临门一脚高考生物三轮考前重点专题突破专题二基因结构与基因工程课件

小专题二基因结构与基因工程核心考点整合考点整合一:基因的结构1.原核细胞和真核细胞的基因结构的比较项目原核基因真核基因结构示意图非编码区结构位于编码区的上游和下游，有调控序列作用调控序列能调控遗传信息的表达编码区结构编码区是连续的，无外显子和内含子之分编码区是间隔的，不连续的，分为能编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子作用编码蛋白质外显子编码蛋白质相同点①在结构上均有编码区和起调控作用的非编码区；②都能储存、传递和表达遗传信息，决定生物性状，且可发生突变；③非编码区均位于编码区的上游和下游，有调控序列，能调控遗传信息的表达2.人类基因组的研究(1)人类基因组:是指人体DNA分子所携带的全部遗传信息｡(2)人的单倍体基因组:由24条双链DNA分子组成(22条常染色体DNA和X､Y性染色体DNA)｡(3)人类基因组计划:分析测定人类基因组的核苷酸序列｡(4)人类基因组计划主要内容:绘制人类基因组的四张图,即遗传图､序列图､转录图和物理图｡

(5)研究人类基因组的意义①对于各种疾病,尤其是各种遗传病的诊断､治疗具有划时代的意义｡②对于进一步了解基因表达的调控机制､细胞的生长､分化和个体发育的机制,以及生物的进化等也具有重要的意义｡特别提示1.非编码区和非编码序列的联系与区别非编码序列包含非编码区,但非编码区不包括真核基因的内含子(非编码序列)｡对真核细胞基因结构而言,非编码序列包含非编码区和编码区中的内含子｡对原核细胞基因结构而言,非编码序列即为非编码区｡特别注意:虽然终止密码子不能编码蛋白质,但由于它位于mRNA上,因此与它对应的脱氧核苷酸序列位于基因的编码区｡2.基因结构中的相关计算原核细胞基因结构中编码区所含的碱基对数=编码的氨基酸数×3｡真核细胞基因结构中外显子所含的碱基对数=编码的氨基酸数×3,而编码区所含的碱基对数不等于外显子所含的碱基对数,还应加上内含子的碱基对数;真核细胞基因结构中外显子数=内含子数+1｡【典例1】下图为真核生物细胞基因结构示意图,图中属于编码序列的部分和变异后会导致该基因关闭的部分分别是()A.dfc B.cegaC.cegb D.abdfha[解析]真核细胞基因结构中的非编码区和编码区中的内含子属于非编码序列,编码序列只有编码区中的外显子ceg｡a是RNA聚合酶结合位点,一旦变异将不能被RNA聚合酶识别,导致该基因关闭,故B正确｡[答案]B【互动探究1】(2011·河南实验中学月考)下列有关基因结构和功能的叙述中,错误的是()A.非编码区是DNA上不具有遗传效应的片段B.核基因和质基因都可以发挥遗传效应C.编码区和非编码区碱基的改变都属于基因突变D.RNA聚合酶结合的位点属于调控遗传信息表达的核苷酸序列

[解析]本题主要考查基因的结构与功能,理解“具有遗传效应的片段到底是什么”是解答本题的关键点｡由基因的定义“基因是具有遗传效应的DNA片段”可知,非编码区属于基因上的结构,因此也具有遗传效应(调控作用),故A错误｡无论是编码区还是非编码区碱基的改变,都属于基因结构中碱基的改变,因此属于基因突变,故C正确｡RNA聚合酶结合的位点位于非编码区,因此属于调控遗传信息表达的核苷酸序列,故D也正确｡[答案]A考点整合二:基因工程重点问题辨析1.基因工程的主要理论基础(1)目的基因与运载体有着相同的基本结构——四种脱氧核苷酸缩合而成的双螺旋结构,保证了不同生物的DNA分子可以“拼接”到一起;(2)所有生物共用一套密码子,保证了目的基因在不同的宿主细胞内表达出相同的产物｡2.限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是由磷酸和脱氧核苷酸形成的磷酸二酯键｡3.获取目的基因的方法比较4.目的基因的“检测”与“表达”的比较目的基因的检测目的基因的表达检测项目目的基因是否已被导入受体细胞目的基因是否完成了转录和翻译过程检测指标①检测受体细胞是否表现出标记基因所控制的性状；②用含目的基因的DNA探针检测受体细胞中是否含目的基因片段检测受体细胞是否表现出目的基因所控制的性状，或合成了与目的基因对应的产物【典例2】(2010·江苏生物，27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有_______个游离的磷酸基团｡(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越_______｡(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是_________________________________________________｡0､2高SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因､外源DNA中的目的基因

(4)与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒､外源DNA的优点在于可以防止___________________________________________｡

(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入_______________酶｡

(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了______________________________________｡质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞

(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在______________________________的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测｡蔗糖为唯一含碳营养物质

[解析]本题综合考查基因工程的过程及应用｡(1)质粒是双链环状DNA分子,在SmaⅠ切割前没有游离的磷酸基因,SmaⅠ作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键,切割产生的DNA片段末端是平末端,因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基因｡(2)质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定,氢键数量越多,质粒的热稳定性越高,反之则低,DNA分子中A与T之间存在2个氢键,C与G之间存在3个氢键,因此DNA分子中G—C碱基对越多,热稳定性就越高,SmaⅠ识别CCCGGG序列,并在C和G之间将这段序列切开,也就是质粒中SmaⅠ酶切位点越多,G—C碱基对越多,热稳定性越高｡

(3)据图1可知,SmaⅠ切割的位点在抗生素抗性基因之中,抗生素抗性基因是标记基因,应尽量避免破坏,据图2可知SmaⅠ切割的位点在目的基因之中,破坏了目的基因,所以不能使用SmaⅠ切割｡(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因,在基因表达载体构建时,常形成三种直接方式,其中目的基因与目的基因的连接､质粒与质粒的连接是无效的连接,用两种限制酶可避免此类现象｡

(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶,连接脱氧核糖和磷酸｡(6)抗生素抗性基因属于标记基因,供重组DNA的鉴定和选择｡(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因,将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,应进行目的基因的检测与鉴定,可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白,即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功,因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培养基中培养｡【互动探究2】转基因抗病香蕉的培育过程如图所示｡质粒上有PstⅠ､SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四种限制酶切割位点｡请回答:

(1)构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶____________________,对_____________________进行切割｡

(2)培养板中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使基因表达载体A中含有_______________________作为标记基因｡PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA､质粒抗卡那霉素基因

(3)香蕉组织细胞具有____________,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株｡图中①､②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的________________过程｡全能性脱分化､再分化[解析]本题考查基因工程的有关知识,准确地进行“图→文”转化,是解答此题的关键｡(1)从图可看出,只有用PstⅠ､EcoRⅠ这两种酶切割,才能保持抗病基因结构的完整性,所以构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶PstⅠ､EcoRⅠ,对含抗病基因的DNA和质粒进行切割｡(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使表达载体A中含有抗卡那霉素基因,以此作为标记基因｡

(3)香蕉组织细胞具有全能性,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织