4.1基因工程賦予生物新的遺傳特性據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道，英國(guó)和意大利的研究人員將提取自金魚草的兩種特殊基因植入了西紅柿的基因中，并令其具有了產(chǎn)生花青素的能力。植物中的花青素是一種類黃酮類抗氧化劑，此前的研究已經(jīng)證實(shí)，它能夠?qū)拱┌Y、心血管疾病和身體機(jī)能退化，對(duì)于炎癥、肥胖和糖尿病也有預(yù)防作用。在基因改造的過程中，西紅柿也從我們常見的紅色變成了紫色。那么，什么是基因改造？

指有意識(shí)地把一個(gè)人們所需要的基因轉(zhuǎn)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要產(chǎn)物的技術(shù)，其核心是構(gòu)建重組的DNA分子，也稱為重組DNA技術(shù)?；蚬こ炭茖W(xué)家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？DNA雙螺旋的直徑只有2nm，對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需專門的“分子工具”。工具分子手術(shù)刀分子縫合針分子運(yùn)輸車限制性內(nèi)切核酸酶：DNA連接酶：載體：準(zhǔn)確切割DNA分子將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞（1）來源:從微生物(主要是原核生物)體內(nèi)分離出來（2）作用:能夠識(shí)別雙鏈DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵水解，使得DNA雙鏈在特定的位置斷開，因此具有專一性。（3）種類：約4000種限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”（4）切割部位：

磷酸二酯鍵（消耗水）切點(diǎn)6呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的，稱為回文序列。即在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。（5）識(shí)別序列特點(diǎn)：能被限制性內(nèi)切酶特異性識(shí)別的切割部位都具有回文序列中軸線在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。（6）作用結(jié)果

黏性末端

黏性末端被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。（6）作用結(jié)果SmaI只能識(shí)別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。中軸線在G與C之間切割（6）作用結(jié)果平末端平末端當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。（6）作用結(jié)果限制酶存在于原核生物中的作用是什么?1、原核生物容易受到外源DNA的入侵2、限制酶的作用:切割外源DNA,使之失效3、保證自身的安全限制酶為什么不會(huì)剪切原核生物本身的DNA?

1、微生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制,對(duì)于外源入侵的DNA可以降解掉。2、生物在長(zhǎng)期演化過程中,含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列。3、DNA分子被修飾（甲基化），使限制酶不能將其切開注意的事項(xiàng)(1)獲取目的基因和切割載體時(shí),通常使用同種限制酶,目的是

。但是使用該法缺點(diǎn)是容易發(fā)生

，為了避免上述情況發(fā)生,可采取的措施是:

.(2)獲取一個(gè)目的基因需限制酶切割

次,共產(chǎn)生

個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。為了產(chǎn)生相同的黏性末端，便于連接兩4分別使用兩種限制酶去切割目的基因和運(yùn)載體目的基因、質(zhì)粒的自身環(huán)化以及目的基因與質(zhì)粒反向連接DNA連接酶——“分子縫合針”1、作用：通過作用形成磷酸二酯鍵，能將不同來源的DNA片段連接成一個(gè)重組DNA分子。2、分類：種類E·coli

DNA連接酶T4DNA連接酶來源功能特性相同點(diǎn)大腸桿菌T4噬菌體只能將具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段既可以連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以連接雙鏈DNA片段的平末端（但連接平末端的效率相對(duì)較低）恢復(fù)的都是磷酸二酯鍵兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的兩條單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！磷酸二酯鍵與DNA相關(guān)的幾種酶的比較項(xiàng)目DNA連接酶限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵作用對(duì)象DNA片段DNA單個(gè)的脫氧核苷酸DNA作用結(jié)果將兩個(gè)DNA片段連接成完整的DNA分子切割DNA分子將單個(gè)的脫氧核苷酸連接到DNA單鏈末端將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”（1）種類：質(zhì)粒（獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的較小的環(huán)狀DNA分子）、

噬菌體、動(dòng)植物病毒等（2）特點(diǎn)：A.含有復(fù)制起點(diǎn)，能夠獨(dú)立自主復(fù)制并穩(wěn)定存在B.含有一種或多種限制酶的識(shí)別序列，方便外源基因插入載體中C.具有篩選作用的標(biāo)記基因，以便能夠通過表型鑒別含有載體的細(xì)胞D.對(duì)受體細(xì)胞無毒害作用，避免受體細(xì)胞受到損傷擬核DNA質(zhì)粒大腸桿菌細(xì)胞標(biāo)記基因的篩選原理載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，受體細(xì)胞對(duì)該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上，能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。如圖所示：DNA的粗提取與鑒定一、實(shí)驗(yàn)原理：1．提取DNA的原理①用SDS處理材料，能使核蛋白變性并與DNA分離；EDTA能抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解。②DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度高，且Na+與DNA形成鈉鹽；DNA鈉鹽不溶于酒精而某些蛋白質(zhì)能溶于酒精。2．鑒定DNA的原理在沸水浴的條件下，DNA遇二苯胺試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。DNA含量相對(duì)較高的生物組織，如新鮮洋蔥、香蕉、菠菜、菜花和豬肝等。

不能選擇哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞，因?yàn)椴溉閯?dòng)物成熟的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和線粒體，幾乎不含DNA。二、材料用具1.選材：注意：2.試劑：①研磨液②體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精③2mol/L的NaCl溶液④二苯胺試劑⑤蒸餾水——含有NaCl、EDTA、SDS、Tris和HCl——析出DNA——溶解DNA——鑒定DNA，要現(xiàn)配現(xiàn)用三、方法步驟1．利用動(dòng)物細(xì)胞提取DNA破碎細(xì)胞的方法：動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，可直接吸水漲破。四、注意事項(xiàng)2．提純DNA時(shí)，選用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精的原因：體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精提純效果更佳。預(yù)冷的酒精具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可抑制核酸水解酶的活性，進(jìn)而抑制DNA降解；②抑制分子運(yùn)動(dòng)，使DNA易形成沉淀析出；③低溫有利于增加DNA分子的柔韌性，減少其斷裂。3.實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的絲狀物的主要成分是DNA，實(shí)際上每一根“絲”都是由許多DNA分子聚集在一起形成的，應(yīng)用玻璃棒沿一個(gè)方向緩慢攪拌，避免破壞DNA。4.為減少DNA的損失，過濾過程一般使用紗布過濾。5.粗提取的DNA中可能含有少量的蛋白質(zhì)等。刑偵破案拓展：DNA提取的應(yīng)用基因組測(cè)序插入人胰島素基因的大腸桿菌基因工程親子鑒定1、以洋蔥為材料進(jìn)行DNA的粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)，相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

) A.可將洋蔥換成哺乳動(dòng)物的血液進(jìn)行該實(shí)驗(yàn) B.向含DNA的濾液中加入2mol/L的NaCl溶液，有利于去除雜質(zhì) C.向含DNA的濾液中加入預(yù)冷的體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液，有利于獲得較純凈的DNA D.用二苯胺試劑鑒定DNA時(shí)進(jìn)行沸水浴，有利于顯色反應(yīng)的發(fā)生A2.質(zhì)粒是基因工程中最常用的外源基因運(yùn)載工具。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.質(zhì)粒是只存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子B.在質(zhì)粒上總能找到一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)C.攜帶外源基因的重組質(zhì)粒只有整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA上,才會(huì)隨后者的復(fù)制而復(fù)制D.質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因,便于通過表型鑒別含有載體的細(xì)胞D3.下面是4種限制酶所識(shí)別的DNA分子序列和剪切位點(diǎn)圖(↓表示剪切點(diǎn),切出的斷面為黏性末端)。下列說法正確的是(

)A.在使用限制酶的同時(shí)還需要解旋酶B.限制酶1和3剪切出的黏性末端相同C.限制酶1、2、4識(shí)別的序列都是由4個(gè)脫氧核苷酸組成D.限制酶1和2切割形成的DNA片段可通過T4DNA連接酶拼接B4.在基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,便于重