1、1第六部分 生物技术与生命科学新进展第 43 讲 基因的结构 基因工程一、考点内容全解（一）本讲考点是什么1.基因的结构（1）原核基因的结构（2）真核基因的结构特别提示注意“非编码区” 、 “非编码系列”的区别，事实上，在编码区中也存在非编码系列如真核基因的内显子。2真核生物基因表达的调控（1）真核生物基因比原核生物的调控复杂得多，在侧翼序列上存在着许多不同的调控序列；（2）真核生物的结构基因经转录后形成初始的 mRNA，初始的 mRNA 经加工后才可形成成熟的 mRNA；（3）转录在细胞核内进行，翻译在细胞质内进行，转录和翻译具有时间和空间上的分隔；（4）存在复杂的发育过程的调空，如细胞的分
2、化就是不同的基因在恰当的时间、恰当的位置选择性表达的结果。3.基因工程（1）基因的操作工具基因的剪刀-限制性内切酶基因的针线-DNA 连接酶基因的运输工具-运载体（如质粒、噬菌体、动植物病毒等）（2）基因操作的基本步骤提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导人受体细胞目的基因的检测与表达右图是用反“转录法”提取目的基因构建转入人胰岛素基因的工程菌示意图：特别提示基因工程（基因拼接技术或 DNA 重组技术）能够按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。（二）考点例析例 1以下关于基因结构中“与 RNA 聚合酶结合位点”的
3、说法错误的是A “与 RNA 聚合酶结合位点”是起始密码B “与 RNA 聚合酶结合位点”是转录 RNA 时与 RNA 聚合 酶的一个结合点C “与 RNA 聚合酶结合位点”能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录。D “与 RNA 聚合酶结合位点”在转录 mRNA 时，起调控作用。2解析解答该题需从如下三个方面人手分析：起始密码是 mRNA 开始的三个相邻碱基，翻译时，对应特定的甲硫氨酸；启动子是基因中的一段碱基序列，对转录 mRNA 起调控作用，是 RNA 聚合酶结合的位点；启动子是 RNA 聚合酶的重要接触点，当 RNA 聚合酶与启动子结合后，能准确地识别转录的起始点并开始转录。答案A解
4、题警示解答该题时，很容易出现的思维障碍是易把启动子与起始密码混淆。起始密码属 mRNA，为翻泽的开始，是肽链的延伸时的第一个氨基酸的位点；启动子属 DNA ，在转录时，与 RNA 聚合酶结合，控制 mRNA 的形成。例 2采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导人目的基因的作法正确的是将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒索蛋白的 DNA 序列，注射到棉受精卵中 将编码毒索蛋白的 DNA 序列，与质粒重组，导人细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒索蛋白的 DNA 序列，与质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵A B C D 解析该题型的结构属于材料信息类，供选答案提供的实例都不是教材
5、中直接的资料，但是这些资料中隐含的信息确是学生已知的，考生用已知信息对问题材料的正误作出科学判断。本题以抗虫棉培育为材料背景，主要考查基因操作中的关键步骤-将目的基因导人受体细胞，导人目的基因必需选择恰当载体，以保证导人目的基因不被受体细胞所降解，并成功的实现复制、转录和翻译。答案C解题警示有考生错选 B，这是对“基因导入”的理解“不求甚解”的一种表现。同类变式番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂，应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成能力，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种，这种转基因番茄已于 1953 年在美国上市，请回答：(1)促进果实成熟的重要激素是
6、，它能发生的化学反应类型有 、 和 (2)在培育转基因番茄的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 (3)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是 和 解析本题测试学生对自然科学发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响等内容的关注情况，以及利用所学知识分析理解有关信息的综合能力，考查涉及植物激素、基因、基因工程技术和有关的化学知识，属综合题目，要求学生具有较强的生物、化学知识，并能将有关知识相互联系，灵活运用。(1)在植物果实的成熟中，起主要作用是物质是乙烯，乙烯能发生的化学反应有加成、聚合和氧化。(2)基因是 DNA 分子中某一特
7、定的片段，要想将基因从 DNA 分子上取下来，常用的方法是用限制性内切酶，将取下的基因接到其他(如细菌)DNA 分子上是用 DNA 连接酶，基因的运输工具是运载体。(3)杂交育种能够有目的地将某些优良性状集中在一起，但这种育种方法需要的周期长，一般 56 年才能培育出一个新品种；诱变育种是利用物理或化学因素提高基因的变异频率，使生物产生可遗传的变异，但这种育种方法无法预料后代出现的变异(基因突变是不定向的)类型，要想获得某种性状，必须处理大量的供试材料和进行大量地人工选择，才能培育出符合要求的作物新品种；同传统的杂交育种、诱变育种相比较，通过基因工程培育新品种能克服传统育种方法的缺点，具有目的
8、性强、育种周期短、能克服远缘杂交的障碍（打破物种界限）等优点。答案(1)乙烯；加成；氧化；聚合 (2)限制性内切酶；DNA 连接酶；运载体 (3)目的性强；育种周期短；克服远缘杂交的障碍二、能力提升技巧运用“中心法则” 、 “碱基配对原则”及“核酸分子杂交技术”理解 “DNA 分子探针” 、目的基因提取的“反转录法”和“化学合成法” ，以及外显子碱基数目与对应蛋白质氨基酸数目的关系，其核心是“碱基配对原则” 。例 3人的一种凝血因子基因，有 186000 个碱基对，能够编码 2552 个氨基酸：（1）试计算，凝血因子基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例?（2）从此比例中可以得到什么
9、结论？解析此题涉及到真核细胞的基因结构和基因表达的知识，需要运用“中心法则” 、 “碱基配对原则”解答。此类题目须从以下几方面分析：mRNA 上的三个相邻碱基(密码子)决定一个氨基酸；mRNA 是由 DNA(基因)的一条链为模板转录来的；翻译为蛋白质 DNA 系列即为外显子。根据题意：mRNA 上的碱基数为 25523=7656，基因中的核苷酸数为 7656 对，外显子中碱基对所占的比例就为7656/186000100=4。凝血因子基因中有 186000 个碱基对，而编码蛋白质的却仅占 4，说明调控序列所占的比例较3大，反映出真核细胞基因结构和功能的复杂性。答案（1）4 （2）在真核细胞中，编
10、码序列所占比例很小，调控序列所占比例较大，说明了真核细胞基因结构及功能的复杂性。解题警示由已知蛋白质氨基酸数目，只能计算出基因中编码区的外显子所含核苷酸数目，而非编码区和内含子中的核苷酸数目是计算不出来的。三、基础能力测试1基因是由（ ）A编码区和非编码区两部分组成 B编码系列和非编码系列两部分组成CRNA 聚合酶结合位点、外显子、内含子组成 DRNA 聚合酶结合位点、外显子组成2下列黏性末端属于同一种限制酶切割而成的是（ ）A B C D 3在人类染色体 DNA 不表达的碱基对中，有部分是串联重复的短序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列可用于（ ）A生物基因工程药物 B侦查罪犯
11、C遗传病的产前诊断 D基因治疗4关于真核细胞基因结构的表达中，正确的是（ ）A不同基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占比例很大 B外显子所含碱基对一般多于内含子C内含子是不能转录、不能编码蛋白质的序列 D非编码区对基因的表达起调控作用5下面图中 a、b、c、d 代表的结构正确的是（ ）a b c d Aa-质粒 RNA B b-限制性外切酶 Cc-RNA 聚合酶 D d外源基因四、潜能挑战测试6右图是某细菌某一反应系统的基因表达过程示意图：G 1和 G2为结构基因，O1和 02为操纵基因，R 1和 R2为调节基因。G 1决定酶 El， G2决定酶 E2，酶 E1和 E2的作用分别是把物质
12、 S1（蔗糖）和 S2（麦芽糖）转变为产物 Q1和 Q2，产物 Q1和Q2分别与调节基因 R2和 R1产生的阻抑物相互作用，可以关闭操纵基因 O1和 02。将该细菌放在下列哪一种培养基中可以生长？（ ）A仅有含蔗糖的完全培养基（不含麦芽糖）B仅有含麦芽糖的完全培养基（不含蔗糖）C不含麦芽糖和蔗糖的完全培养基D含蔗糖或麦芽糖的完全培养基7我国科学工作者经研究发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过科技攻关，我国科工作者已成功地将该毒蛋白基因导人棉花植株体内并实现了表达。由于棉铃虫吃了新品种“转基因抗虫棉”植株后就会死亡，所以该棉花新品种
13、在近年推广后，4转录 翻译已收到了很好的经济效益，请据以上所给材料回答下列问题：(1)害虫抗药性的增强是 的结果(2)“转基因”抗虫棉新；品种的培育应用了 新技术(3)在培育新基因抗虫棉新品种过程中，所 用的基因的“剪刀”是 ，基因 的“针线”是 ，基因的 “运载工具”是 (4)控制毒蛋白合成的基因结构中的编码区的特点是 (5)“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可以表示为 (6)该科技成果在环保上的重要作用是 8下面材料是基因组研究的新成果： 表： 我国己率先完成“1%项目”-测定人类 3 号染色体短臂上的 3000 万个碱基对序列。初步分析表明， 该区域约有200 个基因(包括结构基因
14、和调节基因，结构基因又包括编码 RNA 的基因和编码蛋白质的基因)。 人类基因组测序表明: 约占碱基序列的 1/4 的区域是无基因的“荒漠地带”各种人种间基因差异极小不同人种种内个体间基因差异很少，但比种间差异略大基因数目少得惊人，仅 3.2 万个左右,比预计 10 万个少了很多。果蝇线虫等动物及人类含有拟南芥多数基因的相应成分，说明植物和动物具有 判断下列说法，其中不确切的一顶是 A基因相对数目少，意味着蛋白质简单或功能少 B基因数目越多，生物复杂性和进化程度越高C比较而言，人类在自身基因使用上更节约 D比较而言，人类在自身基因资源利用上更高效人类基因序列中除含有能够表达的序列(外显子)，在
15、外显子之间,还穿插有不表达的序列(内含子)。核内转录的初级产物(hnRNA) 必须经过加工，删除内含子才能成为 mRNA 而进入细胞质，并与核糖体结合：在上述过程中，mRNA 需至少穿过 层磷脂分子假若人类 3 号染色体上的编码蛋白质的基因, 平均编码长度为 300 个氨基酸的蛋白质，则外显子约占基因序列的_%你对“一个基因，一种酶（肽链） ”的理论 (1958 年诺贝尔医学奖)有何评价?专家普遍认为，随着 DNA 测序工作的初步完成， 生命科学己开始步入后基因组时代 -蛋白质组学研究(对整套基因组编码的蛋白质进行分析研究)。为什么?试着对材料中的作出合 五、标答与点拨1A(真核、原核基因结构
16、的共同之处)2B(切点相同，且末端互补)3D（ “不表达”的碱基序列，但有“个体之间具有显著的差异性” ）4C(内含子先被转录，后被剪切掉)5A（a-质粒 DNA 、b-限制性内切酶、cDNA 连接酶）6D(当物质 S1（蔗糖）存在时，分解 S1的酶 El合成，而当 S2（麦芽糖）存在时，分解 S2的酶 E2合成)7(1)自然选择 (2)基因工程(或 DNA 重组技术) (3)限制性内切酶；DNA 连接酶；运载体 (4)连续的(5)抗虫基因 RNA 毒蛋白 (6)减少农药对环境的污染，保护生态系统的稳定性 8原始共同祖先 A 0 (3003)(310 7)(1-1/4)200100%=0.8% 该理论是不确切的。人类基因数目比预料的少得多，表明平均每个基因至少编码 3 个蛋白质 生物功能的主要承担者是蛋白质。细胞内的很多功物 种 拟南芥(植物) 水稻 人 线虫 果蝇 流感病毒碱基数(亿对) 1.3 4.3 32基因数(万个) 5.0 3.2 1.78 1.36 0.175蛋白质种数(万个) 104能和现象(如一个基因编码多个蛋白)很难在基因组水平上得到到映，而通在蛋白质组的研究可以揭示基因是如何被表达和管理的。
