《高考生物一轮复习第十单元第35讲基因工程讲义（含解析）（选修3）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考生物一轮复习第十单元第35讲基因工程讲义（含解析）（选修3）（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、考纲明细1.基因工程的诞生()2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()3.基因工程的应用()4.蛋白质工程()实验：DNA的粗提取与鉴定知识自主梳理一、基因工程的概念及基本工具1基因工程概念2DNA重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。结果：产生黏性末端或平末端。例：如下图所示，EcoR限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在C和G之间；说明限制酶具有特异性。
2、本质：蛋白质。深入思考限制酶为何不切割自身DNA?提示限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA的原因是自身DNA中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(2)DNA连接酶作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。类型DNA连接酶和限制酶的关系(3)载体载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。常用载体：质粒。其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。质粒a概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。b特点：
3、能自我复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。二、基因工程的基本操作程序1目的基因的获取目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具调控作用的因子。(1)从基因文库中获取前提条件：目的基因序列未知。基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，可分为基因组文库和部分基因文库(如cDNA文库)。构建过程(2)利用PCR技术扩增目的基因PCR含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR原理：DNA双链复制。前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
4、要求模板：目的基因两条链。原料：四种脱氧核苷酸。酶：热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。引物：人工合成的两条DNA片段(引物1，引物2)。PCR反应过程方式：指数形式扩增(2n，n为扩增循环的次数)。结果：短时间内大量扩增目的基因。(3)人工合成前提条件：核苷酸序列已知，基因比较小。方法a反转录法：目的基因的mRNA单链DNA双链DNA(目的基因)b化学合成法：蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列目的基因2基因表达载体的构建基因工程的核心(1)操作目的使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(2)组成(3)构建过程深入思考获取
5、目的基因与切割载体时只能用同一种限制酶吗？提示不是只能用一种限制酶，也可以用不同的限制酶，只要切割后目的基因和载体的黏性末端相同即可。3将目的基因导入受体细胞(1)将目的基因导入植物细胞农杆菌转化法：最常用的方法。a受体细胞：植物体细胞或受精卵。b操作过程：将目的基因插入Ti质粒的TDNA上转入农杆菌导入植物细胞TDNA上的目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上目的基因表达。基因枪法：适用于单子叶植物，成本较高。花粉管通道法：将目的基因通过花粉管通道导入受体细胞，十分简便经济。(2)将目的基因导入动物细胞方法：显微注射技术。受体细胞：动物的受精卵。操作过程：将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受
6、精卵)显微注射受精卵经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内获得具有新性状的动物。深入思考获得转基因动物时，通常选择受精卵做受体细胞的原因？提示受精卵全能性高，可使目的基因在相应的组织细胞内表达。(3)将目的基因导入微生物细胞转化方法a用Ca2处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。b感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子。受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。4目的基因的检测与鉴定(1)不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。(2)在DNA分子、mRNA
7、分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等作标记的含有目的基因的DNA片段。三、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、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。2转基因动物动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。3基因工程药物(1)来源：转基因的工程菌。(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、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。4基因治疗(1)方法：把正常基因导入病人体内，使该基因的表
8、达产物发挥功能。(2)效果：治疗遗传病的最有效的手段。(3)分类：体内基因治疗和体外基因治疗。四、蛋白质工程1概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物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，以满足人类生产和生活的需求。2基本途径：预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。考点题型突破考点1基因工程的操作工具题型一 限制性核酸内切酶及DNA连接酶等酶的作用1(2016全国卷)图a中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图b为某种表达载
9、体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH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)若某人利用图b所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图c所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。答案(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)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
10、基因均不能被转录(其他合理答案也可)(3)Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶(其他合理答案也可)解析(1)分析图a可知，限制酶Sau3A 与BamH 切割DNA后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能被转录。(3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。知识拓展与DNA相关的六种酶的比较题型二 载体的作用及特点2(201
11、6全国卷)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH 酶切后，与用BamH 酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄
12、青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于_。答案(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞解析(1)质粒作为载体应具备的基本条件有：
13、能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因，所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因(四环素抗性基因被破坏)，所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能，所以可用含有四环素的培养基，筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒，病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。考点2基因工程的基本操作程序题型一 目的基因的获取1基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：.(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_和从_中分离。(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是_。(3)在基因表达载体中，启动子是_聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_。.将外源生长激素基因导入绵羊体内
