DNA重组技术的基本工具(填空版)
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。
这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。
DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。
首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。
通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。
PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。
限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。
通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。
其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。
限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。
这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。
常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。
当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。
接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。
DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。
常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。
通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。
此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。
质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。
载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。
通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。
在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。
通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。
【课后集训】第3章 基因工程 第1节 重组DNA技术的基本工具(含答案详解)
2019版生物选择性必修3 课后集训第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具题组一基因工程的概念及诞生和发展1．下列叙述符合基因工程概念的是()A．在细胞内直接将目的基因与宿主细胞的遗传物质进行重组，赋予生物新的遗传特性B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的大肠杆菌菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上2．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是()A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D．基因工程必须在同物种间进行题组二限制酶和DNA连接酶3．根据下图判断，下列有关工具酶功能的叙述，错误的是()A．限制酶可以切断a处B．DNA聚合酶可以连接a处C．解旋酶可以使b处解开D．DNA连接酶可以连接c处4．下列有关如图所示的黏性末端的说法，错误的是()A．甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的B．甲、乙具有相同的黏性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能C．DNA连接酶的作用位点是b处D．切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段5．有关DNA重组技术的工具酶的叙述，正确的是()A．限制性内切核酸酶能切割烟草花叶病毒的核酸B ．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C ．所有DNA 连接酶都能连接黏性末端和平末端D ．DNA 连接酶和DNA 聚合酶均可用来拼接DNA 片段6．下列有关限制性内切核酸酶的叙述，正确的是( )A ．用限制酶切割一个DNA 分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个B ．限制性内切核酸酶识别序列越短，则该序列在DNA 中出现的概率就越大C ．限制性内切核酸酶的活性不受温度、pH 等条件的影响D ．只有用相同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒 题组三 基因进入受体细胞的载体7．下列关于基因工程操作工具——载体的叙述中，错误的是( )A ．质粒作为常见的载体，不仅存在于细菌中，某些病毒也具有B ．作为基因工程的载体，标记基因不可或缺C ．目的基因插入载体时，有特定的插入位点D ．构建重组DNA 分子时需DNA 连接酶和限制性内切核酸酶等8．限制酶Mun Ⅰ和限制酶Eco R Ⅰ的识别序列及切割位点分别是－CA ↓ A TTG －和－GA ↓ATTC －。
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具“工欲善其事，必先利其器”。
我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。
培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。
实现这一精确的操作过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针”将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。
科学家已经找到并运用了这三种必需的工具，才使培育抗虫棉这一奇妙构想变成了现实（图1-1）。
图1-1 抗虫棉（左侧为对照）寻根问底根据你所掌握的知识，你能推测这类酶存在于原核生物中的作用是什么吗限制性核酸内切酶——“分子手术刀”切割DNA的工具是限制性核酸内切酶（restrictionen donucleases)，又称限制酶（restriction enzyme）。
这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。
迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。
它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（图1-2）断开。
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如，Eco RI、Sma I限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式—黏性末端和平末端（图1-3）。
当限制酶在它识别序列的中心轴线（图中虚线）两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。
生物技术资料卡限制酶的名字怎么起限制酶的名字是怎么起的呢是用生物属名的头一个字母与种名的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪个生物中分离出来的。
例如，一种限制酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母Eco R表示；如果它是从大肠杆菌R菌株中分离出来的第一个限制酶.则进一步表示成Eco RI 。
1.1DNA重组技术的基本工具
(2010年北京海淀区抽查)下图是含某目的基因
的DNA片段，据图回答下列问题。
(3) 如果要将用 EcoRⅠ限制酶切割形成的目的基因片段导 黏性 末端， (1) 根据图示可知，若用 EcoRⅠ和SmaⅠ限制酶切割， (2) EcoRⅠ限制酶切割后形成的末端是 3 则此 DNA 片段可有 _____ 个限制酶切割位点，切割后 质粒作载体。其应具备的特点有： 在图中用笔标出切割部位。 (4) E· coli DNA 连接酶连接目的基因和载体时连接的是图 入受体细胞，常用 _____ X种 2 共有 ____ ____ 个切割末端。 中 ____( 填字母 )6 部位的化学键。 _____、___ 、 ___。
有了工具，如何操作呢？ 预习 1.2
主要包括四个基本步骤：
1） 获取目的基因 2） 构建基因表达载体
3） 将目的基因导入受体细胞
4） 目的基因的检测与鉴定
为什么要按这四个步骤进行操作？
目的基因的获取 即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来 目的基因主要是指______________________ 编码蛋白质的结构基因
基因表达载体的构建：
目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且 可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和 发挥作用。
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因等
随堂闯关
1.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
2、下列属于获取目的基因的方法的是( ③从受体细胞中提取 ⑤利用DNA转录 A.①②③⑤ C.①②③④ ④利用PCR技术 ⑥人工合成 B.①②⑤⑥ D.①②④⑥ )
DNA重组技术的基本工具
练习答案
• 2和7能连接形成…ACGT… …TGCA…； • 4和8能连接形成…GAATTC… …CTTAAG…； • 3和6能连接形成…GCGC… …CGCG…； • 1和5能连接形成…CTGCAG… …GACGTC…。
• 迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部 分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各 自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细 菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微 生物在长期的进化过程中形成了一套完善的 防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。 生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的 细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的 识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转 移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将 其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶 也不会使自身的DNA被切断，并核酸内切酶
主要是从原核生物中分离纯化出来的一 1、来源：
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性核酸内切酶。
2、种类：4000种。
识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸 3、作用：
序列，并且使每一条链中特定部位的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
黏性末端 平末端
4、结果： 形成两种末端
什么叫黏性末端？
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
• 什么叫黏性末端？
限制 酶
什么叫平末端？
当限制酶从识别序列的中心轴线处 切开时，切开的DNA两条单链的切口，是 平整的，这样的切口叫平末端。
• 什么叫黏性末端？
课本知识回顾 基因工程又叫做 基因拼接技术 或 DNA重组技术 。通俗地说， 就是按照人们的意愿，把一种生 物的某种 基因 提取出来，加 以 修饰改造 ，然后放到另一种生 物的细胞里， 定向地 改造生物 的遗传性状。
DNA重组技术的基本工具定稿
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
生物重组dna技术的基本工具
生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。
下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。
限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。
DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。
DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。
DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。
在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。
电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。
通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。
载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。
载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。
转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。
通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。
DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。
它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。
这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。
1.1 DNA重组技术的基本工具0
切割位点：磷酸二酯键
举 例：EcoRI限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A 之间切开 结果：形成两种末端
限制性内切酶
限制 酶
黏性末端和平末端
限制酶在原核生物中有什么作用？
• 限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA 侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保而达到保护自 身的目的。 • 限制酶不会将自己的DNA 切割吗？ • 含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具 备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化 酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 不能将其切开。
1.1 DNA重组技术的基本工具
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
DNA连接酶——“分子缝合针”
• 种类：两种：
一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。 一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。
• 特点：
E·coli连接酶只能连接黏性末端；
T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。
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1.1 DNA 重组技术的基本工具
一、基因工程的概念(阅读P 1) 1．对概念的理解
2. 2－3
二、 4－51．来源：主要来自于 。
2．特点
(1)识别双链DNA 分子的某种 序列。
(2)使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开。
3．作用结果
(1) 末端：在所识别序列的中心轴线两侧将DNA 的两条链分别切开时形成的末端。
(2) 末端：在所识别序列的中心轴线处切开时形成的末端。
三、 DNA 连接酶——“分子缝合针”(阅读P 5－6) 1．种类
（1） 连接酶⎩
⎪⎨⎪⎧
来源：大肠杆菌
作用：只连接互补的黏性末端
（2） 连接酶⎩⎪⎨⎪
⎧
来源：T 4噬菌体作用：对于两种末端都能连接
但对平末端的连接效率较低
2．作用：将切开的DNA 片段“缝合”，恢复被限制酶切开的 ，拼接成新的DNA 分子。
四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(阅读P6)
1．种类：、的衍生物、等。
2．常用载体——质粒
(1)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有能力的很小的分子。
(2)质粒DNA分子上有一个至多个位点，供插入其中。
(3)质粒DNA分子上有特殊的，供重组DNA的。
(4)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上经
过的。
判断正误：
(1)限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因。
()
(2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。
()
(3)E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。
()
(4)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体。
()
(5)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中。
()
(6)变异一般是不定向的，但基因工程使生物产生新的性状变异却是定向的，是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。
()
(7)不同生物的DNA能够重组是由于基本单位和空间结构相同。
()
五、基因工程的理论基础
1．不同生物DNA分子得以重新拼接的基础
(1)
(2)
(3)
2．外源基因在受体内表达的理论基础
(1) 。
(2) 。
(3) 。
六、基因工程的工具酶
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
结果
用途
1．限制酶与DNA连接酶的化学本质和基本组成单位分别是什么？
答案化学本质均是；基本组成单位均是。
2．氢键的断裂与重新形成与限制酶和DNA连接酶是否有关？
答案。
3．限制性核酸内切酶的作用特点体现了酶的哪种特性？
答案性。
4．不同限制酶切割形成的黏性末端能发生黏合吗？借助于什么方式来完成黏合？
答案。
5．在下图中标出限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的作用部位。
七、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1．基因工程的载体和主动运输的载体有哪些区别？
答案(1)主动运输中载体的化学本质是，其作用是运输离子、氨基酸等物质进出细胞。
(2)基因工程中的载体的化学本质是，其作用是携带目的基因进入受体细胞。
2. 霍乱弧菌中也含有质粒，能否用来作为载体？
答案。
3．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。
某细菌质粒上有标记基因如右图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。
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，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()
细菌在含氨苄青霉素的培养基上的
生长状况
细菌在含四环素的培养基上的生
长状况
①能生长能生长
②能生长不能生长
③不能生长能生长
A
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a。