2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3 第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具.docx

第1节重组DNA技术的基本工具

[学习目标]阐明重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。

一、基因工程的概念和工具酶

1．基因工程：指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。

2．基因工程的工具酶

(1)限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”

来源

主要来自原核生物

种类

数千种

作用

识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开

结果

产生黏性末端或平末端

(2)DNA连接酶——“分子缝合针”

①作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

②种类

种类

来源

特点

E.coliDNA连接酶

大肠杆菌

E.coliDNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4DNA连接酶

T4DNA连接酶

T4噬菌体

[特别提醒]DNA连接酶无识别的特异性，对于相同(或互补)的黏性末端以及平末端都能连接。所以，限制酶种类多，DNA连接酶种类少。

判断正误

(1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种()

(2)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连接酶能将两碱基通过氢键连接起来()

(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()

答案(1)√(2)×(3)×(4)×

提示(2)大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。(3)DNA连接酶能将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(4)限制酶和解旋酶的作用部位不同，限制酶作用于磷酸二酯键，解旋酶作用于氢键。

任务一：基因工程的理论基础

1．基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别：有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行重组；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。

2．为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？

提示(1)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(2)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

3．为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？

提示(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则。(3)生物界共用一套遗传密码。

任务二：限制性内切核酸酶(限制酶)

1．请结合限制酶的作用特点，回答以下问题：

(1)限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？

提示不能。

(2)请结合图示推断，限制酶切割一次可断开2个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗2分子水。

2．推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？

提示限制酶是原核生物的一种防御工具，用来切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全。

3．限制酶不切割细菌本身的DNA分子的可能原因是含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开(答出两点)。

4．有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如图。

(1)请写出限制酶SpeⅠ、HindⅢ、XbaⅠ和XhoⅠ切割形成的黏性末端。

提示SpeⅠ：HindⅢ：

XbaⅠ：XhoⅠ：

(2)不同限制酶切割可能(填“可能”或“不可能”)产生相同的黏性末端。

(3)限制酶XbaⅠ切割B片段产生的DNA片段能与限制酶SpeⅠ切割A片段产生的DNA片段相连接，因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端；连接完成后，该重组DNA分子的新连接处不能(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶切割，因为所用的两种限制酶均不能识别该重组DNA分子的新连接处的脱氧核苷酸序列。

与DNA相关的几种酶的比较

项目

DNA连接酶

限制酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用部位

磷酸二酯键

磷酸二酯键

磷酸二酯键

氢键

作用对象

DNA片段

DNA

单个的脱氧核苷酸

DNA

作用结果

将两个DNA片段连接成完整的DNA分子

切割DNA分子

将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端

将双链DNA分子局部解旋为单链

拓展延伸

1．回文序列

限制酶特异性识别和切割的部位具有回文序列，即在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。例如：EcoRⅠ限制酶识别的DNA序列为eq\o(=======,\s\up7(GAATTC),\s\do5(CTTAAG))，为回文