【课堂设计】浙科版生物选修三全套备课精选同步练习：1.1 工具酶的发现和基因工程的诞生
文档属性
| 名称 | 【课堂设计】浙科版生物选修三全套备课精选同步练习：1.1 工具酶的发现和基因工程的诞生 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 199.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 浙科版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2015-07-06 19:09:05 | ||
图片预览
文档简介
第一章 基因工程
第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
目标导航 1.说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。2.说出限制性核酸内切酶的含义及作用特点。3.说出DNA连接酶的作用。4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。
一、基因工程的概念
1．概念：基因工程是狭义的__________，广义的遗传工程泛指把一种生物的__________移到另一种生物的________中去，并使这种________所带的遗传信息在__________中表达。
2．核心：____________________。
二、基因工程的诞生
1．时间：20世纪70年代。
2．理论基础：(1)________________________的发现。
(2)____________结构的确立。
(3)____________传递方式的认定。
3．技术上的保障：限制性核酸内切酶、____________和____________的发现与应用，为基因工程的创建提供了技术上的保障。
三、限制性核酸内切酶和DNA连接酶
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)功能：______和______DNA分子内一小段特殊核苷酸序列。
(2)结果：把DNA分子切割成许多______的片段。
2．DNA连接酶——“分子缝合针”
作用：将具有________________的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。
四、质粒——最常用的载体
1．实质：是能够自主复制的________________，是一种特殊的遗传物质。
2．存在方式：在________中以独立于________之外的方式存在。
3．作用：作为基因工程的________。
4．最常用的质粒：____________的质粒。
知识点一 正确理解基因工程的概念
1．下列关于基因工程的叙述，不正确的是( )
A．基因工程的原理是基因重组
B．运用基因工程技术，可使生物发生定向变异
C．一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上，属于基因工程的内容
D．是非同源染色体上非等位基因的自由组合
2．以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的目的是获得目的基因表达的蛋白质产物
C．基因工程产生的变异属于人工诱变
D．基因工程育种的优点之一是可以定向地使生物产生可遗传的变异
知识点二 限制性核酸内切酶和DNA连接酶
3．限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是— ( http: / / www.21cnjy.com )G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
(1)请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割形成粘性末端的过程。
(2)请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶Ⅱ切割形成粘性末端的过程。
(3)在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的粘性末端能否连接起来？为什么？
________________________________________________________________________。
4．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：
限制酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ
识别序列及切割位点 ↓GGATCCCCTAGG ↑ ↓AAGCTTTTCGAA ↑ ↓GAATTCCTTAAG ↑ ↓CCCGGGGGGCCC ↑
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
图2
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，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SmaⅠ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 Ⅰ切割，原因是
_______________________________________________________________________
________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ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)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)为了从cDNA文库中分离获取 ( http: / / www.21cnjy.com )蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在________________________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。
知识点三 “分子运输车”——载体
5．质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它( )
A．含蛋白质，从而能完成生命活动
B．能够自我复制，从而保持连续性
C．是RNA，能够指导蛋白质的合成
D．具有环状结构，能够携带目的基因
基础落实
1．人们将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中培育成为抗虫棉，这个过程中所利用的主要原理是( )
A．基因突变 B．基因重组
C．基因工程 D．染色体变异
2．下列有关限制酶知识的叙述，错误的是( )
A．产生于细胞内，同时可以在细胞外起作用
B．一种限制酶可以识别多种特定的核苷酸序列
C．限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键
D．微生物中的限制酶对自身DNA无损害作用
3．在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是( )
A．限制酶和DNA连接酶 B．限制酶和DNA水解酶
C．限制酶和载体 D．连接酶和载体
4．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A．①②③④ B．①②④③
C．①④②③ D．①④③②
5．科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗生素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( )
A．提高受体细胞在自然环境中的耐热性
B．有利于检测目的基因是否导入受体细胞
C．增加质粒分子的相对分子质量
D．便于与外源基因连接
6．下列有关细菌质粒的叙述，正确的是( )
A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B．细菌质粒是能自主复制的小型环状DNA分子
C．质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制
D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行
能力提升
7．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因由载体导入受体细胞
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
8．2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展 ( http: / / www.21cnjy.com )了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( )
A．追踪目的基因在细胞内的复制过程
B．追踪目的基因插入到染色体上的位置
C．追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布
D．追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构
9．限制酶是一种核酸内切酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ和BglⅡ的识别序列和切割位点：
BamHⅠ EcoRⅠ HindⅢ BglⅡ
↓ ↓ ↓ ↓
GGATCC GAATTC AAGCTT AGATCT
CCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA
↑ ↑ ↑ ↑
切割出来的DNA粘性末端可以互补配对的是( )
A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ
C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ
10.如图所示为一种限制酶切割DNA分子的过程，请据图回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)这种限制酶的切点是在碱基____________之间。
(2)这种限制酶的特点是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果图示片段中G碱基发生基因突变，可能发生的情况是
________________________________________________________________________。
(4)这种工具酶主要存在于____________中。
(5)若用该酶从苏云金芽孢杆菌中提取到 ( http: / / www.21cnjy.com )了抗虫基因，要将该基因导入棉花细胞中获得抗虫棉，则所需运输工具称为________，最常用的是__________，其次还有____________和________________。该运输工具具有的特点是：有多个________________________；在受体细胞内可进行______________________；具有___________________________________。
综合拓展
11．基因工程中，需使用限制酶切割目的 ( http: / / www.21cnjy.com )基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。
( http: / / www.21cnjy.com )
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)根据已知条件和图回答：
①上述质粒用限制酶__________切割，目的基因用限制酶________切割。
②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的________________。
③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌，但不能表达结构复杂的蛋白质，哺乳类细胞、昆虫细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白，但操作复杂，表达水平低，不易推广使用。基因工程中常选用酵母菌作为受体细胞，请从细胞结构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不足的理由：
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
答案
知识清单
一、1.遗传工程 遗传物质 细胞 遗传物质 受体细胞
2．构建重组DNA分子
二、2.(1)DNA是生物遗传物质 (2)DNA双螺旋
(3)遗传信息 3.DNA连接酶 质粒载体
三、1.(1)识别 切割 (2)不同 2.末端碱基互补
四、1.双链环状DNA分子 2.细菌 染色体 3.载体
4．大肠杆菌
对点训练
1．D [基因工程实现了将一种生物的基因与 ( http: / / www.21cnjy.com )另一种生物的基因组合到同一个体中的愿望，所以这是一种基因重组现象。基因工程是两种生物间的基因重组，而非同源染色体上非等位基因的自由组合仅限于一种生物的一个个体减数分裂过程中。]
思路导引 本题考查对基因工程概念的理解，准确把握基因工程的含义就能解答该题。
知识链接 基因工程的概念理解
(1)操作环境：体外——关键步骤：构建重组DNA分子
(2)优点
①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
②与诱变育种相比：定向改造生物性状。
(3)操作水平：分子水平。
(4)原理：基因重组。
(5)本质：甲(供体：提供目的基因)乙(受体：表达目的基因)，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移。
2．D [基因工程是在分子水 ( http: / / www.21cnjy.com )平上，对DNA进行设计和施工，按照人们的意愿定向地改造生物性状，创造出符合人们需要的生物类型或生物产品，基本原理应为基因重组。]
知识链接 1.不同基因拼接为重组DNA的理论基础
(1)DNA分子的基本单位相同，都是由脱氧核苷酸构成的。
(2)空间结构相同，不同生物的DNA分子，都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。
(3)碱基配对方式相同，不同生物的DNA分子中，两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。
2．外源基因在受体细胞内表达的理论基础
(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阐述的信息流动方向。
(3)生物界共用一套遗传密码。
3．(1)
(2)
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)能。因为上述两种不同限制酶切割后形成的粘性末端是相同的
解析 限制酶具有专一性，即一种限制酶只 ( http: / / www.21cnjy.com )能识别一种特定的核苷酸序列并从特定的切点将DNA分子切开。被限制酶切开的DNA两条单链切口，如果各含有几个伸出的、可互补配对的核苷酸，这种切口就是粘性末端。两个粘性末端之间，只要切口处伸出的核苷酸间互补，就能在DNA连接酶的作用下连接起来。虽然限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ识别的序列和切点不完全相同，但是形成的粘性末端是相同的，存在着互补关系，因此在DNA连接酶的作用下是可以连接起来的。
知识链接 1.限制性核酸内切酶
(1)作用特点：具有专一性，表现在两个方面
①识别双链DNA中特定核苷酸序列。
②切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如EcoRⅠ酶的切割序列(如下图)：
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)作用结果：产生粘性末端或平末端
①粘性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的，如下图所示：
②平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的。如下图所示
2．DNA连接酶
(1)作用实质：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。例如：
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)作用前提：两个DNA分子必须含有相同的粘性末端。
4．(1)0、2 (2)高
(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、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)鉴别和筛选含有目的基因的细胞
(7)蔗糖为唯一含碳营养物质
解析 (1)质粒切割前是双链环状DNA ( http: / / www.21cnjy.com )分子，所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键，故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出，质粒上只含有一个SmaⅠ的切点，因此被该酶切割后，质粒变为线性双链DNA分子，因每条链上含有一个游离的磷酸基团，因此切割后含有两个游离的磷酸基团。
(2)由题目可知，SmaⅠ识别的DNA序 ( http: / / www.21cnjy.com )列只有G和C，而G和C之间可以形成三个氢键，A和T之间可以形成两个氢键，所以SmaⅠ酶切位点越多，热稳定性就越高。
(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因，由图2可 ( http: / / www.21cnjy.com )知，标记基因和外源DNA中均含有SmaⅠ酶切位点，都可以被SmaⅠ破坏，故不能使用该酶切割含有目的基因的外源DNA和质粒。
(4)只使用EcoRⅠ，则质粒和目的 ( http: / / www.21cnjy.com )基因两端的粘性末端相同，用连接酶连接时，会产生质粒和目的基因自身连接物，而利用BamHⅠ和Hind Ⅲ剪切时，质粒和目的基因两端的粘性末端不同，用DNA连接酶连接时，不会产生自身连接产物。
(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒，该过程需要连接酶作用，故混合后加入DNA连接酶。
(6)质粒上的抗性基因为标记基因，用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞。
(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的 ( http: / / www.21cnjy.com )大肠杆菌突变体后，含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖，因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基进行培养受体细胞，含有重组质粒的细胞才能存活，不含有重组质粒的因不能获得碳源而死亡，从而达到筛选目的。
归纳提升 (1)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板
作用过程 在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键
作用结果 连接成完整的DNA分子 形成DNA的一条链
用途 基因工程 DNA复制
(2)DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
①区别
作用 应用
限制性核酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于重组DNA分子的构建
②关系：限制酶和连接酶都作用于相邻两脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键，但作用不同，一个是切割，一个是连接。
两者的关系可表示为：
5．B [质粒存在于细菌和酵母菌等微生物 ( http: / / www.21cnjy.com )中，是一种很小的环状DNA，其上有标记基因，便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。]
知识链接 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)类型
(2)功能：将目的基因导入受体细胞。
(3)应具备条件
①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；
②有一个至多个限制酶的切割位点，以便于外源基因连接；
③有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的检测和鉴定。
课后作业
1．B [将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中，通过DNA转录、翻译合成特定的蛋白质，表现出特定的性状。此题易错选C。基因工程是一种技术手段，而不是生物学原理，抗虫棉的培育利用的是基因工程这一技术手段使基因发生重组。]
2．B [微生物中限制酶被提取出来 ( http: / / www.21cnjy.com )之后，可以在细胞外起作用，进行DNA的切割，例如基因工程中的限制酶的应用就是在细胞外进行的。限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，每种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。]
3．A [解答本题的关键是“修饰、改 ( http: / / www.21cnjy.com )造”二词。限制性核酸内切酶(即限制酶)是剪切基因的“剪刀”，DNA连接酶是把DNA末端之间的缝隙“缝合”起来的“分子缝合针”。所以修饰改造工具是限制酶和DNA连接酶。]
4．C [限制性核酸内切酶、DNA聚合 ( http: / / www.21cnjy.com )酶、DNA连接酶三者均作用于磷酸二酯键处，限制性核酸内切酶使键断开，而DNA聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸，DNA连接酶作用于DNA片段，解旋酶作用于氢键，使DNA双链打开，形成DNA单链。]
5．B [质粒上的抗生素抗性 ( http: / / www.21cnjy.com )基因作为标记基因，通过它的特性可以用于判断目的基因和载体是否一起进入受体细胞，若进入，则受体细胞对抗生素具有抗性，否则没有。]
6．B [细菌质粒是一个小 ( http: / / www.21cnjy.com )型环状DNA分子，可以进入细菌细胞，存在于细胞内，但它不是宿主细胞。质粒是一种重要的载体，通常利用质粒与目的基因结合，形成重组质粒，而后导入细菌细胞。作载体的质粒的复制只能在宿主细胞内完成。]
7．D [载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但由于它和目的基因是相互独立的，不能促进目的基因的表达。]
8．C [将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基 ( http: / / www.21cnjy.com )因连接起来组成一个融合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。]
9．C [从图中可以看出BamHⅠ、EcoR ( http: / / www.21cnjy.com )Ⅰ、HindⅢ和BglⅡ四种限制酶切割出来的粘性末端分别是GATC、AATT、AGCT、GATC，BamHⅠ和BglⅡ切割出来的粘性末端相同，可以互补配对。]
10．(1)G和A (2)只能识别某一种特定 ( http: / / www.21cnjy.com )的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子 (3)该限制酶不能识别切割位点 (4)原核生物 (5)载体 质粒 λ噬菌体 动、植物病毒 限制酶单一切割位点 自我复制 标记基因
11．(1)①Ⅰ Ⅱ ②DNA连接酶 ③检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞
(2)DNA结构基本相同(其他合理答案均可)
(3)①单细胞真核生物，含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体；②繁殖速度快，能很快得到大量的目的基因；③培养成本低；④容易培养
解析 若质粒和目的基因均用限 ( http: / / www.21cnjy.com )制性核酸内切酶Ⅰ切割，则质粒上的切口在GeneⅡ处，而目的基因只有左侧被切开，而右侧不能被切割，即目的基因无法获取；若质粒和目的基因均用限制性核酸内切酶Ⅱ切割，由于限制性核酸内切酶Ⅱ识别－↓GATC－，所以质粒被切割两次，即GeneⅠ和GeneⅡ均被切开，目的基因两侧均被切开，可以获取目的基因，这样目的基因与质粒重组时，可能丢失质粒的某些片断。因此，要获取目的基因则必须用限制性核酸内切酶Ⅱ，要使质粒只被切割一次，必须使用限制性核酸内切酶Ⅰ，且它们产生的粘性末端相同。
第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
目标导航 1.说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。2.说出限制性核酸内切酶的含义及作用特点。3.说出DNA连接酶的作用。4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。
一、基因工程的概念
1．概念：基因工程是狭义的__________，广义的遗传工程泛指把一种生物的__________移到另一种生物的________中去，并使这种________所带的遗传信息在__________中表达。
2．核心：____________________。
二、基因工程的诞生
1．时间：20世纪70年代。
2．理论基础：(1)________________________的发现。
(2)____________结构的确立。
(3)____________传递方式的认定。
3．技术上的保障：限制性核酸内切酶、____________和____________的发现与应用，为基因工程的创建提供了技术上的保障。
三、限制性核酸内切酶和DNA连接酶
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)功能：______和______DNA分子内一小段特殊核苷酸序列。
(2)结果：把DNA分子切割成许多______的片段。
2．DNA连接酶——“分子缝合针”
作用：将具有________________的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。
四、质粒——最常用的载体
1．实质：是能够自主复制的________________，是一种特殊的遗传物质。
2．存在方式：在________中以独立于________之外的方式存在。
3．作用：作为基因工程的________。
4．最常用的质粒：____________的质粒。
知识点一 正确理解基因工程的概念
1．下列关于基因工程的叙述，不正确的是( )
A．基因工程的原理是基因重组
B．运用基因工程技术，可使生物发生定向变异
C．一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上，属于基因工程的内容
D．是非同源染色体上非等位基因的自由组合
2．以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的目的是获得目的基因表达的蛋白质产物
C．基因工程产生的变异属于人工诱变
D．基因工程育种的优点之一是可以定向地使生物产生可遗传的变异
知识点二 限制性核酸内切酶和DNA连接酶
3．限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是— ( http: / / www.21cnjy.com )G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
(1)请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割形成粘性末端的过程。
(2)请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶Ⅱ切割形成粘性末端的过程。
(3)在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的粘性末端能否连接起来？为什么？
________________________________________________________________________。
4．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：
限制酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ
识别序列及切割位点 ↓GGATCCCCTAGG ↑ ↓AAGCTTTTCGAA ↑ ↓GAATTCCTTAAG ↑ ↓CCCGGGGGGCCC ↑
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
图2
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，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SmaⅠ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 Ⅰ切割，原因是
_______________________________________________________________________
________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ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)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)为了从cDNA文库中分离获取 ( http: / / www.21cnjy.com )蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在________________________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。
知识点三 “分子运输车”——载体
5．质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它( )
A．含蛋白质，从而能完成生命活动
B．能够自我复制，从而保持连续性
C．是RNA，能够指导蛋白质的合成
D．具有环状结构，能够携带目的基因
基础落实
1．人们将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中培育成为抗虫棉，这个过程中所利用的主要原理是( )
A．基因突变 B．基因重组
C．基因工程 D．染色体变异
2．下列有关限制酶知识的叙述，错误的是( )
A．产生于细胞内，同时可以在细胞外起作用
B．一种限制酶可以识别多种特定的核苷酸序列
C．限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键
D．微生物中的限制酶对自身DNA无损害作用
3．在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是( )
A．限制酶和DNA连接酶 B．限制酶和DNA水解酶
C．限制酶和载体 D．连接酶和载体
4．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A．①②③④ B．①②④③
C．①④②③ D．①④③②
5．科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗生素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( )
A．提高受体细胞在自然环境中的耐热性
B．有利于检测目的基因是否导入受体细胞
C．增加质粒分子的相对分子质量
D．便于与外源基因连接
6．下列有关细菌质粒的叙述，正确的是( )
A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B．细菌质粒是能自主复制的小型环状DNA分子
C．质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制
D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行
能力提升
7．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因由载体导入受体细胞
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
8．2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展 ( http: / / www.21cnjy.com )了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( )
A．追踪目的基因在细胞内的复制过程
B．追踪目的基因插入到染色体上的位置
C．追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布
D．追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构
9．限制酶是一种核酸内切酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ和BglⅡ的识别序列和切割位点：
BamHⅠ EcoRⅠ HindⅢ BglⅡ
↓ ↓ ↓ ↓
GGATCC GAATTC AAGCTT AGATCT
CCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA
↑ ↑ ↑ ↑
切割出来的DNA粘性末端可以互补配对的是( )
A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ
C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ
10.如图所示为一种限制酶切割DNA分子的过程，请据图回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)这种限制酶的切点是在碱基____________之间。
(2)这种限制酶的特点是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果图示片段中G碱基发生基因突变，可能发生的情况是
________________________________________________________________________。
(4)这种工具酶主要存在于____________中。
(5)若用该酶从苏云金芽孢杆菌中提取到 ( http: / / www.21cnjy.com )了抗虫基因，要将该基因导入棉花细胞中获得抗虫棉，则所需运输工具称为________，最常用的是__________，其次还有____________和________________。该运输工具具有的特点是：有多个________________________；在受体细胞内可进行______________________；具有___________________________________。
综合拓展
11．基因工程中，需使用限制酶切割目的 ( http: / / www.21cnjy.com )基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。
( http: / / www.21cnjy.com )
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)根据已知条件和图回答：
①上述质粒用限制酶__________切割，目的基因用限制酶________切割。
②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的________________。
③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌，但不能表达结构复杂的蛋白质，哺乳类细胞、昆虫细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白，但操作复杂，表达水平低，不易推广使用。基因工程中常选用酵母菌作为受体细胞，请从细胞结构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不足的理由：
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
答案
知识清单
一、1.遗传工程 遗传物质 细胞 遗传物质 受体细胞
2．构建重组DNA分子
二、2.(1)DNA是生物遗传物质 (2)DNA双螺旋
(3)遗传信息 3.DNA连接酶 质粒载体
三、1.(1)识别 切割 (2)不同 2.末端碱基互补
四、1.双链环状DNA分子 2.细菌 染色体 3.载体
4．大肠杆菌
对点训练
1．D [基因工程实现了将一种生物的基因与 ( http: / / www.21cnjy.com )另一种生物的基因组合到同一个体中的愿望，所以这是一种基因重组现象。基因工程是两种生物间的基因重组，而非同源染色体上非等位基因的自由组合仅限于一种生物的一个个体减数分裂过程中。]
思路导引 本题考查对基因工程概念的理解，准确把握基因工程的含义就能解答该题。
知识链接 基因工程的概念理解
(1)操作环境：体外——关键步骤：构建重组DNA分子
(2)优点
①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
②与诱变育种相比：定向改造生物性状。
(3)操作水平：分子水平。
(4)原理：基因重组。
(5)本质：甲(供体：提供目的基因)乙(受体：表达目的基因)，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移。
2．D [基因工程是在分子水 ( http: / / www.21cnjy.com )平上，对DNA进行设计和施工，按照人们的意愿定向地改造生物性状，创造出符合人们需要的生物类型或生物产品，基本原理应为基因重组。]
知识链接 1.不同基因拼接为重组DNA的理论基础
(1)DNA分子的基本单位相同，都是由脱氧核苷酸构成的。
(2)空间结构相同，不同生物的DNA分子，都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。
(3)碱基配对方式相同，不同生物的DNA分子中，两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。
2．外源基因在受体细胞内表达的理论基础
(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阐述的信息流动方向。
(3)生物界共用一套遗传密码。
3．(1)
(2)
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)能。因为上述两种不同限制酶切割后形成的粘性末端是相同的
解析 限制酶具有专一性，即一种限制酶只 ( http: / / www.21cnjy.com )能识别一种特定的核苷酸序列并从特定的切点将DNA分子切开。被限制酶切开的DNA两条单链切口，如果各含有几个伸出的、可互补配对的核苷酸，这种切口就是粘性末端。两个粘性末端之间，只要切口处伸出的核苷酸间互补，就能在DNA连接酶的作用下连接起来。虽然限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ识别的序列和切点不完全相同，但是形成的粘性末端是相同的，存在着互补关系，因此在DNA连接酶的作用下是可以连接起来的。
知识链接 1.限制性核酸内切酶
(1)作用特点：具有专一性，表现在两个方面
①识别双链DNA中特定核苷酸序列。
②切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如EcoRⅠ酶的切割序列(如下图)：
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)作用结果：产生粘性末端或平末端
①粘性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的，如下图所示：
②平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的。如下图所示
2．DNA连接酶
(1)作用实质：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。例如：
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)作用前提：两个DNA分子必须含有相同的粘性末端。
4．(1)0、2 (2)高
(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、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)鉴别和筛选含有目的基因的细胞
(7)蔗糖为唯一含碳营养物质
解析 (1)质粒切割前是双链环状DNA ( http: / / www.21cnjy.com )分子，所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键，故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出，质粒上只含有一个SmaⅠ的切点，因此被该酶切割后，质粒变为线性双链DNA分子，因每条链上含有一个游离的磷酸基团，因此切割后含有两个游离的磷酸基团。
(2)由题目可知，SmaⅠ识别的DNA序 ( http: / / www.21cnjy.com )列只有G和C，而G和C之间可以形成三个氢键，A和T之间可以形成两个氢键，所以SmaⅠ酶切位点越多，热稳定性就越高。
(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因，由图2可 ( http: / / www.21cnjy.com )知，标记基因和外源DNA中均含有SmaⅠ酶切位点，都可以被SmaⅠ破坏，故不能使用该酶切割含有目的基因的外源DNA和质粒。
(4)只使用EcoRⅠ，则质粒和目的 ( http: / / www.21cnjy.com )基因两端的粘性末端相同，用连接酶连接时，会产生质粒和目的基因自身连接物，而利用BamHⅠ和Hind Ⅲ剪切时，质粒和目的基因两端的粘性末端不同，用DNA连接酶连接时，不会产生自身连接产物。
(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒，该过程需要连接酶作用，故混合后加入DNA连接酶。
(6)质粒上的抗性基因为标记基因，用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞。
(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的 ( http: / / www.21cnjy.com )大肠杆菌突变体后，含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖，因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基进行培养受体细胞，含有重组质粒的细胞才能存活，不含有重组质粒的因不能获得碳源而死亡，从而达到筛选目的。
归纳提升 (1)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板
作用过程 在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键
作用结果 连接成完整的DNA分子 形成DNA的一条链
用途 基因工程 DNA复制
(2)DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
①区别
作用 应用
限制性核酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于重组DNA分子的构建
②关系：限制酶和连接酶都作用于相邻两脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键，但作用不同，一个是切割，一个是连接。
两者的关系可表示为：
5．B [质粒存在于细菌和酵母菌等微生物 ( http: / / www.21cnjy.com )中，是一种很小的环状DNA，其上有标记基因，便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。]
知识链接 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)类型
(2)功能：将目的基因导入受体细胞。
(3)应具备条件
①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；
②有一个至多个限制酶的切割位点，以便于外源基因连接；
③有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的检测和鉴定。
课后作业
1．B [将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中，通过DNA转录、翻译合成特定的蛋白质，表现出特定的性状。此题易错选C。基因工程是一种技术手段，而不是生物学原理，抗虫棉的培育利用的是基因工程这一技术手段使基因发生重组。]
2．B [微生物中限制酶被提取出来 ( http: / / www.21cnjy.com )之后，可以在细胞外起作用，进行DNA的切割，例如基因工程中的限制酶的应用就是在细胞外进行的。限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，每种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。]
3．A [解答本题的关键是“修饰、改 ( http: / / www.21cnjy.com )造”二词。限制性核酸内切酶(即限制酶)是剪切基因的“剪刀”，DNA连接酶是把DNA末端之间的缝隙“缝合”起来的“分子缝合针”。所以修饰改造工具是限制酶和DNA连接酶。]
4．C [限制性核酸内切酶、DNA聚合 ( http: / / www.21cnjy.com )酶、DNA连接酶三者均作用于磷酸二酯键处，限制性核酸内切酶使键断开，而DNA聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸，DNA连接酶作用于DNA片段，解旋酶作用于氢键，使DNA双链打开，形成DNA单链。]
5．B [质粒上的抗生素抗性 ( http: / / www.21cnjy.com )基因作为标记基因，通过它的特性可以用于判断目的基因和载体是否一起进入受体细胞，若进入，则受体细胞对抗生素具有抗性，否则没有。]
6．B [细菌质粒是一个小 ( http: / / www.21cnjy.com )型环状DNA分子，可以进入细菌细胞，存在于细胞内，但它不是宿主细胞。质粒是一种重要的载体，通常利用质粒与目的基因结合，形成重组质粒，而后导入细菌细胞。作载体的质粒的复制只能在宿主细胞内完成。]
7．D [载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但由于它和目的基因是相互独立的，不能促进目的基因的表达。]
8．C [将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基 ( http: / / www.21cnjy.com )因连接起来组成一个融合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。]
9．C [从图中可以看出BamHⅠ、EcoR ( http: / / www.21cnjy.com )Ⅰ、HindⅢ和BglⅡ四种限制酶切割出来的粘性末端分别是GATC、AATT、AGCT、GATC，BamHⅠ和BglⅡ切割出来的粘性末端相同，可以互补配对。]
10．(1)G和A (2)只能识别某一种特定 ( http: / / www.21cnjy.com )的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子 (3)该限制酶不能识别切割位点 (4)原核生物 (5)载体 质粒 λ噬菌体 动、植物病毒 限制酶单一切割位点 自我复制 标记基因
11．(1)①Ⅰ Ⅱ ②DNA连接酶 ③检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞
(2)DNA结构基本相同(其他合理答案均可)
(3)①单细胞真核生物，含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体；②繁殖速度快，能很快得到大量的目的基因；③培养成本低；④容易培养
解析 若质粒和目的基因均用限 ( http: / / www.21cnjy.com )制性核酸内切酶Ⅰ切割，则质粒上的切口在GeneⅡ处，而目的基因只有左侧被切开，而右侧不能被切割，即目的基因无法获取；若质粒和目的基因均用限制性核酸内切酶Ⅱ切割，由于限制性核酸内切酶Ⅱ识别－↓GATC－，所以质粒被切割两次，即GeneⅠ和GeneⅡ均被切开，目的基因两侧均被切开，可以获取目的基因，这样目的基因与质粒重组时，可能丢失质粒的某些片断。因此，要获取目的基因则必须用限制性核酸内切酶Ⅱ，要使质粒只被切割一次，必须使用限制性核酸内切酶Ⅰ，且它们产生的粘性末端相同。