2024版高考生物总复习:基因工程教师用书
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第40课基因工程
考点一重组DNA技术的基本工具
1.基因工程的概念
(1)手段:按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性。
(2)目的:创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
(3)水平:分子水平。
(4)基础:生物化学、分子生物学和微生物学等学科。
2.基因工程的基本工具
(1)限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
(2)DNA连接酶——“分子缝合针”
(3)基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
①作用:将外源基因送入受体细胞中。
②种类:质粒、噬菌体和动植物病毒等。
③条件:a.具有一个至多个限制酶切割位点,供外源DNA插入其中。
b.能在受体细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制。c.具有标记基因,便于重组DNA分子的筛选。
1.重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。(×) 2.切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(×) 3.DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事。(×)
4.DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键,形成重组DNA。(×) 5.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选的标记基因。(×)
1.基因工程的理论基础
2.限制酶的选择方法
根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点以及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。
(1)应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ;不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。
(2)为避免目的基因及质粒的自身环化、反向连接,也可使用不同的限制酶(非同尾酶)切割目的基因所在片段和质粒(双酶切),如图甲可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。
(3)切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因,即至少要保留一个标记基因,以用于重组DNA的鉴定和选择,如图乙中的质粒不能使用SmaⅠ切割。
3.标记基因的作用:用于检测目的基因是否导入受体细胞。
考向1|基因工程中工具酶的分析
1.下表为常用的限制性核酸内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点,由此推断以下说法中,错误的是()限制酶
名称识别序列和切割位点
限制酶名称识别序列和切割位点Bam HⅠG↓GATCC
Kpn ⅠGGTAC↓C Eco RⅠC↓AATTC
Sau 3AⅠ↓GATC Hin dⅡ
GTY↓RAC Sma Ⅰ
CCC↓GGG (注:Y=C 或T,R=A 或G)A.Hin dⅡ、Sma Ⅰ两种限制酶切割后形成平末端
B.Sau 3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C.Bam HⅠ和Sau 3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
D 解析:Hin dⅡ、Sma Ⅰ两种限制酶沿着中轴线切口切开,切割后形成平末端,A 正确;Sau 3AⅠ限制酶识别GATC 序列,切割位点在识别序列的外部,B 正确;Bam HⅠ限制酶识别GGATCC 序列,Sau 3AⅠ限制酶识别GATC 序列,切割后形成相同的黏性末端GATC—,C 正确;一种限制酶也可以识别多种核苷酸序列,如Hin dⅡ能识别GTYRAC 序列,其中Y 可以是C 或T,R 可以是A 或G,D 错误。
2.下列关于DNA 连接酶的相关叙述,正确的是()
A.DNA 连接酶需要模板,连接的是两条链碱基对之间的氢键
B.DNA 连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖
C.T4DNA 连接酶只能连接黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖
D.E .coli DNA 连接酶既能连接平末端,又能连接黏性末端
B 解析:DNA 连接酶不需要模板,催化形成的是磷酸二酯键,A 错误;DNA 连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖,使两者之间形成磷酸二酯键,B 正确;T4
DNA连接酶既可以连接黏性末端,也可以连接平末端,连接的是两条链主链上的磷酸和脱氧核糖,C错误;E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端,D错误。
考向2|基因工程中的载体的判断
3.质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()
A.质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子
B.在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点
C.携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制
D.质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择
D解析:质粒不只分布于原核生物中,在真核生物——酵母菌细胞内也有分布,A错误;并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适的运载目的基因的工具,B错误;重组质粒进入受体细胞后,可以在细胞内自我复制,也可以整合后复制,C错误;质粒上抗性基因常作为标记基因,D正确。
【易错分析】细胞膜上的载体与基因工程中的载体的两个“不同”
(1)化学本质不同
①细胞膜上的载体的化学成分是蛋白质。
②基因工程中的载体可能是物质,如质粒(DNA),也可能是生物,如噬菌体、动植物病毒等。
(2)功能不同
①细胞膜上的载体的功能是协助细胞膜控制物质进出细胞。
②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。
考点二基因工程的基本操作程序
1.目的基因的筛选与获取
(1)筛选合适的目的基因
①目的基因:在基因工程的设计和操作中,用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。主要是指编码蛋白质的基因。
②筛选目的基因的方法:从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
(2)利用PCR获取和扩增目的基因
①原理:DNA复制。
②基本条件
参与的组分在DNA复制中的作用
高温打开DNA双链