科技探索之路　基础理论和技术的发展催生了基因工程

近五年全国卷选修模块考点分布 CompanyLogo 基因工程的诞生及基本工具 中山市古镇高级中学张文娟 CompanyLogo 考纲导引和解读 对所列知识点要知道其含义 能够在试题所给予的相对简单的情境中识别和使用它们 理解所列知识和其他相关知识之间的联系和区别 并能在较复杂的情境中综合运用其进行分析 判断 推理和评价 CompanyLogo 研真题 明考向 38 生物 选修3 现代生物科技专题 15分 2017新课标 真核生物基因中通常有内含子 而原核生物基因中没有 原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制 已知在人体中基因A 有内含子 可以表达出某种特定蛋白 简称蛋白A 回答下列问题 1 某同学从人的基因组文库中获得了基因A 以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A 其原因是 2 若用家蚕作为表达基因A的载体 在噬菌体和昆虫病毒两种载体中 不选用 作为载体 其原因是 3 若要高效地获得蛋白A 可选用大肠杆菌作为受体 因为与家蚕相比 大肠杆菌具有 答出两点即可 等优点 4 若要检测基因A是否翻译出蛋白A 可用的检测物质是 填 蛋白A的基因 或 蛋白A的抗体 5 艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献 也可以说是基因工程的先导 如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示 那么 这一启示是 考查原 真核细胞基因表达的区别 考查载体的种类 考查基因工程诞生的理论基础教材P2 命题规律分析 1 近五年全国卷对选修3模块的考查集中在基因工程这个考点 所有试题都以教材为基础 考查的核心内容和主干知识都是教材中的内容 如2018年新课标I卷38题 1 中博耶和科恩的实验以及2017年新课标 卷第38题 5 中艾费里实验的启示均是考查 基因工程的诞生 2 基因工程的操作工具可单独命题 如2010年江苏第27题考查限制性内切酶 2011年浙江理综卷第6题考查了质粒 而多数情况下操作工具和步骤是密不可分的 因为每一步骤都需要相应的工具操作 高考命题经常将它们结合起来考查 如2017年新课标 卷第38题 2012年新课标卷40题 CompanyLogo 1 什么是基因 基因 DNA 染色体之间是怎样的关系 2 遗传信息指的是 遗传效应指的是 3 原 真核细胞的基因结构是怎样的 4 原 真核细胞的基因在进行表达时有何异同 5 能否让大肠杆菌产生出人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 活动1 讨论分析下列问题 原核细胞基因结构 基因 非编码区 非编码区 调控序列 编码区 编码蛋白质 终止子 终止转录 启动子 启动转录 RNA聚合酶结合识别位点 mRNA 翻译 特定功能的蛋白质 转录 DNA分子 真核细胞基因结构 基因 非编码区 非编码区 编码区 编码蛋白质 终止子 启动子 前体mRNA 外显子和内含子都转录 特点 编码区间隔 不连续 分为内含子和外显子 编码蛋白质 不编码蛋白质 剪切掉内含子转录的部分 mRNA DNA分子 翻译 特定功能的蛋白质 CompanyLogo 一 基因工程的概念 知识梳理 1 按照人们意愿 改造生物遗传特性的技术 2 在 水平进行操作 3 是在 进行的人为 4 克服障碍 定向 DNA分子 体外 远缘杂交不亲和 基因工程 基因拼接技术 DNA重组技术 基因重组 记一记 CompanyLogo 阅读选修3教材P2 3 科技探索之路 基础理论和技术的发展催生了基因工程 回答下列3个问题 1 概述哪些理论基础和技术发明使基因工程的实施成为可能 2 基因拼接的理论基础是什么 3 外源基因在受体内表达的理论基础是什么 活动2 讨论分析下列问题 二 基因工程诞生的理论基础 知识梳理 1 基因工程的诞生基础 1 理论基础 的证明 还证明了 DNA双螺旋结构的阐明 的破译 DNA是遗传物质 遗传密码 2 工具基础 等载体的发现 的等工具酶的发现 逆转录酶的发现 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 质粒 DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 CompanyLogo 知识梳理 2 诞生事件 1973年 博耶和科恩等将两种不同来源的DNA分子进行 并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的 至此 表明基因工程正式问世 体外重组 表达 CompanyLogo 知识梳理 3 基因拼接的理论基础 从结构上分析 为什么不同生物的DNA能够重组 1 大多数生物的遗传物质是 2 DNA的基本组成单位都是 3 双链DNA分子的空间结构都是 4 外源基因在受体内表达的理论基础 1 是控制生物性状的独立遗传单位 2 遗传信息的传递都遵循 3 生物界共用一套 DNA 四种脱氧核苷酸 规则的双螺旋结构 基因 中心法则 遗传密码 提取 抗虫基因 棉花细胞 与运载体DNA拼接 导入 含抗虫基因 基因工程培育抗虫棉的简要过程 CompanyLogo 三 基因工程的基本工具 知识梳理 1 分子手术刀 限制性核酸内切酶 2 来源 主要从生物中分离纯化出来的 原核 限制酶存在于原核生物中的作用是什么 思考 原核生物容易受到外源DNA的入侵限制酶的作用 切割外源DNA 使之失效保证自身的安全 1 含义 能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶 限制酶为什么不会剪切原核生物本身的DNA 思考 防御机制 1 同一原核细胞内有限制酶 但没 识别 切割序列 2 有酶且有切割序列 但甲基化酶的作用下把甲基转移到碱基上 让限制酶不能切割 识别序列已被修饰 3 作用 识别双链DNA分子的某种序列 使的两个核苷酸之间的断裂 核苷酸 特定部位 磷酸二酯键 4 作用部位 之间的磷酸二酯键 磷酸与脱氧核糖 A A T T G C C T T A A G 3 5 3 3 5 5 5 3 EcoRI 5 作用特点 具有 即一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列 并在特定的切点上切割DNA分子 专一性 限制酶所识别的序列 无论是6个碱基还是4个碱基 都可以找到一条中心轴线 中轴线两侧的双链DNA上的碱基呈反向对称 重复排列如 GAATTCCCCGGGCTTAAGGGGCCC 限制酶所识别的序列有什么特点 黏性末端 平末端 黏性末端 平末端 6 结果 产生和 被限制酶切开的DNA两条单链的切口 带有几个伸出的核苷酸 它们之间正好互补配对 这样的切口叫黏性末端 CompanyLogo 知识梳理 2 分子缝合针 DNA连接酶 大肠杆菌 连接黏性末端和平末端 磷酸二酯键 1 作用部位 两条链的骨架部分 形成 磷酸二酯键 2 种类 DNA连接酶和DNA聚合酶异同 相同点 作用位点都在磷酸二酯键 思考 聚合酶 单个与片段之间 单个核苷酸与核苷酸片段 连接酶 片段与片段之间 核苷酸片段与核苷酸片段 DNA聚合酶 DNA连接酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 用于DNA的复制以DNA一条链为模板 DNA连接酶 用于拼接DNA双链 不需要模板 DNA连接酶 不同点 注意 CompanyLogo 拓展延伸 与DNA相关的六种酶比较 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 氢键 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 CompanyLogo 知识梳理 3 分子运输车 载体 1 载体的作用 携带 进入受体细胞 外源基因 假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样 作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样 外源基因是否进入受体细胞 你如何去察觉 如果载体对受体细胞有害将怎样 会在细胞增殖中丢失 外源基因不可能插入 如果载体上有遗传标记基因 就可通过标记基因的表达来检测 将影响受体细胞新陈代谢 进而使转入的外源基因也可能无法表达 活动3 讨论分析下列问题 CompanyLogo 知识梳理 2 载体的必备条件 1 能在宿主细胞内进行 并稳定保存 2 有一个或多个 切割位点 便于目的基因插入其中 3 有 供重组DNA的鉴定和筛选 4 对受体细胞无害 易分离 5 载体大小适合 自我复制 限制酶 标记基因 3 载体的种类 质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中 是一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 能够自主复制的小型双链环状DNA分子 噬菌体衍生物 动植物病毒 质粒 常用 说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制 说明质粒有切割位点 说明有标记基因的存在 将来可用含青霉素的培养基鉴别 此质粒来自大肠杆菌 说明没有危害 大肠杆菌是非致病菌 分裂快 便于从大量复制个体中分离出来 CompanyLogo 拓展延伸 限制酶选择注意事项 1 根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类 应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶 如图甲可选择Pst 不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶 如图甲不能选择Sma CompanyLogo 拓展延伸 限制酶选择注意事项 为避免目的基因和质粒的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 如图甲也可选择用Pst 和EcoR 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点 CompanyLogo 拓展延伸 限制酶选择注意事项 2 根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致 以确保产生相同的黏性末端 质粒作为载体必须具备标记基因等 所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 如图乙中限制酶Sma 会破坏标记基因 如果所选酶的切割位点不是一个 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 CompanyLogo 40 生物 选修3现代生物科技专题 15分 2012年新课标卷 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段 其末端类型有和 2 质粒运载体用EcoR 切割后产生的片段如下 AATTC GG CTTAA为使运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 即大肠杆菌DN