差别别的的：E Ecolicoli DNADNA连连接接酶酶只只能能将将双双链链DNADNA片片段段
12、互互补补的的黏黏性性末末端端之之间间连连接接起起来来，而而T T4 4DNADNA连连接接酶酶既既可可以以“缝缝合合”双双链链DNADNA片片段段互互补补的的黏黏性性末末端端，又又可可以以“缝缝合合”双双链链DNADNA片片段段的的平平末末端端。而而D D选选项项只只涉涉及及E Ecolicoli DNADNA连接酶的作用。连接酶的作用。答案：答案：B B变式迁移变式迁移2 2如如下下图图，两两个个核核酸酸片片断断在在适适宜宜条条件件下下，经经x x酶酶的的催化作用，发生下列变化，则催化作用，发生下列变化，则x x酶是酶是()解解析析：将将游游离离末末端端重重新新结结合合形形成成DNADNA使
13、使用用的的是是DNADNA连连接接酶酶；DNADNA聚聚合合酶酶则则是是将将大大量量单单个个的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸结结合合起起来来形形成成DNADNA分分子子；RNARNA聚聚合合酶酶能能与与基基因因的的特特定定位位点点结结合合，催催化化遗遗传传信信息息的的转转录录；限限制制酶酶是是一一种种核核酸酸切切割割酶酶，可可辨辨识识并并切切割割DNADNA分分子子上上特特定定的的核核苷苷酸酸碱碱基基序序列。列。答案：答案：A AA ADNADNA连接酶连接酶 B BRNARNA聚合酶聚合酶C CDNADNA聚合酶聚合酶 D D限制酶限制酶知识点知识点4 4 载体载体“分子运输车分子运输车”1 1载体
14、。载体。将将外外源源基基因因送送入入细细胞胞，经经常常用用质质粒粒作作为为载载体体。质质粒粒是是一一种种裸裸露露的的、结结构构简简单单、独独立立于于细细菌菌拟拟核核DNADNA之之外外，并并具具有自我复制能力的很小的双链环状有自我复制能力的很小的双链环状DNADNA分子。分子。2 2载体使用的目的。载体使用的目的。载载体体使使用用有有两两个个目目的的：一一是是用用它它作作为为运运载载工工具具，将将目目的的基基因因转转移移到到受受体体细细胞胞中中去去；二二是是利利用用它它在在受受体体细细胞胞内内对对目的基因进行大量复制。目的基因进行大量复制。3 3作为载体的条件。作为载体的条件。作为载体必须具备
15、三个条件：作为载体必须具备三个条件：在受体细胞中能保存下来并能大量复制。在受体细胞中能保存下来并能大量复制。具有多个限制酶切割位点。具有多个限制酶切割位点。有有特特殊殊的的标标记记基基因因，便便于于进进行行筛筛选选。一一般般来来说说，天天然然载载体体往往往往不不能能满满足足上上述述要要求求，因因此此需需要要根根据据不不同同的的目目的的和和需需要要，对对载载体体进进行行人人工工改改造造。现现在在所所使使用用的的质质粒载体都是经过改造的。粒载体都是经过改造的。4 4载体的种类。载体的种类。现现在在所所用用的的载载体体主主要要分分为为两两类类：一一类类载载体体是是细细菌菌细细胞胞质质的的质质粒粒，质
16、质粒粒可可以以通通过过细细菌菌间间的的接接合合由由一一个个细细菌菌向向另另一一个个细细菌菌转转移移，也也可可以以独独立立复复制制，或或整整合合到到大大型型染染色色体体DNADNA分分子子中中，随随染染色色体体DNADNA的的复复制制而而同同步步复复制制。另另一一类类载载体体是是病病毒毒，包包括括植植物物病病毒毒、动动物物病病毒毒和和细细菌菌病病毒毒(噬菌体噬菌体)。现在人们还在不断寻找新的载体。现在人们还在不断寻找新的载体。例例4 4下列有关质粒的叙述，正确的是下列有关质粒的叙述，正确的是()A A质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状的细胞器质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状的细胞器B
17、B质粒是细菌细胞中能自主复制的单链环状质粒是细菌细胞中能自主复制的单链环状DNADNA分子分子C C质粒的存在对宿主细胞的生存有决定性的作用质粒的存在对宿主细胞的生存有决定性的作用D D质粒与染色体中均含有脱氧核糖质粒与染色体中均含有脱氧核糖解解析析：质质粒粒是是一一个个小小型型的的双双链链环环状状DNADNA分分子子，它它可可以以进进入入细细菌菌细细胞胞，存存在在于于细细胞胞内内，但但它它不不是是宿宿主主细细胞胞的的细细胞胞器器。质质粒粒是是一一种种重重要要的的载载体体，通通常常利利用用质质粒粒与与目目的的基基因因结结合合，形形成成重重组组质质粒粒，然然后后导导入入细细菌菌细细胞胞。质质粒粒
18、的的存存在在与与否否对对宿宿主主细细胞胞的的生生存存没没有有决决定定性性的的作作用用。质质粒粒是是环环状状DNADNA分分子子，染色体主要由染色体主要由DNADNA和蛋白质组成，二者均含脱氧核糖。和蛋白质组成，二者均含脱氧核糖。答案：答案：D D变式迁移变式迁移3 3质粒是基因工程常用载体，它的特点是质粒是基因工程常用载体，它的特点是()能自主复制能自主复制 不能复制不能复制结构简单结构简单 单链单链DNADNA环状环状DNADNA 含有标记基因含有标记基因A A B BC C D D解解析析：质质粒粒是是一一种种能能够够自自主主复复制制的的双双链链环环状状DNADNA，含含有有一至多个标记基
19、因，结构简单。一至多个标记基因，结构简单。答案：答案：C C点点评评：(1)(1)区区分分“工工具具”和和“工工具具酶酶”。DNADNA重重组组技技术术的的基基本本工工具具有有三三种种，即即限限制制酶酶、DNADNA连连接接酶酶和和基基因因进进入入受受体体细细胞胞的的载载体体；而而工工具具酶酶有有两两种种，即即限限制制酶酶和和DNADNA连连接接酶。酶。(2)(2)质质粒粒不不是是细细胞胞器器，只只是是一一个个小小型型的的环环状状双双链链DNADNA分分子子。同时应注意区分质粒、拟核、染色体三个概念。同时应注意区分质粒、拟核、染色体三个概念。(3)(3)不不是是所所有有的的质质粒粒都都可可作作
20、为为载载体体，即即使使可可以以作作为为载载体体也必须经过人工改造。也必须经过人工改造。本节小结本节小结核心归纳核心归纳1 1由由于于基基因因工工程程是是在在DNADNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计和和施施工工的的，因因此此又又叫叫做做DNADNA重重组组技技术术。基基因因工工程程的的基本原理是基因重组，处理对象是基本原理是基因重组，处理对象是DNADNA或基因。或基因。2 2基基因因工工程程的的基基本本工工具具：“分分子子手手术术刀刀”限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶；“分分子子缝缝合合针针”DNADNA连连接接酶酶；“分分子子运运输输车车”基基因因进进入入受受体体细细胞胞的的载体。载
21、体。3 3限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶是是能能够够特特异异性性识识别别和和切切割割DNADNA分分子子的的酶酶，又又叫叫限限制制酶酶。限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶切切割割DNADNA分子可产生黏性末端和平末端。分子可产生黏性末端和平末端。4 4DNADNA连连接接酶酶将将双双链链DNADNA片片断断“缝缝合合”起起来来，恢恢复复被被限限制制酶酶切切开开的的两两个个磷磷酸酸二二酯酯键键。E Ecolicoli DNADNA连连接接酶酶能能连连接接黏黏性性末末端端，T T4 4DNADNA连连接接酶酶既既可可“缝缝合合”黏黏性末端，又可性末端，又可“缝合缝合”平末端。平末端。5 5载载体体
22、的的作作用用是是与与含含有有外外源源基基因因(即即目目的的基基因因)的的DNADNA片段结合，将外源基因导入受体细胞中。片段结合，将外源基因导入受体细胞中。正误判断正误判断1 1限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。()2 2天然的质粒可直接用作基因工程的载体。天然的质粒可直接用作基因工程的载体。()3 3限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶与与DNADNA连连接接酶酶作作用用位位点点相相同同，作作用用结结果果相相反。反。()4 4限限制制酶酶、DNADNA连连接接酶酶和和载载体体是是基基因因工工程程中中常常用用的的工工具具酶酶。()5 5基因工程中的载体
23、与细胞膜上的载体本质相同。基因工程中的载体与细胞膜上的载体本质相同。()6 6不不同同限限制制酶酶的的识识别别序序列列不不同同，这这属属于于酶酶的的专专一一性性特特点点。()1 12 2提提示示：天天然然的的质质粒粒DNADNA分分子子并并不不完完全全具具备备载载体体的的条条件件，需需经经人人工工改造后才能用于基因工程操作。改造后才能用于基因工程操作。3 34 4提示：提示：载体不是酶。载体不是酶。5 5提提示示：基基因因工工程程中中的的载载体体是是DNADNA分分子子，是是运运输输目目的的基基因因的的工工具具；细胞膜上的载体是蛋白质，运输无机盐离子或小分子有机物等。细胞膜上的载体是蛋白质，运输无机盐离子或小分子有机物等。6 6