《生物选修三1-1.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物选修三1-1.ppt(85页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、,一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”,1.来源:主要从原核生物中分离纯化出来,它是一类酶,不是一种酶。 2.化学本质:蛋白质。 3.作用特点 (1)具有专一性。具体表现在如下两个方面: 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。 4.切割的部位:磷酸二酯键。,5.产物:黏性末端和平末端。 (1)黏性末端:是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成(错位切),如图所示:,(2)平末端:是限制酶在识别序列的中心轴线处切开时形成的(平切),如图所示:,不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端
2、都相同;同一个DNA分子用不同限制酶切割,产生的黏性末端一般不相同。另外,不同限制酶切割形成的黏性末端,如互补则可以相互重新配对。 限制酶的识别序列与被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6个核苷酸组成,少数由4、5或8个核苷酸组成;后者是双链序列。 判断黏性末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是:将黏性末端旋转180,应该是完全相同的结构。,【典例1】限制酶是一种核酸切割酶,可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。如图为四种限制酶BamH,EcoR,Hind以及Bgl 的辨识序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位,其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合,其正确的末端互补序
3、列应该为,A.BamH和EcoR;末端互补序列-AATT- B.BamH和Hind;末端互补序列-GATC- C.EcoR和Hind;末端互补序列-AATT- D.BamH和Bgl;末端互补序列-GATC- 【解题关键】首先要明确不同的限制酶有特定的识别序列,其次要分析切割下的黏性末端能否互补,另外要注意互补序列的正确书写。,【标准解答】选D。A项中BamH酶切出的末端序列为 -GATC-,EcoR酶切出的末端序列为-AATT-,两者不互补;B项Hind酶切出的末端序列为-AGCT-,与BamH酶切出的末端序列不互补;同理可推,C项中也不互补,只有D项中才互补。,【互动探究】(1)分析上述不同
4、限制酶具有不同的识别序列,说明限制酶具有什么特点。 提示:酶具有专一性。 (2)不同限制酶切割形成的黏性末端能发生粘合吗?借助于什么方式来完成粘合? 提示:可以。前提是不同限制酶切割形成的黏性末端要互补,通过碱基相互配对形成氢键的方式来完成粘合。,【变式训练】现有一长度为3 000个碱基对(bp)的线性DNA分子,用限制酶切后,进行凝胶电泳,使降解产物分开。用酶H单独酶切,结果如图1。用酶B单独酶切,结果如图2。用酶H和酶B同时酶切,结果如图3。该DNA分子的结构及其酶切图谱是( ),【解析】选A。两种酶单独切割时形成两段或三段,故酶H和酶B分别有一个和两个切点,同时切割应该形成四段,由于其中
5、一段长度相同,因此电泳时仍见到三段。,二、DNA连接酶“分子缝合针”,1.作用的化学键:磷酸二酯键。 2.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。,3.DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较 (1)区别,(2)两者的关系可表示为:,4.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,DNA连接酶无识别的特异性,凡两个黏性末端(或平末端)能互补配对,DNA连接酶就能催化其相互缝合,重新形成DNA分子。 DNA连接酶的活性发挥受温度、pH等因素的影响。,【典例2】下列有关DNA连接酶的叙述正确的是 催化具有相同的黏性末端的DNA片段之间连接 催化具有不同的黏性末端的DNA片段之间连接
6、 催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成 催化脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成 A. B. C. D.,【解题关键】本题解题关键是通过比较选项的不同点,并结合DNA连接酶的作用机理即作用部位是磷酸二酯键,作用对象是相同的黏性末端来进行分析。 【标准解答】选C。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。,【变式训练】关于磷酸二酯键说法正确的是( ) A.只有目的基因中存在 B.只有质粒中存在 C.DNA单链或双链分子中都存在 D.只存在于双链DNA分子中 【解析】选C。在DNA的分子结构中,双链DNA分子的每
7、一条链及单链DNA分子中相邻脱氧核苷酸之间是以磷酸二酯键相连的,故C正确。,三、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”,1.载体的作用 (1)用它作为运载工具,将目的基因送入受体细胞中去。 (2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 2.载体必须具备三个条件 (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。,3.载体的种类 (1)细菌质粒,它是细菌拟核DNA以外的小型环状DNA,有的细菌只有一个,有的细菌有多个。 (2)噬菌体的衍生物和某些病
8、毒的DNA。 一般来说,天然载体往往不能满足人类的所有要求,因此人们根据不同的目的和需求,对某些天然的载体进行人工改造。,最常用的载体是质粒,它来源于细菌和酵母菌等生物,其上的基因属于细胞质基因。它能自我复制,既可在自身细胞、受体细胞复制,也可在体外复制。 主动运输中载体蛋白的化学本质是蛋白质,其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。而基因工程中的载体的化学本质是DNA,其作用是携带目的基因进入受体细胞。,【典例3】(2010江苏高考改造)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题:,(1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后
9、,分别含有_个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造,插入的Sma酶切位点越多,质粒的热稳定性越_。,(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用Sma切割,原因是_。 (4)与只使用EcoR相比较,使用BamH和Hind 两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_。 (5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入_酶。,(6)现使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA,并经拼接获得的重组质粒进行再次酶切,假设所用的酶均可将识别位点完全切开,请根据图1、2中标示的酶切位点及表所列的识别序列,对以下酶切结果作出判断。 采用BamH和Hi
10、nd酶切,得到_种DNA片段。 采用EcoR和Hind酶切,得到_种DNA片段。,【解题关键】仔细辨析不同限制酶的识别序列,并分析这些序列在质粒和外源DNA上的位置,分析切割可能带来的各种因素。对重组质粒进行再切时,一定要分析原有限制酶识别序列有未被破坏。,【标准解答】(1)该质粒为环状DNA,经Sma切割前,不含有游离的磷酸基团,经Sma切割后形成平末端,含有2个游离的磷酸基团。 (2)Sma识别的是CCCGGG序列,在C与G之间切割,Sma酶切位点越多,也就是C-G碱基对越多,C与G之间的氢键(3个)比A与T之间的氢键(2个)数量多,其含量越多,质粒的热稳定性越高。,(3)据图1可知,Sm
11、a切割位点在抗生素抗性基因(标记基因)中,据图2可知,Sma切割位点在目的基因中,因此使用Sma切割会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。 (4)用同一种限制酶处理质粒和外源DNA,再用DNA连接酶连接时,往往会有三种连接形式:目的基因-质粒、目的基因-目的基因(环化)、质粒-质粒(环化),后两种是我们不需要的,因而要进行筛选。用两种限制酶处理质粒和外源DNA,因形成的末端不同可避免上述情况的发生。 (5)连接质粒与目的基因的工具酶是DNA连接酶。,(6)分析由BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA,并经拼接获得的重组质粒,这两种酶的识别序列仍然完整存在,如再用BamH和
12、Hind两种限制酶进行酶切时,可再度被切开,形成2种DNA片段;而EcoR的识别序列在原质粒中存在并没有破坏,同时切下的目的基因中还存在1个EcoR的识别序列,因此在重组质粒中存在2个EcoR的识别序列,如用EcoR和Hind酶切,可得到3种DNA片段。,答案:(1)0、2 (2)高 (3)Sma会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因 (4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 (5)DNA连接 (6)2 3,【互动探究】(1)本题中抗生素抗性基因的作用是什么? 提示:抗性基因作用:鉴别和筛选含有目的基因的细胞。 (2)本题中不能用EcoR和BamH或EcoR和Hind两种限制酶分别
13、处理质粒和外源DNA,为什么? 提示:如用EcoR和BamH限制酶处理或用EcoR和Hind两种限制酶处理外源DNA可得到多个DNA片段,其中还有不含有目的基因的,需要进行筛选。,【变式训练】下列有关质粒的叙述,正确的是( ) A.质粒是广泛存在于细菌细胞的一种颗粒状的细胞器 B.质粒是细菌细胞质中能自我复制的小型环状DNA分子 C.质粒只有在侵入受体细胞后才能在受体细胞内复制 D.细菌质粒的复制过程一定是在受体细胞外独立进行的 【解析】选B。B项是质粒的正确定义;A项中质粒不是细胞器;C项质粒在原来的菌体也可自我复制;D项质粒的复制应在受体细胞或原菌体的细胞质中进行。,1.能有效地打破物种的
14、界限,定向地改造生物的遗传性状,培育新的农作物优良品种的生物技术是( ) A.基因工程技术 B.诱变育种技术 C.杂交育种技术 D.组织培养技术 【解析】选A。基因工程的优点是能定向地改造生物的遗传性状,并能克服远缘杂交不亲和的障碍,只有A项符合。,2.(2010安庆四校联考)下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是( ),【解析】选C。供体指的是提供目的基因的个体,受体是指接受目的基因的个体,基因的手术刀是限制性核酸内切酶,基因的缝合针是DNA连接酶,载体常用的是质粒,也常用动植物病毒。,3.下列关于染色体和质粒的叙述,正确的是( ) A.染色体和质粒的化学本质都是DN
15、A B.染色体和质粒都只存在于真核细胞中 C.染色体和质粒都与生物的遗传有关 D.染色体和质粒都可以作为基因工程的载体 【解析】选C。染色体是由DNA和蛋白质构成的,染色体存在于真核细胞中,质粒主要存在于原核细胞中,DNA是原核生物和真核生物的遗传物质,质粒控制原核生物的部分性状。,4.水母发光蛋白由236个氨基酸构成,其中由三种氨基酸构成发光环,现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中,这种蛋白质的作用是( ) A.促使目的基因导入受体细胞中 B.促使目的基因在受体细胞中复制 C.促使目的基因容易被检测出来 D.促使目的基因容易成功表达 【解析】选C。该发光蛋白基因属于标记
16、基因,可用于重组DNA的鉴定与检测,使目的基因容易被检测出来。,5.下列哪项叙述不是载体必须具备的条件( ) A.具有某些标记基因 B.决定受体细胞的生存 C.能够在受体细胞中复制 D.有多个限制酶切割位点 【解析】选B。载体的条件是必须对受体细胞无毒无害,不能决定受体细胞的生存,所以B项是不正确的。A、C、D三项是基本概念的考查。,6.科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组,并且在大肠杆菌体内获得成功表达。图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置,它们彼此能结合的依据是( ),A.基因自由组合定律 B.半保留复制原则 C.基因分离定律 D.碱基互补配对原
17、则 【解析】选D。本题考查基因工程的相关知识。重组质粒依据的是黏性末端的碱基互补配对原则。,7.一环状DNA分子,设其长度为1。限制性内切酶A在其上的切点位于0.0处;限制性内切酶B在其上的切点位于0.3处;限制性内切酶C的切点未知。但C单独切或与A或B同时切的结果如下表,请确定C在该环形DNA分子的切点应位于图中的 ( ),A.0.2和0.4处 B.0.4和0.6处 C.0.5和0.7处 D.0.6和0.9处 【解析】选A。从C与A同时切,存在长度为2个0.2的片段,说明C切点在A切点两侧,从C与B同时切,存在长度为2个0.1的片段,说明C切点在B切点两侧,再分析两次切割的其他片段,可发现A
18、项是正确的。,8.(2011启东高二检测)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都是_, 二者还具有其他共同点,如_,_(写出两条即 可)。 (2)若质粒DNA分子的切割末端为 ,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 因连接在一起。 (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用作载体的是( ) A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌中的RNA分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体 【解析】本题通过质粒结构的模式图考查质粒的功能和特点,分析如下:,大肠杆菌的质粒是
19、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) DNA连接酶 (3)标记基因 供重组DNA的鉴定和选择 (4)C,9.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质,如图表示这一技术的基本过程,在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是-GGATCC-,请回答:,(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。 (2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过
20、程图。 (3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内,原因是_,“插入”时用的工具是_,其种类有_。,【解析】本题主要考查各种工具在基因工程中的作用,要明 确限制酶的作用是切取目的基因,DNA连接酶起“缝合”作 用,载体能把目的基因导入受体细胞。(1)“剪刀”为限制酶,剪下羊蛋白质基因,使用DNA连接酶将其与载体结合。(2)由图示可知限制酶识别的序列为-GGATCC-,并且在G与G之间切开,形成的黏性末端为反向重复的,所以两个末端 分别为 与 。 (3)插入时目的基因与原有基因结合,都为反向平行的双 螺旋结构,插入时需要载体。,答案:(1)限制酶 DNA连接酶 (2) (3)基因的结构是
21、相同的 载体 质粒、动植物病毒及噬菌体的衍生物,10.质粒是基因工程中最常用的载体,它 存在于许多细菌体内,某细菌质粒上的标 记基因如图所示,通过标记基因可以推知 外源基因(目的基因)是否转移成功。外源 基因插入的位置不同,细菌在培养基上的 生长情况也不同,如图所示,外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析,其中分析正确的是( ),【解析】选B。若质粒插入a或b点,则会破坏抗四环素基因或抗青霉素基因,则在含有四环素或青霉素的培养基上不能生长,因此A项不正确,B项正确。若质粒插入c点,两种基因保持完整,在分别含有每种抗生素的培养基上都能生长,C项和D项
22、均不正确。,11.(2011济南高二检测)某线性DNA分子含有3 000个碱基对(bp),先用限制酶a切割,再把得到的产物用限制酶b切割,得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b的识别序列和切割位点如图所示。下列有关说法正确的是(多选)( ),A.在该DNA分子中,a酶与b酶的识别序列分别有3个和2个 B.a酶与b酶切出的黏性末端不能相互连接 C.a酶与b酶切断的化学键相同 D.用这两种酶和DNA连接酶对该DNA分子进行反复切割、连接操作,若干循环后, 序列会明显增多,【解析】选C、D。限制酶a切割为3段,有两个切割位点,其 产物又被限制酶b切割,形成两种产物,即再被切割两次, 有二个切割位点
23、,A项不正确。B项中a酶与b酶切出的黏性末 端能相互连接,B项不正确。C项中两种限制酶切断的化学键 都是磷酸二酯键。D项经分析a酶与b酶的识别序列及切割位 点,不难发现它们形成的黏性末端可以相互配对连接,但一 旦连接后,形成的重组DNA中已不存在原来两种限制酶的识 别序列,不能再被切割,可以保存下来,因此经过若干次循 环操作后: 和 序列会明显增 多,即D项是正确的。,【方法技巧】“限制酶识别序列”的辨析方法 (1)不同限制酶识别序列的辨析:首先要认真分析不同限制酶特定的识别序列,寻找它们的共同点,再分析目的基因或质粒切割位点的个数和部位,可以简单地画些草图进行直观的分析,同时结合相应的碱基对
24、比例、切割后的游离磷酸基团等知识进行解题。,(2)不同识别序列的限制酶同时处理质粒、目的基因并进行拼接时,首先要分析这种操作的优点:可以提高质粒与目的基因定向连接效率;其次要分析能进行拼接的前提:只有相同黏性末端才能进行拼接;最后还要分析拼接保留或破坏了哪些限制酶的识别序列。 (3)形成重组质粒后,用不同限制酶进行再次切割,可形成的片段分析:解决这类问题一定要分析经DNA连接酶形成的重组质粒中原限制酶的识别序列有没有发生改变(即是否存在)。如不存在,则不能被该限制酶再次切割,不能形成原来的黏性末端。,12.为了解基因结构,通常选取一特定长度的线性DNA分子,先用一种限制酶切割,通过电泳技术将单
25、酶水解片段分离,计算相对大小;然后再用另一种酶对单酶水解片段进行降解,分析片段大小。下表是某小组进行的相关实验。,(1)该实验设计主要体现了_原则。 (2)由实验可知,在这段已知序列上,A酶与B酶的识别序列分别为_个和_个。 (3)根据表中数据,请在下图中标出相应限制酶的酶切位点并注明相关片段的大小。,【解析】(1)分析表格中实验设计过程,发现实验设计体现了单一变量的原则(对照原则)。 (2)经A酶切割,可形成4个片段(2 100、1 400、1 000、 500 bp),即A酶的识别序列有3个;经B酶切割,可形成3个片段(2 500、1 300、1 200 bp),即B酶的识别序列有2个。 (3)经A、B酶同时切割,可形成6个片段,即有5个识别序列,又结合计算推导,可得出:,答案:(1)对照(单一变量) (2)3 2 (3),小 结,检测与鉴定,Thank you!,
链接地址:https://www.31doc.com/p-3107655.html