3.1 重组DNA技术的基本工具-【帮课堂】2022-2023学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

《第3章 基因工程》 第1节 重组DNA技术的基本工具 必会知识 考点梳理拓展延伸易错警示 必会知识一 基因工程的概念和诞生 1．基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，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。从技术操作层面看，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．对基因工程概念的理解 基因工程的别名 基因剪切拼接技术、重组DNA技术、转基因技术 操作环境 主要在生物体外 操作对象 基因(DNA) 操作水平 DNA分子水平 基本程序 剪切→拼接→导入→表达 结果 创造出人类需要的新的生物类型和生物产品 原理 基因重组 特点 定向改造生物遗传特性；彻底打破种间界限 必会知识二 基因工程的基本工具 基因工程的操作过程至少需要三种“分子工具”：限制性内切核酸酶(准确切割DNA分子的“分子手术刀”)、DNA连接酶(将DNA片段再连接起来的“分子缝合针”)、载体(将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的“分子运输车”)。 1．限制性内切核酸酶——“分子手术刀”：切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称限制酶。 (1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)作用特点 ①切割外源DNA，对自身的DNA不起作用，从而达到保护自身的目的。 ②专一性：能够识别双链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。 (3)作用结果：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。 ①黏性末端：错位切，在识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开，产生的是黏性末端，如下图。 ②平末端：平切，沿着识别序列的中心轴线切开，产生的是平末端，如下图。 2．DNA连接酶——“分子缝合针”：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，依靠的是DNA连接酶。 (1)DNA连接酶的作用：连接两个DNA片段的末端，拼接成新的DNA分子。 (2)DNA连接酶的种类和特点 种类 E.coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 特点 只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来 既能连接双链DNA片段互补的黏性末端，也能连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率相对较低 (3)作用实质：DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”：要将外源基因送入受体细胞，还需要有运输工具，这就是“分子运输车”，又叫载体(或运载体)。 (1)载体的作用：一是作为运载工具，与外源基因(即目的基因)的DNA片段结合，将目的基因转移到受体细胞中；二是在受体细胞内对目的基因进行大量的复制。 (2)常用的载体： ①最常用的载体是质粒。 ②其他载体：噬菌体、动植物病毒等。 (3)需具备的条件 ①能在受体细胞中稳定保存并复制。 ②具有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。 ③具有标记基因，便于筛选含重组DNA分子的细胞。 ④对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。 (4)质粒的结构与特点 ①质粒的结构：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 ②质粒的来源：质粒存在于细菌和酵母菌等生物细胞中，最常用的是大肠杆菌质粒。 ③质粒的本质：环状DNA分子，其基因属于细胞质基因。 ④质粒作为载体的原因：质粒DNA分子有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中；携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；质粒上常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选；质粒不影响受体细胞正常的生命活动。 必会知识三 DNA的粗提取与鉴定 1．实验原理：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。 (1)DNA的溶解性 ①DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精(利用这一原理，可初步分离DNA与蛋白质)。 ②DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCI溶液中溶解度不同(利用这一特点，选择适当浓度的NaCl溶液就能使DNA充分溶解，从而使杂质沉淀：或者让其他成分溶解而使DNA析出，以达到分离的目的)。 (2)DNA的鉴定原理：在沸水浴的条件下，DNA与二苯胺试剂反应呈现蓝色。 2．方法步骤 (1)实验材料的选取 ①原则上凡是含有DNA的生物材料都可以用于提取DNA，但是，不同生物的组织中DNA含量不同。选用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大。 ②在选取材料时，应本着DNA含量高、材料易得、便于提取