2023届 二轮复习 基因工程及生物技术的安全性与伦理问题 学案

考点三基因工程及生物技术的安全性与伦理问题1．基因工程的理论基础2．基因工程的3种基本工具

3.熟记基因工程的四个操作步骤4．图解记忆蛋白质工程5．PCR技术原理与条件6．PCR技术的过程7．DNA的粗提取与鉴定8．DNA片段的电泳鉴定9．治疗性克隆与生殖性克隆的关系类型项目治疗性克隆生殖性克隆区别目的利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用于医学研究和治疗利用克隆技术产生独立生存的新个体，获得人的复制品水平细胞水平个体水平联系都属于无性生殖；产生的新细胞、组织、器官或新个体，遗传信息相同10.区分试管婴儿和设计试管婴儿(1)设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程④(遗传学诊断)。(2)试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。(3)两者都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。1．(2022·山东，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是()A．过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质答案B解析低温时DNA酶的活性较低，过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解，A正确；离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在体积分数为95%的冷酒精中与DNA一块析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。2．(2020·江苏，33)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如下图(以EcoRⅠ酶切为例)：请据图回答问题：(1)步骤Ⅰ用的EcoRⅠ是一种酶，它通过识别特定的切割特定位点。(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′－羟基与5′－磷酸间形成；PCR循环中，升温到95℃是为了获得；TaqDNA聚合酶的作用是催化。(3)若下表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物，步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是(从引物①②③④中选择，填编号)。DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)已知序列PCR引物①5′－AACTATGCGCTCATGA－3′②5′－GCAATGCGTAGCCTCT－3′③5′－AGAGGCTACGCATTGC－3′④5′－TCATGAGCGCATAGTT－3′(4)对PCR产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列)，结果正确的是。A．5′－AACTATGCG－－－－－－AGCCCTT－3′B．5′－AATTCCATG－－－－－－CTGAATT－3′C．5′－GCAATGCGT－－－－－－TCGGGAA－3′D．5′－TTGATACGC－－－－－－CGAGTAC－3′答案(1)限制性内切核酸(或限制)核苷酸序列(2)磷酸二酯键DNA单链以DNA为模板的DNA链的延伸(3)②④(4)B解析(3)PCR过程中，根据已知的DNA序列合成两个引物，要注意模板链和引物的方向是相反的，引物的核苷酸序列要能够和相应模板的核苷酸序列发生碱基互补配对，环状DNA图中显示PCR过程是从已知DNA序列的两端分别向相反方向形成子链，一个引物是与已知DNA序列的第一条链的左端互补结合，该引物是④，另一个引物是与已知DNA序列的第二条链的右端互补结合，该引物是②。(4)图中由片段F形成的环状DNA的未知序列中有一个EcoRⅠ限制酶的切割位点，而EcoRⅠ识别的位点是，因此片段F的单链中的一端应含有“AATTC－”序列，另一端应含有“TTAAG－”序列，B符合题意。3．(2021·江苏，23)某小组为研究真菌基因m的功能，构建了融合表达蛋白M和tag标签的质粒，请结合实验流程回答下列问题：(1)目的基因的扩增①提取真菌细胞，经逆转录获得cDNA，进一步获得基因m片段。②为了获得融合tag标签的蛋白M，设计引物P2时，不能包含基因m终止密码子的编码序列，否则将导致。③热启动PCR可提高扩增效率，方法之一是：先将除TaqDNA聚合酶(Taq酶)以外的各成分混合后，加热到80℃以上再混入酶，然后直接从94℃开始PCR扩增，下列叙述正确的有。A．Taq酶最适催化温度范围为50～60℃B．与常规PCR相比，热启动PCR可减少反应起始时引物错配形成的产物C．两条子链的合成一定都是从5′端向3′端延伸D．PCR产物DNA碱基序列的特异性体现了Taq酶的特异性(2)重组质粒的构建①将SmaⅠ切开的载体A与添加同源序列的m混合，用特定DNA酶处理形成黏性末端，然后降温以促进，形成A－m结合体。将A－m结合体导入大肠杆菌，利用大肠杆菌中的DNA聚合酶及酶等，完成质粒的环化。②若正确构建的重组质粒A－m仍能被SmaⅠ切开，则SmaⅠ的酶切位点可能在。(3)融合蛋白的表达①用含有尿嘧啶的培养基培养URA3基因缺失型酵母，将其作为受体菌，导入质粒A－m，然后涂布于无尿嘧啶的培养基上，筛选获得目的菌株，其机理是。②若通过抗原—抗体杂交实验检测到酵母蛋白中含tag标签，说明，后续实验可借助tag标签进行蛋白M的分离纯化。答案(1)①RNA②蛋白M上不含tag标签③BC(2)①黏性末端碱基配对DNA连接②基因m的连接处、基因m的内部(3)①受体菌在无尿嘧啶的培养基上无法生长，导入重组质粒的受体菌含有URA3基因可以长成菌落②融合基因表达(或融合基因正确解码)解析(1)①逆转录获得cDNA的方式，要先从真菌细胞中提取基因m转录出来的mRNA。②从构建好的重组质粒上看，tag序列位于目的基因下游，若m基因的转录产物mRNA上有终止密码子，核糖体移动到终止密码子多肽链就断开，则不会对tag序列的转录产物继续进行翻译，蛋白M上就不含tag标签。③由题干信息“80℃以上再混入酶，然后直接从94℃开始PCR扩增”可知，Taq酶最适催化温度范围为94℃左右，A错误；PCR反应的最初加热过程中，样品温度上升到70℃之前，在较低的温度下引物可能与部分单链模板形成非特异性结合，并在TaqDNA聚合酶的作用下延伸，结果会导致引物错配形成的产物的扩增，影响反应的特异性，热启动可减少引物错配形成的产物的扩增，提高反应的特异性，B正确；DNA分子复制具有方向性，都是从5′端向3′端延伸，C正确；TaqDNA聚合酶没有特异性，与普通的DNA聚合酶相比，TaqDNA聚合酶更耐高温，D错误。故选BC。(2)①从图上看，载体A只有一个SmaⅠ的酶切位点，故被SmaⅠ切开后，载体由环状变为链状DNA，将SmaⅠ切开的载体A与添加同源序列的m混合，用特定DNA酶处理形成黏性末端，然后降温以促进载体A与添加同源序列的m的黏性末端碱基互补配对。将A－m结合体导入大肠杆菌，利用大肠杆菌中的DNA聚合酶及DNA连接酶等，完成质粒的环化。②重组质粒中，载体A被SmaⅠ切开的位置已经与基因m相连，原来的酶切位点已不存在，若正确构建的重组质粒A—m仍能被SmaⅠ切开，则SmaⅠ的酶切位点可能在基因m的连接处或基因m内部。(3)①筛选目的菌株的机理：导入了质粒A－m的目的菌株由于含有URA3基因，能在无尿嘧啶的培养基上存活，而URA3基因缺失型酵母则不能存活。②若通过抗原—抗体杂交实验检测到酵母蛋白中含tag标签，位于tag标签上游的基因m应该正常表达，说明融合基因表达(或融合基因正确解码)。思维延伸——判断与填充(1)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生，可以提高复性的温度(2021·湖北，16)(√)(2)(2018·江苏，32节选)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的5′端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体，减少自连。(3)(2022·山东，25节选)为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、单链核酸。为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的5′端(填“3′端”或“5′端”)。(4)(2019·江苏，33节选)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒，拟设计引物进行PCR鉴定。如图所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置，PCR鉴定时应选择的一对引物是乙、丙。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段，原因是目的基因反向连接。(5)(2019·全国Ⅰ，38节选)在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是加热至90℃以上。在PCR反应中使用TaqDNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是TaqDNA聚合酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活。题组一基因工程1．(2022·江苏南通高三一模)如图1中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切核酸酶的识别序列与切割位点，图2为某种基因表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。请回答下列问题：(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接，理由是。(2)图2中启动子的作用是，终止子的作用是，抗生素抗性基因的作用是。(3)构建基因表达载体时，还需要用到DNA连接酶。常见的DNA连接酶有DNA连接酶和DNA连接酶，其中能连接平末端的是DNA连接酶。(4)若某人利用图2所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组DNA分子(如图3所示)。这三种重组DNA分子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有，原因是。答案(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)RNA聚合酶的识别和结合部位使转录过程停止便于重组DNA分子的筛选(3)E.coliT4T4(4)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解析(1)经BamHⅠ酶切后得到的黏性末端是－GATC－，与Sau3AⅠ酶切后获得的黏性末端相同，所以经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)启动子是RNA聚合酶的识别和结合部位，与RNA聚合酶结合后，开始进行转录过程；终止子使转录过程停止；抗生素抗性基因表达后，则生物具有抗生素抗性，便于重组DNA分子的筛选。(4)在基因表达载体中，目的基因应位于启动子和终止子之间才能表达。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。2．抗体分子含有两条短肽链和两条长肽链，科研人员将小鼠编码抗体(抗禽流感病毒HA抗原)可变区的基因片段与人编码抗体恒定区的基因片段整合，构建图1所示表达载体(HindⅢ等表示不同限制酶的切割位点，EcoRV的识别序列和切割位点是)，导入中国仓鼠卵巢细胞后，筛选能够稳定表达的细胞株，成功获得大量嵌合抗体(图2)。请根据资料回答下列问题：(1)为构建人鼠嵌合抗体基因表达载体，需要对编码抗体不同片段的基因进行重组，为此需从分泌鼠源单克隆抗体的杂交瘤细胞中提取，经逆转录得到用于PCR扩增，并分别与人抗体的恒定区DNA序列拼接。(2)在PCR反应体系中需加入模板、、TaqDNA聚合酶、引物、缓冲液等，扩增过程中高温处理的目的是。若利用PCR技术扩增某基因片段时消耗了126个引物分子，则该过程扩增了次。(3)图1所示表达载体中除标注出的结构外还必须有，图中①是识别和结合的部位。构建该基因表达载体时，先将人抗体的长链、短链基因部分序列分别与相应鼠抗体的可变区序列整合后插入到两个启动子的下游，这一过程需要用到多种限制酶，如获得鼠抗体长链可变区基因用酶切；图中⑤和⑥用(填“T4DNA”或“E·coliDNA”)连接酶连接。(4)通过基因工程技术成功表达并组装出有生物学活性的嵌合抗体，该嵌合抗体的优点是。答案(1)鼠抗体mRNA(或mRNA或鼠抗体可变区mRNA)鼠抗体cDNA(或cDNA或鼠抗体可变区cDNA)(2)4种脱氧核苷酸(4种dNTP)使DNA变性(使DNA两条链分开、获得DNA单链)6(3)复制原点RNA聚合酶HindⅢ和KpnⅠT4DNA(4)减少发生免疫排斥反应解析(1)基因工程的第一步是目的基因的筛选与获取，可以通过mRNA逆转录得到相应的DNA；从分泌鼠源单克隆抗体的杂交瘤细胞中提取鼠抗体mRNA(或mRNA或鼠抗体可变区mRNA)，经逆转录得到鼠抗体cDNA(或cDNA或鼠抗体可变区cDNA)用于PCR扩增。(2)PCR是体外进行DNA复制的过程，在PCR反应体系中需加入模板、4种脱氧核苷酸(4种dNTP)、TaqDNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)、引物及缓冲液等；高温处理使DNA变性，双链引物，即合成了126条子链，设扩增n次，则2n×2－2＝126，n＝6，即进行了6次扩增。(3)构建表达载体时，质粒除了图示结构外还需有复制原点；由图可知，①启动子是RNA聚合酶识别和结合位点，可以驱动相关基因转录。由图可知，③为鼠抗体长链可变区基因，因此将③经HindⅢ和KpnⅠ双酶切，以获得相应的黏性末端。⑤和⑥经EcoRⅤ切开，为平末端，用T4DNA连接酶进行连接。(4)鼠抗体注射到人体会引起免疫应答，通过基因工程技术成功表达并组装出有生物学活性的嵌合抗体，能够减少免疫排斥反应的发生。题组二DNA片段的扩增及电泳鉴定3．(2022·江苏高三模拟)染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的。将大鼠肝细胞中分离出的染色质用非特异性核酸酶水解后去除染色质蛋白，对得到的DNA片段进行凝胶电泳，结果如图所示。若先将染色质中的蛋白质去掉后用同样的非特异性核酸酶处理，则得到随机长度的DNA片段。据此分析，下列有关叙述错误的是()A．凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来B．染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用C．构成核小体的基本单位是脱氧核糖核苷酸D．在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小和构象等有关答案C解析凝胶中的DNA分子经染色后，对波长为300nm的紫外光吸收性强，可在波长为300nm的紫外灯下被检测出来，A正确；由图可知，染色质用核酸酶处理后，得到是部分水解的染色质，但若先将染色质中的蛋白质去掉后用核酸酶处理，则得到随机长度的DNA片段，说明染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用，B正确；染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的，核小体的组成成分是蛋白质和DNA，其基本单位是脱氧核糖核苷酸和氨基酸，C错误。4．如图是将目的基因导入大肠杆菌内制备“工程菌”的示意图，其中引物1～4在含有目的基因的DNA上的结合位置如图甲所示，限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ在质粒上的识别位点如图乙所示。下列说法中错误的是()A．PCR过程完成4轮循环，理论上至少需加入引物30个B．若已经合成了图甲所示4种引物，应选择引物2和3扩增目的基因C．过程①中应使用限制酶BamHⅠ切割质粒D．对于转化失败的大肠杆菌及其培养基应进行灭菌处理，以防其污染环境答案B解析PCR技术大量扩增目的基因时，缓冲液中需要加入的引物个数计算公式为2n＋1－2(n为循环次数)，因此PCR过程完成4轮循环，理论上至少需加入引物24＋1－2＝30(个)，A正确；由于DNA聚合酶只能从5′端→3′端延伸子链，因此扩增目的基因时应选择引物1和4，B错误；①是基因表达载体的构建过程；若使用限制酶EcoRⅠ切割质粒会将目的基因插入启动子上游，目的基因不能正确表达；使用限制酶HindⅢ切割质粒将破坏标记基因，不利于目的基因的鉴定和筛选，因此该过程中应使用限制酶BamHⅠ切割质粒，C正确；为了防止污染环境，对于转化失败的大肠杆菌及其培养基应进行灭菌处理，D正确。题组三蛋白质工程5．(2022·海南海口高三模拟)利用木聚糖酶进行纸浆漂白，可以大幅度减少氯化物的用量，减轻造纸工业对环境的污染。纸浆漂白需要在高温碱性条件下进行，因此需要耐热耐碱的木聚糖酶。根据生产需要，科学家对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获得了耐高温耐碱的新木聚糖酶，减少了纸浆漂白时木聚糖酶的用量，提高了生产效率。请回答下列问题：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程原则上只能生产。(2)在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，原因是大肠杆菌(答出两点)。分离纯化大肠杆菌时，可使用接种环采用法将聚集的菌种逐步分离并培养成单菌落；实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是。(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前要先构建，以使目的基因能够表达和发挥作用。若要将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱木聚糖酶应用于造纸工业生产，除了需要研究木聚糖酶的产量外，还需要检测木聚糖酶的。(4)有研究表明，在木聚糖酶中特定部位引入精氨酸可以增加木聚糖酶中的离子键数目，从而增加该酶在碱性环境中的稳定性。利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是。根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计新木聚糖酶的基因，会设计出多种脱氧核苷酸序列，原因是。答案(1)蛋白质功能自然界中已存在的蛋白质(2)为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少平板划线人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长(3)基因表达载体生物活性(催化效率)(4)根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因密码子具有简并现象(或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象)题组四生物技术的安全性和伦理问题6．(2022·江苏高三模拟)根据下列2份材料回答有关生物技术的问题：材料一2012年诺贝尔医学奖获奖者分别是来自日本的科学家山中伸弥和来自英国的科学家约翰·格登。约翰·格登去除一只爪蟾卵细胞的细胞核，代之以取自蝌蚪的一个特殊细胞的细胞核。经处理的卵细胞发育成一只正常的蝌蚪。数十年后其他学者后续进行的核移植实验成功克隆出哺乳动物，因而约翰·格登被尊为“克隆教父”。2001年11月25日，美国先进细胞技术公司利用成人细胞首次克隆出人类早期胚胎，消息公布后，引起全世界的轩然大波；11月29日，中国卫生部明确表示：中国不赞成、不支持、不接受任何克隆人实验，赞成以治疗和预防疾病为目的的人类胚胎干细胞研究，但研究必须是有序的，并要在有效监控条件下进行。(1)动物的克隆方法一般是供体(被克隆个体)的体细胞的核＋去核卵细胞eq\o(→,\s\up7(a))重组细胞eq\o(→,\s\up7(b))早期胚胎eq\o(→,\s\up7(c))个体。“多莉”的诞生采用了上述技术路线，一般认为这种生殖(繁殖)方式是