1、1选考部分 现代生物科技专题第一讲 基因工程感 性 认 知 理 性 归 纳 1.图解基因工程的三种操作工具2.明辨与 DNA有关的酶(一)基因工程的基本工具1.已知限制酶 EcoR和 Sma识别的碱基序列和酶切位点分别为 G AATTC和 CCC GGG，判断下图中两种限制酶切割 DNA后产生的末端及其种类产生的是黏性末端；产生的是平末端。2.判断下图所示过程需要的工具酶是限制酶；是 DNA连接酶。3.连线载体须具备的条件及其作用比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶DNA(水解)酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对
2、间的氢键磷酸二酯键形成产物黏性末端或平形成重组DNA分子新的DNA分子形成单链DNA游离的脱氧核2末端苷酸(二)基因工程的基本操作程序4.目的基因的获取(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具调控作用的因子。(2) Error!方 法5.基因表达载体的组成及作用3.识记基因工程操作的“四步曲”感 性 认 知 理 性 归 纳 (二)基因工程的基本操作程序6.连线不同种类的受体细胞与目的基因导入的常用方法7.结合抗虫棉的培育过程填空(1)从图中可以看出，目的基因是 Bt毒蛋白基因，使用的载体是 Ti质粒，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。4.谨记基因工程的理论基础(
3、1)构建基因表达载体的基础：DNA 的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。DNA 分子都遵循碱基互补配对原则。DNA 分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。(2)外源基因在受体细胞内表达的基础：基因是控制生物性状的遗传单位。遗传信息的传递都遵循中心法则。生物界共用一套遗传密码。5.明确启动子起始密码子，终止子终止密码子启动子和终止子位于 DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于 mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止。6.掌握目的基因检测与鉴定的方法示意图3(2)请写出两种检测目的基因是否表达的方法：抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。(三) 基因工程的应用和蛋白质工程
4、8.填写蛋白质工程流程图中字母代表的含义A.转录，B.翻译，C.分子设计，D.氨基酸序列，E.预期功能。9.判断有关叙述的正误(1)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()(2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()(3)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质()(4)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构()7.图解蛋白质工程的三个方面8.有关基因工程应用的三点提醒(1)用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(2)动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的
5、品质，不是为了产生体型巨大的个体。(3)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作。基因工程的操作工具命题点 1 限制性核酸内切酶和 DNA连接酶的作用1(2017镇江一模，多选)下列有关基因工程相关工具的叙述，正确的是( )A限制酶能识别并切割 DNA任意序列 BDNA 连接酶与 Taq酶作用位点不同 C没有与目的基因重组的质粒也可以进入受体细胞 4D使用质粒运载体可以避免目的基因在受体内被分解解析：选 CD 限制酶具有专一性，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，而不能任意切割 DNA分子，A 错误；DNA 连接酶与 Taq酶作用位点相同，都是磷酸二酯
6、键，B 错误；没有与目的基因重组的普通质粒也可以进入受体细胞，所以需要检测，C 正确；若直接将目的基因片段导入受体细胞，则很容易被分解失效，使用质粒运载体是为了将目的基因导入受体细胞，避免目的基因被分解，D 正确。2(2016全国卷)图(a)中的三个 DNA片段上依次表示出了 EcoR、 BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的 EcoR、 Sau3A的切点是唯一的)。 GAATTC GGATCC GATCCTTAAG CCTAGG CTAG 图(a)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经 BamH酶切后得到的目的基因可以与上述
7、表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个 DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。解析：(1)由题图可知， BamH和 Sau3A两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经 BamH酶切得到的目的基因可以与GATCCTAG图(b)所示表达载体被 Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止
8、子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的 DNA连接5酶有 EcoliDNA连接酶和 T4DNA连接酶，其中 T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1) Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录 (3) Ecoli DNA连接酶 T 4DNA连接酶 T 4DNA连接酶拓展归纳DNA连 接
9、 酶 和 DNA聚 合 酶 的 主 要 区 别DNA连接酶连接两个 DNA片段，催化两个 DNA片段之间形成磷酸二酯键；DNA 聚合酶是把游离的脱氧核苷酸连接到引物或者已有的 DNA单链上，催化形成磷酸二酯键。命题点 2 载体的作用及特点3某一质粒载体如图所示，外源 DNA插入到 Ampr或 Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因， Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamH酶切后，与用 BamH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。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有
10、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：(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)如果用含有氨苄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_。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复制所需的原料来自于_。解析：(1)质粒作为
11、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)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，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6氨苄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质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，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步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3
12、)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于受体细胞。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，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(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞归纳拓展标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力，当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以
13、只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：基因工程的基本操作程序命题点 1 目的基因获取的方法1(2017苏州一模，多选)下图表示通过 cDNA过程获得目的基因并利用 PCR扩增过程的示意图。据图分析，下列有关叙述错误的是( )A催化过程的酶是 RNA聚合酶B过程不需要 DNA解旋酶C过程需要两个相同的引物D催化过程的酶都是 DNA聚合酶，均需耐高温解析：选 ACD 催化过程的酶是逆转录酶；过程中 DNA在高温下解旋，不需要解旋酶；过程需要两种引物；催化过程的酶都是 DNA聚合酶，但过程中 DNA聚合酶需要7耐高温。拓展归纳 PCR技术的原理和反应过程(1)PCR原理：DNA 复制原理，即：双
14、 链DNA 加 热 ， 双 螺 旋 结 构 解 体 缓 慢 冷 却 ， 分 离 的 DNA链 重 新 结 合 单 链DNA(2)PCR反应过程：过程 说明 图解变性当温度上升到 90 以上时，双链 DNA解聚为单链复性温度下降到 50 左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA结合延伸72 左右时， TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新链由 5端向 3端延伸(3)结果：上述三步反应完成后，一个 DNA分子就变成了两个 DNA分子，随着重复次数的增多，DNA 分子就以 2n的形式增加。PCR 的反应过程都是在 PCR扩增仪中的缓冲液完成的。2(2014海南高考)下图是将某细菌的基因
15、A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。据图回答：(1)获得 A有两条途径：一是以 A的 mRNA为模板，在_酶的催化下，合成互补的单链 DNA，然后在_的作用下合成双链 DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的_序列，推测出相应的 mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其 DNA的_序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用 PCR技术扩增 DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、_、4 种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的 DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由 A和载体 B拼接形成的 C通常称为_。(4)在基因工程中，常用 Ca2 处理 D，其目的是_。
16、解析：(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：以 mRNA为模板，在逆转录酶的催化作8用下合成单链 DNA，然后在 DNA聚合酶作用下，合成双链 DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的 mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测 DNA中脱氧核苷酸的排列顺序，再通过化学方法合成。(2)PCR 过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。(4)在利用大肠杆菌作受体细胞时，需要先用 Ca2 处理，使之成为感受态细胞，有利于吸收重组 DNA分子。答案：(1)逆转录 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (
17、2)引物 模板(A 基因) (3)基因表达载体 (4)使其成为感受态细胞，有利于吸收重组 DNA分子拓展归纳几种获取目的基因方法的比较从基因文库中获取 人工合成方法 从基因组文库中获取从部分基因文库，如 cDNA文库中获取化学合成法逆转录法过程3(2018东台模拟)为扩大可耕地面积，增加粮食产量，沿海滩涂盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐碱基因培育出了耐盐碱水稻新品系。请据图回答下列问题：9限制酶 Ala EcoR Pst Sma切割位点表 2 几种限制酶识别序列及切割位点表(1)获取真核生物的基因通常采用人工合成法，通过图示中方法合成的耐盐碱基因中是不含_的，如果要将耐盐碱基因和质
18、粒重组，应该在基因两侧的 A和 B位置除了接上以上两个结构外，还需分别加入 EcoR和_限制酶识别序列，这样设计的优点是避免质粒和目的基因自身环化以及定向连接。(2)过程采用 PCR技术扩增目的基因时，在 PCR反应体系的主要成分中应该包含：扩增缓冲液(含 Mg2 )、水，4 种脱氧核糖苷酸、模板 DNA、 TaqDNA聚合酶和引物 I和引物，若在该反应体系中，目的基因扩增了 4代，则共用了引物 I_个。(3)请画出 Pst限制性核酸内切酶切割 DNA形成黏性末端的过程_。(4)图示中将基因表达载体构建完成后没有直接导入农杆菌，而是先将其导入大肠杆菌，目的是_。(5)在步骤过程中都需用_处理两
19、类细菌。为了确认目的基因通过过程导入植物细胞中后是否成功表达，通常从分子水平进行检测的方法是用_法。(6)假设该抗盐碱基因 D，通过基因工程导入水稻后连接到水稻的一条染色体上，则该水稻进行减数分裂的细胞在联会时有_个 D基因。解析：(1)获取真核生物的基因通常采用人工合成法，通过图示中方法合成的耐盐碱基因中是不含启动子和终止子的，如果要将耐盐碱基因和质粒重组，应该在基因两侧的 A和 B位置除了接上以上两个结构外，还需分别加入 EcoR和 Sma限制酶识别序列。(2)若在该反应体系中，目的基因扩增了 4代，共形成 2(241)30 个 DNA分子单链，则共用了引物 I是 30/215 个。(3)
20、 Pst限制性核酸内切酶切割 DNA形成黏性末端的过程图：10(4)图示中将基因表达载体构建完成后先将其导入大肠杆菌，目的是获取大量重组质粒或让目的基因扩增。(5)在步骤过程中都需用 Ca2 处理两类细菌。为了确认目的基因通过过程导入植物细胞中后是否成功表达，通常采用抗原抗体结合法进行检测。(6)假设该抗盐碱基因 D，通过基因工程导入水稻后连接到水稻的一条染色体上，则该水稻进行减数分裂的细胞在联会时，由于 DNA复制导致有 2个 D基因。答案：(1)启动子和终止子 Sma (2)15 (3)(4)获取大量重组质粒(让目的基因扩增) (5)Ca 2抗原抗体结合 (6)2命题点 2 基因表达载体的
21、构建4(2016天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。(1)为获取 HSA基因，首先需采集人的血液，提取_合成总 cDNA，然后以 cDNA为模板，使用 PCR技术扩增 HSA基因。图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA的载体，需要选择的启动子是_(填写字母，单选)。A人血细胞启动子 B水稻胚乳细胞启动子C大肠杆菌启动子 D农杆菌启动子(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是_。(4)人体合成的初始 HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径相比，选择途径获取 rHSA的优势是_。(5)为证明 rHSA具有医用价值，须确认 rHSA与_的生物学功能一致。解析：(1)要想合成总 cDNA，需要采集人的血液获得总 RNA。由于 DNA的复制只能从脱
