2025版高考生物一轮总复习教案选择性必修3第十单元生物技术与工程第六讲基因工程的基本工具考点一重组DNA技术的基本工具

这是一份2025版高考生物一轮总复习教案选择性必修3第十单元生物技术与工程第六讲基因工程的基本工具考点一重组DNA技术的基本工具，共5页。

考点一 重组DNA技术的基本工具
必备知识·夯实基础
知|识|巩|固
1．基因工程的概念
(1)手段：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。
(2)目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
(3)水平：DNA分子水平。由于在DNA分子水平上进行设计和施工，因此又叫作重组DNA技术。
2．重组DNA技术的基本工具
(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)
(2)DNA连接酶
(3)载体
思|维|辨|析
易错整合，判断正误。
(1)限制酶能够识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的氢键断开。( × )
(2)限制酶在识别序列中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开形成的是黏性末端，在识别序列中心轴线处切开形成的是平末端。( √ )
(3)基因工程中用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶、载体。( × )
(4)质粒上标记基因的存在，是便于重组DNA分子的筛选。( √ )
延|伸|探|究
1．限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？原核生物中存在限制酶的意义是什么？
提示：原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
2．DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
提示：不是。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。
3．天然的DNA分子是否可以直接用作基因工程载体？为什么？
提示：不可以。具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等特点的DNA分子才可以直接用作基因工程的载体。实际上天然的DNA分子一般不完全具备上述条件，往往需经过人工改造后才能用于基因工程操作。
剖析难点·考点突破
重|难|精|讲
1．基因工程的理论基础
2．图解限制酶的选择原则
(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。
(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶。
特别提醒：(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。
(2)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端或平末端。
(3)限制酶在识别序列中心轴线两侧切开形成的是黏性末端，而在识别序列中心轴线处切开形成的是平末端。
3．与DNA有关的几种酶的比较
精|准|命|题
考向 围绕基因工程的基本工具，考查科学思维
》例 (2024·江苏盐城调研)图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，ne表示新霉素抗性基因。下列叙述错误的是( D )
A．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和HindⅢ切割质粒和外源DNA
B．在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因
C．若只用PstⅠ处理质粒和外源DNA分子片段，无法避免自身环化和反向连接
D．导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基中生长
解析：切割目的基因时，用BamHⅠ切割会破坏目的基因，只用PstⅠ切割目的基因和质粒载体，会出现目的基因和质粒的自身环化，或目的基因和质粒的反向连接，而用PstⅠ和HindⅢ进行酶切，能确保目的基因和质粒的正向连接，并且质粒上保留新霉素抗性基因作为标记基因，A、C正确；在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因，至少需保留其中的一个，B正确；用PstⅠ切割后，质粒上氨苄青霉素抗性基因被破坏了，导入重组质粒的大肠杆菌不可以在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。
根据质粒的特点确定限制酶的种类
〔变式训练〕 (2021·全国乙卷)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性内切核酸酶的切割位点如图所示。
回答下列问题：
(1)常用的DNA连接酶有E.cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中EcRⅠ、PstⅠ酶切割后的DNA片段可以用E.cli DNA连接酶连接。上图中EcRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcRⅤ酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是磷酸二酯键。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能自我复制；质粒DNA分子上有一至多个限制酶切割位点，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。
(4)表达载体含有启动子，启动子是指位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程。
解析：(1)限制酶EcRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割形成的是平末端，E.cli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接平末端的效率较低。因此图中EcR Ⅰ和Pst Ⅰ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.cli DNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接时形成磷酸二酯键。
(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因的载体，质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性内切核酸酶的酶切位点，供外源DNA片段插入其中。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。
(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质课标要求
核心素养
1.概述基因工程的诞生。
2．阐明DNA重组技术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。
3．活动：DNA的提取和鉴定。
1.从结构与功能观角度理解基因工程的原理。(生命观念)
2．对比分析基因工程的三种操作工具，明确各自的应用及特点。(科学思维)
3．通过“DNA的粗提取与鉴定”实验，培养实验与探究能力。(科学探究)
作用对象
作用部位
作用结果
限制酶
DNA
分子
磷酸
二酯键
将DNA切成两个或多个片段
DNA连
接酶
DNA分
子片段
磷酸
二酯键
将两个或多个DNA片段连接为一个DNA分子
DNA聚
合酶
脱氧核
苷酸
磷酸
二酯键
以DNA单链为模板，将单个脱氧核苷酸依次连接到DNA链上
解旋酶
DNA
分子
碱基对中
的氢键
将双链DNA分子局部解旋为单链
DNA酶
DNA
分子
磷酸
二酯键
将DNA片段水解为脱氧核苷酸