第1课时 基因工程的操作工具
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第1课时基因工程的操作工具
第1课时基因工程的操作工具
课程一.1 DNA重组技术的基本工具
【课前导学】
1.1 DNA重组技术的基本工具
一、基因工程的原理:基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外
赋予生物新的基因特征,创造更符合人们需求的新生物类型和生物产品。
因为基因工程是在水平水平上设计和建造的,所以也被称为基因工程。
二、限制性核酸内切酶
1.切割DNA的工具是,也称为。
2、这类酶在生物体内能将外来的dna切断,即能够限制异源dna的侵入并使之失去活力,但对自己的dna却无损害作用,这样可以保持细胞原有的遗传信息。
3.由于这种切割是在DNA分子内进行的,因此被称为限制性内切酶(简称限制性内切酶)。
4.DNA分子的限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式,即和。
三、dna连接酶――“分子缝合针”
根据DNA连接酶的不同来源,它们可分为两类:
一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为e?colidna连接酶。
e?colidna连接酶只能将连接起来,不能将双链dna片段平末端之间进行连接。
另一种是从T4 DNA连接酶中分离出来的。
T4 DNA连接酶可以“缝合”互补和双链DNA片段,但连接效率相对较低。
四、基因进入受体细胞的载体――“分子运输车”
1.在基因操作过程中,载体有两个用途:一是作为载体将目标基因转移到宿主细胞;第二种是利用它在宿主细胞中复制大量目标基因。
2、现在通常使用的载体是,它是一种相对分子质量较小、独立于拟核dna之外的环状dna,有的细菌中有一个,有的细菌中有多个。
3.质粒可以通过细菌之间的连接从一种细菌转移到另一种细菌,这种连接可以复制或整合到细菌假核DNA中,并通过假核DNA的复制进行复制。
4、其他载体还有和等。
5、作为载体必须具备以下条件:
能在宿主细胞中复制并稳定保存;
具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接;
它有一些用于筛选的标记基因,如抗生素耐药基因、产品颜色反应基因等[摘要]
归纳点1基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果归纳点2基因工程的工具及其比较
基因剪接技术或DNA重组技术→ 拼接→ 介绍→ 在生物体外的基因DNA分子水平上表达人类所需的基因产物1。
基因工程的操作工具
(1)分子手术刀――限制性核酸内切酶
限制性内切酶,简称限制性内切酶,主要存在于原核生物中。
限制性内切酶只能识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点切割DNA分子。
目前已发现200多种限制性内切酶。
例如,在大肠杆菌中发现的限制性内切酶只能识别gaattc序列,并将G和a之间的序列切断。
苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因可以被某些限制性内切酶切断。
DNA分子的限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——粘性末端和扁平末端(如下图所示)。
当限制性内切酶在其识别序列的中心轴两侧切割两条DNA链时,它产生粘性末端,而当限制性内切酶在其识别序列的中心轴切割时,它产生扁平末端。
注意:①用限制酶切割dna分子时,被破坏的是dna链中的磷酸二酯键(即连接相邻两个脱氧核苷酸的键)。
② 粘性端是指由多个特定核苷酸组成的单链,这些核苷酸在被限制性内切酶切割后从双链DNA分子的两端伸出。
(2)分子缝合针――dna连接酶
从上图可以看出,用相同的限制性内切酶从两个不同的来源切割DNA,然后根据碱基互补配对原理,使两个来源的粘性末端形成双链。
使用DNA连接酶催化两条DNA链的两个相邻碱基之间形成磷酸二酯键,从而连接相邻的脱氧核苷酸。
DNA连接酶有两种:一种是从大肠杆菌中分离出来的,称为ecolidna连接酶;另一种是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4 DNA连接酶。
Ecolidna连接酶只能连接双链DNA片段的互补粘性端,而不能连接双链DNA片段的平端。
T4 DNA连接酶可以连接双链DNA片段的粘性端和双链DNA片段的扁平端,但连接扁平端的效率较低
(3)分子运输车一――基因进入受体细胞的载体①使用运载体的目的
在基因工程中使用载体有两个目的:一是利用载体作为载体将目标基因转移到宿主细胞;第二种是利用它在宿主细胞中复制大量目标基因(称为克隆)。
② 承运人类型
现在所利用的运载体主要有两类:一类是细菌的质粒,它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区dna之外的双链环状dna。
另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。
现在人们还在寻找新的运载体,如叶绿体或线粒体等也有可能成为运载体。
③ 基因载体的必要条件
a.载体dna必须有一个或多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入到载体上去。
这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置,还必须是在质粒本身需要的基因片段之外,这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。
b、载体DNA必须具有自我复制的能力,或者可以整合到受体染色体DNA中,与受体染色体DNA的复制同步复制。
c.载体dna必须带有标记基因,以便重组后进行重组子的筛选。
d、载体DNA必须是安全的,对受体细胞无害,并且不能进入除受体细胞外的其他生物细胞。
e.载体dna分子大小应适中,以便提取和在体外进行操作,太大则不便操作。
一般来说,天然载体往往不能满足上述要求。
因此,根据不同的目的和需要对载体进行人工修改。
现在使用的几乎所有质粒载体都经过了修改。
【典题反馈】
问题1:检查基因工程工具酶的特性
例题1(多选题)右图为dna分子结构示意图,对该图的正确描述是a.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸b.解旋酶作用的部位是⑨
c、限制性内切酶可以选择⑨ 作为分裂点。
D.DNA连接酶可以连接断裂的化学键⑩
反馈1如图所示,两个核酸片段在适宜条件下,经x酶的催化作用,发生下述变化。
则x酶是
a、 DNA连接酶B.RNA聚合酶C.DNA聚合酶D.限制性内切酶
↓
反馈2限制性内切酶I的识别序列和切点为ggatcc,限制性内切酶II的识别序列和切点为ggatcc
↓
序列和切点是GATC 1。
质粒上有酶I的分界点,靶基因两侧有酶II的分界点。
(1)请画出限制性内切酶I切下的质粒的粘性端。
_____________________________________________________________________________。
(2)请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶ⅱ切割后所形成的黏性末端。
_____________________________________________________________________________(3)在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制性内切酶形成的粘性末端能否连接起来?为什么。
(4)基因工程中,如果要把相应的黏性末端连起来,要用__________酶。
【基础训练】
1.在基因工程中,科学家使用的“剪刀”、“针线”和“载体”指()
a.大肠杆菌病毒、质粒、dna连接酶
b.噬菌体、质粒、dna连接酶
c.dna限制酶、rna 连接酶、质粒
d.dna限制酶、dna连接酶、质粒2.不属于质粒被选为基因运载体的理由
是()
a、它可以复制B。
有多个限制性内切酶切割点C。
它有一个标记基因D。
它是一个环状DNA 3。
下面四个相互之间有粘性末端的DNA分子是()
a.①②b.②③c.③④d.②④4.质粒是基因工程中最常用的运载体,它的主要特
点是
① 能够自主复制② 无法自动复制③ 小结构④ 蛋白质⑤ 环状RNA⑥ 环状DNA⑦ 能
够“借用”a。
① ③ ⑤⑦
b.①④⑥c.①③⑥⑦
d。
②③⑥⑦
5.有关基因工程的叙述中,错误的是()
a、 DNA连接酶连接粘度末端的碱基对。
B.限制性内切酶用于获得目标基因。
C.目标
基因必须通过载体导入受体细胞。
D.合成的靶基因不需要限制性内切酶。
6.基因工程的第
一步是从供体细胞中分离所需基因,这需要使用限制性内切酶。
限制性内切酶可以识别DNA中的gaattc序列。
裂解点在G和a之间,这是酶的应用()
a.高效性b.专一性c.多样性d.催化活性受外界条件影响
7.人们经常使用的细菌质粒分子通常携带抗生素耐药基因。
抗性基因的主要功能是
a.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
b.有利于对目的基因是否导入进行检测
c.增
加质粒分子的分子量d.便于与外源基因连接
8.基因载体必须满足以下条件(多选)()
a、具有某些标志基因
b、具有环状的dna分子
c、它可以在宿主细胞中复制D,并具有多种限制性内切酶
9.下列哪些可作为基因工程技术中常用的基因运载工具(多选)()
a、大肠杆菌B质粒C动物病毒D线粒体10。
在重组DNA技术中,不常用的酶是
a、限制性内切酶
b、dna聚合酶
c、dna连接酶
d、反转录酶11.多数限制性核酸内切酶切割后的dna末端为
a、平端B、3个突出端C、5个突出端D和粘性端12。
基因工程中常用的质粒有
a、细菌的染色体dna
b、细菌染色体外的dna
c、病毒染色体dna
d、噬菌体
dna13.(2021深圳一模考题)研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细胞内,以表达产生生长激素。
已知质粒中存在两个抗性基因:a是抗链霉素基因,b是抗氨苄青霉素基因,且目的基因不插入到基因a、b中,而大肠杆菌不带任何抗性基因,则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗抗生素首先应该
a、只有链霉素B,只有氨苄西林
c、同时有链霉素和氨苄青霉素
d、无链霉素和氨苄青霉素14.(05全国ⅰ)镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。
检测这种碱基序列改变必须使用的酶是
a、螺旋酶B、DNA连接酶C、限制性内切酶D、RNA聚合酶。