2018-2019學(xué)年高中生物 第一章 基因工程 第1課時(shí) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生課件 浙科版選修3.ppt

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1、第1課時(shí) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生,第一章 基因工程,選修3 現(xiàn)代 生物技術(shù)專題,,一、基因工程的概念和理論基礎(chǔ),,二、基因工程的操作工具,,達(dá)標(biāo)檢測(cè),內(nèi)容索引,一、基因工程的概念和理論基礎(chǔ),新知導(dǎo)學(xué),遺傳工程,遺傳物質(zhì),細(xì)胞,遺傳物質(zhì),受體細(xì)胞,重組DNA分子,DNA是生物遺傳物質(zhì),DNA雙螺旋,DNA連接酶,遺傳信息,質(zhì)粒載體,探究1——理性思維 六個(gè)方面理解基因工程的含義,互動(dòng)探究,基因重組,遠(yuǎn)緣雜交不親和,定向,體外,受體細(xì)胞,基因產(chǎn)物,探究2——學(xué)會(huì)總結(jié) 1.不同生物的DNA分子能拼接起來(lái)的理論基礎(chǔ) (1)DNA分子的基本組成單位都是 。 (2)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)

2、都是規(guī)則的 。 (3)所有生物的DNA堿基對(duì)均遵循嚴(yán)格的“ ”。 2.外源基因能夠在受體內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ) (1)基因是控制生物體性狀的結(jié)構(gòu)和功能單位，具有相對(duì)獨(dú)立性。 (2)遺傳信息的傳遞都遵循 。 (3)生物界共用一套 。,四種脫氧核苷酸,雙螺旋結(jié)構(gòu),堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,中心法則,遺傳密碼,例1 科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是 A.定向提取生物體內(nèi)的DNA分子 B.定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切” C.在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D.定向地改造生物的遺傳性狀,答案,解析,√,解析 基因工程是在體外進(jìn)行基

3、因重組，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)。重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生人類所需的生物類型和生物產(chǎn)品，也就是定向地改造了生物的遺傳性狀。,例2 (2017浙江鎮(zhèn)海中學(xué)月考)關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是 A.利用體外DNA重組技術(shù)定向改造生物的遺傳性狀 B.在細(xì)胞水平上設(shè)計(jì)施工，需要限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和載體 C.打破物種界限獲得人們需要的生物類型或生物產(chǎn)品 D.抗蟲煙草的培育種植降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染,答案,解析,√,解析 基因工程是指按照人類的愿望，將不同生物的遺傳物質(zhì)在體外人工剪切并和載體重組后轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)增，并表達(dá)產(chǎn)生所需蛋白質(zhì)的技術(shù)，可定向改造生物的遺傳性狀，A正確； 基因工程

4、是在分子水平上設(shè)計(jì)施工的，B錯(cuò)誤； 基因工程可在不同生物間進(jìn)行，故可打破物種界限獲得人們需要的生物類型或生物產(chǎn)品，C正確； 抗蟲煙草的培育種植減少了農(nóng)藥的使用，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，D正確。,二、基因工程的操作工具,1.限制性核酸內(nèi)切酶 (1)來(lái)源：從 中分離出來(lái)。 (2)作用：對(duì)DNA分子上不同的特定的 進(jìn)行識(shí)別和切割。 (3)結(jié)果：把 切割成許多不同的片段。 2.DNA連接酶 (1)作用：具有縫合DNA片段的作用，將具有_______________________ 連接在一起。 (2)結(jié)果：形成 ，將 連接在一起。,新知導(dǎo)學(xué),原核生物,核苷酸序列

5、,雙鏈DNA分子,末端堿基互補(bǔ)的2個(gè)DNA,片段,重組DNA分子,外源基因和載體DNA,DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶的作用和作用部位是否相同？,答案 DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶的作用正好相反，前者是“縫合”，后者是“切割”；但二者作用部位相同，都作用于特定部位的磷酸二酯鍵。,思考,答案,3.質(zhì)?！畛Ｓ玫妮d體 (1)本質(zhì)：具有 能力的很小的 分子。 (2)存在形式：獨(dú)立于細(xì)菌 之外。 (3)質(zhì)粒作為載體所具備的條件 ①能 。 ②具有 基因，例如四環(huán)素的抗性基因。 (4)作用：作為基因工程的 。,自主復(fù)制,雙鏈環(huán)狀DNA,擬核DNA,自主復(fù)制,抗生素抗性,載體,4.第

6、一個(gè)人工DNA重組產(chǎn)物是： 與 連接物。 5.基因工程誕生的標(biāo)志——基因工程發(fā)展史上第一個(gè)成功的基因克隆實(shí)驗(yàn)是：某些接受了重組DNA分子的大腸桿菌同時(shí)具有 和_______ 的性狀。,猿猴病毒DNA,噬菌體DNA,抗四環(huán)素,抗卡那,霉素,探究——圖示解讀 1.限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀” 據(jù)圖回答相關(guān)問(wèn)題： (1)把如圖1所示DNA分子切割成2個(gè)片段的酶稱為_(kāi)______________ 。該限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn)在 之間，形成 個(gè)粘性末端，其特點(diǎn)是 。,互動(dòng)探究,限制性核酸內(nèi)切,酶,G、A,2,堿基序列完全相同,(2)此限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別

7、特點(diǎn)是 ，如圖1中的識(shí)別序列為 。 (3)如果G堿基發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的情況是__________________ 。,只能識(shí)別某一特定的核苷酸序列,GAATTC,限制性核酸內(nèi)切酶不,能識(shí)別切割位點(diǎn),(4)如圖2所示，限制性核酸內(nèi)切酶斷裂的化學(xué)鍵是 。所以，斷裂的位置為 處。,磷酸二酯鍵,2,觀察上圖回答相關(guān)問(wèn)題： (1)如圖所示，DNA連接酶連接的2個(gè)DNA片段具有 的特點(diǎn)，形成 。 (2)作用實(shí)質(zhì)：恢復(fù)被限制性核酸內(nèi)切酶切開(kāi)了的兩個(gè)核苷酸之間的_____ 。,2.DNA連接酶——“分子縫合針”,重組DNA分子,末端堿基互補(bǔ),磷酸,二酯鍵,(3)

8、觀察下圖所示過(guò)程，回答相關(guān)問(wèn)題：,①是 ，②是 ，二者的作用部位都是____ 。,限制性核酸內(nèi)切酶,DNA連接酶,磷酸,二酯鍵,3.分析質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖，回答下列問(wèn)題：,(1)質(zhì)粒上抗生素抗性基因有什么作用？,答案 作為標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。,(2)作為基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體，要求必須對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害，為什么？,答案 載體如果對(duì)受體細(xì)胞有害，其一旦被導(dǎo)入受體細(xì)胞，就會(huì)影響受體細(xì)胞的生命活動(dòng)，甚至?xí)茐氖荏w的生命活動(dòng)。,答案,例3 (2017杭州七校聯(lián)考)用兩種限制性核酸內(nèi)切酶Xba Ⅰ和Sac Ⅰ(兩種酶切出的粘性末端不同)切割某DNA，獲得含目的基因的片段

9、(注：圖中箭頭所指的位置是限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別和切割的位點(diǎn))。若利用該片段形成重組DNA，應(yīng)選用下圖中,答案,解析,√,解析 該Ti質(zhì)粒中含有限制性核酸內(nèi)切酶Xba Ⅰ和SacⅠ的切割位點(diǎn)，且用這兩種酶切割可將目的基因插入T－DNA中，A正確； 該Ti質(zhì)粒中不含限制性核酸內(nèi)切酶Sac Ⅰ的切割位點(diǎn)，B錯(cuò)誤； 該Ti質(zhì)粒中含有限制性核酸內(nèi)切酶Xba Ⅰ和Sac Ⅰ的切割位點(diǎn)，但用這兩種酶切割不會(huì)將目的基因插入T－DNA中，C錯(cuò)誤； 該Ti質(zhì)粒中不含限制性核酸內(nèi)切酶Xba Ⅰ的切割位點(diǎn)，D錯(cuò)誤。,例4 (2018浙江金華調(diào)研)下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切

10、酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是,A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③②,答案,解析,√,解析 限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶三者均作用于磷酸二酯鍵處，限制性核酸內(nèi)切酶使鍵斷開(kāi)，而DNA聚合酶連接的是單個(gè)脫氧核苷酸，DNA連接酶作用于DNA片段，解旋酶作用于氫鍵，使DNA雙鏈打開(kāi)，形成DNA單鏈，綜上所述，C正確。,(1)限制性核酸內(nèi)切酶與DNA連接酶的比較,(2)限制性核酸內(nèi)切酶與解旋酶的區(qū)別 ①相同點(diǎn)：都作用于DNA分子中的化學(xué)鍵。 ②不同點(diǎn)：作用部位不同，前者作用于磷酸二酯鍵，后者作用于氫鍵。,(3)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較

11、,工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生,,限制性核酸內(nèi)切酶,的發(fā)現(xiàn) 限制性核酸內(nèi)切酶的作用及作用特點(diǎn) 限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)對(duì)基因工程誕生的意義,,DNA連接酶,DNA連接酶的作用 DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)對(duì)基因工程誕生的意義,,質(zhì)粒,質(zhì)粒的_________ 質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 質(zhì)粒對(duì)于基因工程誕生的意義,,限制性核酸內(nèi)切酶,化學(xué)本質(zhì),學(xué)習(xí)小結(jié),達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.下面是3種限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)DNA分子的識(shí)別序列和剪切位點(diǎn)圖(箭頭表示切點(diǎn)，切出的斷面為粘性末端)。下列敘述錯(cuò)誤的是 限制性核酸內(nèi)切酶1：—↓GATC—； 限制性核酸內(nèi)切酶2：—CCGC↓GG—； 限制性核酸內(nèi)切酶3：—G↓GATCC—。 A.不同的

12、限制性核酸內(nèi)切酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，體現(xiàn)了酶的專 一性 B.限制性核酸內(nèi)切酶2和3識(shí)別的序列都包含6個(gè)脫氧核苷酸 C.限制性核酸內(nèi)切酶1和3剪出的粘性末端相同 D.能夠識(shí)別和切割RNA分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制性核酸內(nèi)切 酶2,答案,解析,√,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 不同的限制性核酸內(nèi)切酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，體現(xiàn)了酶具有專一性；限制性核酸內(nèi)切酶2和限制性核酸內(nèi)切酶3識(shí)別的序列分別是CCGCGG和GGATCC，均含有6個(gè)脫氧核苷酸；限制性核酸內(nèi)切酶1和限制性核酸內(nèi)切酶3剪出的粘性末端相同，均為GATC；三種限制性核酸內(nèi)切酶均不能識(shí)別和切割RNA中

13、的核苷酸序列。,2.(2017東陽(yáng)期中)下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是 A.DNA連接酶的作用是將兩個(gè)粘性末端的堿基連接起來(lái) B.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，受體細(xì)胞即發(fā)生基因突變 C.目的基因與載體結(jié)合的過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞外 D.常使用的載體有大腸桿菌、噬菌體和動(dòng)植物病毒等,答案,解析,√,1,2,3,4,5,解析 DNA連接酶的作用對(duì)象是磷酸二酯鍵，A錯(cuò)誤； 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞屬于基因重組，B錯(cuò)誤； 目的基因與載體在體外重組，重組好之后導(dǎo)入受體細(xì)胞中，C正確； 常使用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體和動(dòng)植物病毒等，D錯(cuò)誤。,A.DNA連接酶作用位點(diǎn)在b處，催化磷酸基團(tuán)和脫氧核糖之間形成化學(xué)鍵 B.甲、乙

14、具相同的粘性末端可形成重組DNA分子，但甲、丙之間不能 C.甲、乙、丙粘性末端是由各自不同的限制性核酸內(nèi)切酶催化產(chǎn)生的 D.切割甲的限制性核酸內(nèi)切酶不能識(shí)別由甲、乙片段形成的重組DNA分子,3.(2017舟山中學(xué)期中)對(duì)下圖所示粘性末端的說(shuō)法錯(cuò)誤的是,√,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 DNA連接酶的作用位點(diǎn)為磷酸二酯鍵，即圖示中的a位置，A錯(cuò)誤； 甲、乙具有相同的粘性末端(—TTAA)可形成重組DNA分子，但甲、丙粘性末端不同，兩者不能形成重組DNA分子，B正確； 限制性核酸內(nèi)切酶特異性識(shí)別DNA序列，甲、乙、丙的DNA序列不同，因此粘性末端是由各自不同的限制性核酸

15、內(nèi)切酶催化產(chǎn)生的，C正確； 甲與乙片段形成的重組DNA分子序列與甲的序列不同，識(shí)別甲的限制性核酸內(nèi)切酶不能識(shí)別由甲、乙片段形成的重組DNA分子，D正確。,4.(2017浙江名校協(xié)作體聯(lián)考)下列關(guān)于DNA連接酶的理解正確的是 A.其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) B.DNA連接酶可以恢復(fù)DNA分子中的氫鍵 C.它不能被反復(fù)使用 D.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶,√,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，其功能是將末端堿基互補(bǔ)的2個(gè)DNA片段連接在一起，形成重組DNA分子，A正確； DNA連接酶的作用部位為磷酸二酯鍵，B錯(cuò)誤； 酶可以被反

16、復(fù)使用，C錯(cuò)誤； DNA聚合酶以一條脫氧核苷酸鏈為模板，將單個(gè)脫氧核苷酸連接成DNA單鏈片段，與DNA連接酶的作用機(jī)理不同，基因工程中不可用DNA聚合酶代替DNA連接酶，D錯(cuò)誤。,5.下面是大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：,1,2,3,4,5,答案,解析,(1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)相同，都是______，二者還具有其他共同點(diǎn)，如：①____________，②_______________(寫出兩條即可)。,DNA,能夠自我復(fù)制,具有遺傳效應(yīng),解析 質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，是能夠自主復(fù)制的雙鏈環(huán)狀DNA分子，具有一至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)，進(jìn)入受體細(xì)胞后

17、能自主復(fù)制，具有標(biāo)記基因，便于重組DNA的鑒定與選擇。,(2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為 ，則與之連接的目的基因切 割末端應(yīng)為_(kāi)__________；可使用______________把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為_(kāi)___________，其作用是_______________________。 (4)下列常在基因工程中作為載體的是 A.蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因 B.土壤農(nóng)桿菌中RNA分子 C.大腸桿菌的質(zhì)粒 D.動(dòng)物細(xì)胞的染色體,—A —TGCGC,CGCGT— A—,DNA連接酶,標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇,1,2,3,4,5,答案,√,