2014届高考生物一轮复习选修3专题1基因工程

选修3专题1基因工程 一 基因工程的概念理解1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 4 原理 5 受体 表达目的基因 6 本质 性状在 体内表达 7 优点 1 与杂交育种相比 克服了 的障碍 2 与诱变育种相比 改造生物遗传性状 目的基因 体外 分子水平 基因重组 受体 远缘杂交不亲和 定向 二 DNA重组技术的基本工具1 限制性核酸内切酶 简称 1 来源 主要是从 生物中分离纯化出来的 2 作用 识别特定的 并切开相应两个核苷酸之间的 3 结果 产生 或平末端 2 DNA连接酶 1 种类 按来源可分为E coliDNA连接酶和T4DNA连接酶 2 作用 在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键以连接 限制酶 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 两段DNA片 段 3 载体 1 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 能自我复制 2 质粒特点有一个至多个 有特殊的 质粒 限制酶切割位点 标记基因 三 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 主要是指编码蛋白质的 2 获取方法 从 中获取目的基因利用 扩增目的基因通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 基因 基因文库 PCR技术 3 将目的基因导入受体细胞 1 转化 目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内维持 的过程 2 常用方法 连线 稳 定和表达 4 目的基因的检测与鉴定 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交技术 目的基因是否表达 分子 四 基因工程的应用1 转基因植物植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力 如抗除草剂 抗虫 抗病 和抗盐碱等 以及改良 和利用植物 等方面 2 转基因动物动物基因工程在动物品种改良 建立 器官移植等方面显示了广阔的应用前景 抗干旱 农作物的品 质 生产药物 生物反应器 3 基因工程药物 1 来源 转基因的 2 成果 细胞因子 抗体 疫苗 激素等 3 作用 用来预防和治疗人类肿瘤 心血管疾病 各种传染病 糖尿病 类风湿等疾病 4 基因治疗 1 方法 把 导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 2 效果 治疗 的最有效的手段 3 分类 和体外基因治疗 工程菌 遗传病 正常基因 遗传病 体内基因治疗 五 蛋白质工程1 概念理解 1 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 2 操作 或基因合成 3 结果 改造了现有蛋白质或制造出 4 目的 满足人类的生产和生活的需求 2 操作过程从预期的 出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 基因修饰 新的蛋白质 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 1 限制酶只能用于切割目的基因 分析 限制酶既能用于切割目的基因 也能用于切割载体 2 DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 分析 DNA连接酶连接的是两个双链DNA片段之间的磷酸二酯键 3 E coliDNA连接酶既可以连接平末端 又可以连接黏性末端 分析 E coliDNA连接酶只能将双链DNA片段的黏性末端连接起来 不能将双链DNA片段的平末端进行连接 4 质粒是小型环状DNA分子 是基因工程常用的载体 分析 质粒是具有复制能力的很小的双链环状DNA分子 是基因工程常用的载体 5 载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中 使之稳定存在并表达 分析 基因工程中利用载体将目的基因导入受体细胞中并使之稳定存在并表达 6 蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质 分析 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生理功能的关系作为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活的需要 7 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程 分析 蛋白质工程包含多学科的综合科技工程领域 但它是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程 考点一基因工程的工具1 限制酶和DNA连接酶的关系 1 限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 2 限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 3 限制酶是一类酶 而不是一种酶 4 DNA连接酶起作用时 不需要模板 2 作为载体的条件 拓展延伸 与DNA有关的五种酶的比较 典例1 2012 江苏高考 图1表示含有目的基因D的DNA片段长度 bp即碱基对 和部分碱基序列 图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列 现有Msp BamH Mbo Sma 4种限制性核酸内切酶 它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C CGG G GATCC GATC CCC GGG 请回答下列问题 1 图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由连接 2 若用限制酶Sma 完全切割图1中DNA片段 产生的末端是 末端 其产物长度为 3 若图1中虚线方框内的碱基对被T A碱基对替换 那么基因D就突变为基因d 从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段 用限制酶Sma 完全切割 产物中共有种不同长度的DNA片段 1 脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖 2 平537bp 790bp 661bp 3 4 4 若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接 形成重组质粒 那么应选用的限制酶是 在导入重组质粒后 为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌 一般需要用添加 的培养基进行培养 经检测 部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达 其最可能的原因是 4 BamH 抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同 部分目的基因D与质粒反向连接 变式训练 据图表回答问题 几种限制酶识别序列及切割位点表 1 假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开 采用EcoR 和Pst 酶切含有目的基因的DNA片段 能得到种DNA片段 如果将质粒和含目的基因的DNA片段只用EcoR 酶切 酶切产物再加入DNA连接酶 其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有 2 为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接 酶切时应该选用的酶是 答案 1 4质粒 质粒连接物目的基因 目的基因连接物质粒 目的基因连接物 2 EcoR Sma 考点二基因工程的基本操作程序和应用1 基因工程的基本操作程序 1 目的基因的获取 直接分离 人工化学合成 适用于分子较小的基因 从基因文库中获取利用PCR技术扩增 2 基因表达载体的构建 启动子 终止子 基因表达载体的组成标记基因目的基因 基因表达载体的构建步骤 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 2 基因工程的应用 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 2 基因治疗与基因诊断 高考警示 1 限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同 获取一个目的基因需限制酶剪切2次 共产生4个黏性末端或平末端 切割质粒则只需要限制酶剪切1次 因为质粒是环状DNA分子 而目的基因在DNA分子链上 2 目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 3 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象 第一步存在逆转录法获得DNA 第二步存在黏性末端连接现象 第四步存在检测分子水平杂交 4 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较高 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 典例2 2013 靖江模拟 许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因 其编码的产物 半乳糖苷酶在X gal和IPTG存在下 可以产生蓝色沉淀 使菌落呈现蓝色 否则菌落呈现白色 基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞 过程如图所示 请据图回答 1 基因工程中 构建基因表达载体的目的是 2 限制酶EcoR 的识别序列和切割位点是 G AATTC Sma 的识别序列和切割位点是 CCC GGG 图中目的基因被切割下来和质粒连接之前 需在目的基因的右侧连接相应的末端 连接的末端序列是 连接过程中需要的基本工具是 3 转化过程中 大肠杆菌应先用处理 使其处于能吸收周围DNA的状态 4 菌落颜色为白色的是 原因是 5 菌落 中的目的基因是否表达 可采用的检测办法是 1 使目的基因在受体细胞中稳定存在 能遗传给后代 并表达和发挥作用 2 TTAADNA连接酶 3 Ca2 4 菌落 lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏 不能表达出 半乳糖苷酶 故菌落为白色 5 抗原 抗体杂交 变式训练 乳腺生物反应器是基于转基因技术平台 将外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺 利用动物乳腺能够天然 高效合成分泌蛋白 如图为利用生物工程技术让羊生产治疗心脏病药物tPA的大致过程 请据图分析回答 1 图中 表示基因表达载体的构建 该载体的组成通常有外源基因 等 2 图中 过程选择受精卵作为tPA基因受体细胞的主要原因是 3 图中 表示检测与筛选过程 通常采用的方法是 4 除利用乳腺 膀胱等生物反应器外 人们还可以利用 等方法来生产上述物质 而传统生产上述药品是 中提取的 存在的缺点是 答案 1 启动子标记基因终止子 2 受精卵发育的全能性最容易表达 3 分子杂交个体生物学水平鉴定DNA分子杂交抗原 抗体杂交 答对任意两种即可 4 工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织 细胞或血液由于受操作条件相对较苛刻等的限制 价格十分昂贵 考点三蛋白质工程与基因工程1 区别 2 联系 1 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第二代基因工程 2 基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰 改造 拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 典例3 现代生物技术并不是各自独立的 而是相互联系 相互渗透的 如图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图 请分析回答 1 该生产流程中应用到的现代生物技术有 写出其中两种 2 图中A B分别表示 3 为提高培育成功率 进行 过程之前 对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行检测 对受体动物的处理是用进行同期发情处理 4 蛋白质工程中 要对蛋白质结构进行设计改造 必须通过基因修饰或基因合成来完成 而不直接改造蛋白质 原因是 答案 1 蛋白质工程基因工程胚胎移植技术 任写两种 2 推测应有的氨基酸序列基因表达载体 3 DNA 核酸 分子杂交促性腺激素 4 改造后的基因能够遗传 且改造基因易于操作 变式训练 胰岛素可以用于治疗糖尿病 但是胰岛素被注射到人体后 会堆积在皮下 要经过较长的时间才能进入血液 而进入血液的胰岛素又容易分解 因此 治疗效果受到影响 如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程 请据图回答有关问题 1 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 2 通过DNA合成形成的新基因应与结合后转移到 中才能得到准确表达 3 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素 需用到的生物工程有 和发酵工程 4 图中从新胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么 答案 1 预期胰岛素的功能 2 载体受体细胞 3 蛋白质工程基因工程 4 根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列 推测出其基因中的脱氧核苷酸序列 然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因 1 2012 新课标全国卷 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段 其末端类型有和 2 质粒载体用EcoR 切割后产生的片段如下 AATTC GG CTTAA为使载体与目的基因相连 含有目的基因的DNA除可用EcoR 切割外 还可用另一种限制性核酸内切酶切割 该酶必须具有的特点是 3 按其来源不同 基因工程中所使用的DNA连接酶有两类 即DNA连接酶和DNA连接酶 4 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反转录产物 常采用技术 5 基因工程中除质粒外 和也可作为载体 6 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞 原因是 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的DNA片段末端与EcoR 切割产生的相同 3 E coliT4 4 mRNA 或RNA cDNA 或DNA PCR 5 噬菌体的衍生物动植物病毒 6 未处理的大肠杆菌吸收质粒 外源DNA 的能力极弱 2 2012 福建高考 肺细胞中的let 7基因表达减弱 癌基因RAS表达增强 会引发肺癌 研究人员利用基因工程技术将let 7基因导入肺癌细胞实现表达 发现肺癌细胞的增殖受到抑制 该基因工程技术基本流程如图1所示 请回答 1 进行过程 时 需用酶切开载体以插入let 7基因 载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位 以驱动let 7基因转录 该部位称为 2 进行过程 时 需用酶处理贴附在培养皿壁上的细胞 以利于传代培养 3 研究发现 let 7基因能影响癌基因RAS的表达 其影响机理如图2所示 据图分析 可从细胞中提取进行分子杂交 以直接检测let 7基因是否转录 肺癌细胞增殖受到抑制 可能是由于细胞中 RASmRNA RAS蛋白 含量减少引起的 答案 1 限制性核酸内切 或限制 启动子 2 胰蛋白 3 RNARAS蛋白 2013新课标卷 40 生物