第3章第1节第1课时基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术.docx
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1、第三章基因工程第一节基因工程及其技术第1课时 基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术课标内容要求核心素养对接1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、 生物化学和分子生物学等学科基础上 发展而来的。2阐明DNA重组技术的实现需要利用 限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载 体三种基本工具。生命观念:掌握基因工程的基本工具的 种类及作用,并能说出它们在基因工程 中的应用。科学思维:掌握PCR技术的过程与原 理,并能正确比较PCR技术与体内 DNA复制的异同。社会责任:通过了解基因工程的发展历 程,认同新技术的发展是一代又一代科 学家前赴后继努力的结果,并会给人类 发展带来巨大的经济效益和社会效
2、益。必备知队聚焦概念课前自主学习必备知识感知一、基因工程是在多学科基础上发展而来的1957年:科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。1967年:罗思和海林斯基等发现运转工具质拉,同年,科学家发现DNA连 接酶。1970年:特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。史密斯等人分离到限制性内切核酸酶。3.某一质粒载体如图所示,外源DNA插入或嶷中会导致相应的基 因失活表示氨节青霉素抗性基因,我/表示四环素抗性基因)。有人将此质 粒载体用&z/H I酶切后,与用I酶切获得的目的基因混合,加入DNA 连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌,结果大肠杆菌有的未 被转化,有的被转化。被转化的大肠
3、杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含 有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:Bam H I复制原点(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可)。而作为基因表达载体,除满足上述基本 条件外,还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨茶青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中, 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是并且和 的细胞也是不能区分的,其原因 是o在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基 因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。(3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA
4、复制所需的原 料来自。I解析(1)质粒作为载体,应具备的基本条件有:有一个至多个限制酶切割 位点,供外源DNA片段(基因)插入其中;在受体细胞中能自我复制,或能整合 到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制;有特殊的标记基因,供重组 DNA的鉴定和选择等。(2)在培养基中加入氨节青霉素进行筛选,其中未被转化 的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌,因不含氨羊青霉素抗性基因而都不 能在此培养基上存活,二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目 的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨羊青霉素抗性基因,都能在此培养基上 存活,二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一
5、 步筛选出来,还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体,导入受体细胞后,其DNA复制所需的原料来自受体细胞。答案(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨羊青霉素抗性基 因,在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒 (或含有重组质粒)二者均含有氨茶青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素(3)受体细胞卷(历矣聚合酶链式反应(PCR)技术1. PCR反应的过程口的基因cDNA文库力II热至90951:受热变性使DNA片段双链解开冷却至5560t:复性使解链的DNA两条单链 分别与相应的引物结合I Illi III_0:引物加热至7075P
6、: 丁州薛催化从引物起始合成子链2. PCR技术与生物体内DNA复制的比较-I Illi III- 叼111111I比较项目PCR技术DNA复制区别解旋方式DNA在高温作用下变性解旋解旋酶催化场所细胞外(在PCR扩增仪内)细胞内(主要在细胞核内)耐高温的DNA聚合酶(7hq聚合 酶)DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等温度条件需控制温度,在较高温度下进行细胞内温和条件合成的对象DNA片段或基因DNA分子联 系模板:均需要脱氧核甘酸链作为模板进行物质合成原料:均为四种脱氧核昔酸酶:均需要DNA聚合酶进行催化引物:均需要引物,使DNA聚合酶从引物的3,端开始连接脱氧核甘酸创新应用合作探究:(DPCR
7、过程中为什么需要引物?提示:引物是一小段单链DNA或RNA,作为DNA复制的起始序列,它能 与DNA母链的一段碱基序列互补配对。存在于自然界中生物的DNA复制和人 工合成中的多聚酶链式反应(PCR)之所以需要引物,是因为在DNA合成时DNA 聚合酶只能从子链的3,端催化连接脱氧核普酸。(2)PCR扩增目的基因时,复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会 破坏引物与模板的碱基配对,复性温度过低又会造成引物不能与DNA模板链的 特定部位结合。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关,假设引物的长度相 同,在GC含量高时,对复性温度的设定有什么要求?说明理由。提示:在引物的GC含量高时,设定的复性温
8、度要高一些。因为DNA分子 中GC之间有三个氢键,AT之间有两个氢键。(3)在利用PCR获取和扩增目的基因时,从第几轮循环才会产生完整的目的 基因?提示:第3轮对点练习1 .下列关于PCR反应体系中所加物质作用的描述,错误的是()A.耐高温的DNA聚合酶用于催化DNA子链的合成B.引物使Tizq酶能从引物的5,端延伸DNA链C.目标DNA母链用作合成DNA复制的模板D.四种dNTP为PCR提供能量和原料B 通过PCR技术扩增目的基因时,需要用耐高温的DNA聚合酶催化单 个脱氧核苔酸聚合形成DNA子链,A正确;在复制时,引物与DNA母链通过 碱基互补配对结合后,DNA聚合酶从引物的3,端开始延伸
9、DNA链,因此DNA 合成方向总是从子链的5,端向3,端延伸,B错误;PCR技术的原理是DNA双链 复制,DNA复制时两条链均作为复制的模板,C正确;DNA合成的原料是四种 脱氧核苔酸,同时两个核普酸连接时可释放能量,D正确。2 .在基因表达载体的构建中,下列说法不正确的是()一个基因表达载体的组成只包括目的基因、启动子、终止子有了启动子才能驱动基因转录出mRNA终止子的作用是使转录在所需要的地方停止所有基因表达载体的构建是完全相同的必须在细胞内进行A. B.C. D.B 基因表达载体的构建是基因工程的核心内容,基因表达载体是载体的一 种,除了目的基因外,它还有启动子、终止子和标记基因等,错误
10、;启动子是 RNA聚合酶的结合位点,有了它才能驱动基因转录出mRNA,正确;终止子 控制着转录的结束,正确;由于受体细胞有植物、动物以及微生物之分,以及 目的基因导入受体细胞的方法不同,因此基因表达载体的构建是不完全相同的, 错误;基因表达载体的构速必须在细胞外进行,错误。正确,错 误。故选B。3 .基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是o在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的 条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了 DNA双链分子中的(2)目前在PCR反应中使用酶而不使用大肠杆菌D
11、NA聚合酶的主要原因是解析(1)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的,而在 体外利用PCR技术扩增目的基因时,则是通过加热至9095 C进行解旋的, 二者都破坏了碱基对之间的氢键。(2)在PCR过程中,要加热至9095 ,所 以使用热稳定性高的Thq酶,而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。答案(1)解旋酶 加热至9095 氢键(2)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活课堂小结知识网络构建核心语句背诵基因工程及其技术基因工程的发展历程(作用限制性内切核酸酶,特点址用T超岫作用结果基因工程的J基本工具DNA连接酶及卬11作用载体优L1组欣原理u J条件R
12、CR技术3 斗知过程1结果1 .基因工程又称为DNA重组 技术,是指在体外通过人工 “剪切”和“拼接”等方 法,将外源目的基因与载体 DNA进行组合形成重组 DNA,然后导入受体细胞, 并使其在受体细胞中表达, 产生人类需要的基因产物的 技术。2 .限制酶的特异性(专一性) 很强,能识别DNA分子上特 定的脱氧核昔酸序列,并使 每条链中特定部位的两个脱 氧核甘酸之间的磷酸二酯键 断开。3 .从大肠杆菌分离得到的 E.coli DNA连接酶,可以用 于连接具有黏性末端的DNA 分子;从T4噬菌体中分离出 来的T4 DNA连接酶,可以 用于连接具有黏性末端或平 末端的DNA分子。4 .质粒载体应该
13、具有的DNA 序列包括:复制原点、适合 的标记基因、多种限制酶的 切割位点。5 聚合酶链式反应是目的 DNA片段的体外扩增技术。包括变性、退火、延伸三个 反应步骤。基础概念考查学业检测评价课堂枪测巩固素能1 .下列对基因工程的说法,错误的是()A.基因工程是在分子水平上进行设计和施工B.基因工程产生的变异属于染色体变异C.基因工程可以导入不同种生物的基因D.基因工程可定向改变生物性状B 基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,A正确;基因工程 属于基因重组,B错误;基因工程可以导入不同种生物的基因,C正确;基因工 程可按照人们的意愿,定向改变生物性状,D正确。2 .(2020上海高二期末
14、)如图是DNA分子结构的示意图,其中,基因工程 中使用的限制酶的作用位点是()A. B. C D. B 限制酶的作用位点是两个核普酸之间的磷酸二酯键,即图中,B正 确。3 . “分子缝合针”DNA连接酶“缝合”的部位是()A.碱基对之间的氢键B.碱基与脱氧核糖C.双链DNA片段间的磷酸二酯键D.脱氧核糖与脱氧核糖C 相邻的两个脱氧核甘酸之间由磷酸和脱氧核糖形成的磷酸二酯键连按,DNA连接酶连接的是此化学键。4 .质粒是基因工程最常用的载体,下列有关质粒的说法错误的是()A.质粒不仅存在于细菌中,某些病毒也具有B.质粒作为载体时,应具有标记基因和多个限制酶切点C.质粒为小型环状DNA分子,存在于
15、拟核(区)外的细胞质基质中D.质粒能够在宿主细胞中稳定保存,并在宿主细胞内复制A 质粒为小型环状DNA分子,不仅存在于细菌中,也存在于某些真核生 物中,但病毒中没有质粒;质粒作为载体时,应具有标记基因和多个限制酶切割 位点;质粒为小型环状DNA分子,存在于细胞核或拟核外的细胞质基质中;质 粒能够在宿主细胞中稳定保存,并在宿主细胞内复制。5 . PCR利用了 DNA热变性的原理,PCR仪实际上也是一种能自动调控温 度的仪器,对PCR过程中“温度的控制”的说法错误的是()A.酸促反应需要高的温度,是为了确保模板是单链B.延伸的温度必须大于复性温度,而小于变性温度C. DNA聚合酶具有耐高温的能力D
16、. DNA解旋酶具有耐高温的能力D PCR是体外DNA扩增,DNA双链的解开不需要解旋酶,靠高温使其 变性,双链螺旋结构解体,双链分开,在复性后,在耐高温的DNA聚合酶的作 用下根据碱基互补配对原则合成新的DNA,因此延伸的温度要大于复性温度而 小于变性温度。6.下图表示形成cDNA并进行PCR扩增的过程。据图分析,下列叙述正 确的是()q“一双链DNA/ 90七以上- _50p 左右72t左右RNA链 DNA链 X / | (D | |核一 RNA单链杂交双链A.过程所需的原料是核糖核昔酸B.过程所需的酶必须耐高温C.过程需要解旋酶破坏氢键D.过程的引物对之间不能互补配对D 过程为逆转录,所
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- 课时 基因工程 基本 工具 聚合 链式反应 PCR 技术
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