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1、第十一单元 现代生物科技专题 第39讲 基因工程,考情分析 备考导航,考点一 基因工程的概念及基本工具,知识梳理 自主学习 夯实基础,1.基因工程的概念,目的基因,基因重组,分子水平,符合人们需要,远缘杂交不亲和,定向改造,2.基因工程的基本工具,【深挖教材】 1.为什么不同生物的基因可以拼接起来? 提示:基因拼接的理论基础 (1)DNA是生物的主要遗传物质; (2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸; (3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 提示:外源基因在受体内表达的理论基础 (1)基因是控制生物性状的独立遗传单位;
2、(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向; (3)生物界共用一套遗传密码。 3.限制酶主要存在于原核生物中,它有什么意义? 提示:限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,使之失效,从而达到保护自己的目的。 4.原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA? 提示:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.与DNA分子相关的酶 (1)五种DNA相关酶的比较,(2)限制酶与DNA连接酶的关系:,2.载体的作用及作为载体的条件,(1)作用,(2)条件与目的,【清错破疑】 基因工程操作工具的4个易错点 (1)限制酶是一类酶,而不是一种酶。限制酶的成分
3、为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。 (2)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。 (3)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。 (4)DNA连接酶作用时并不需要模板。DNA连接酶是把两个具有相同末端的DNA片段通过磷酸二酯键连接起来。,题组例练 分类例练 提炼方法,1.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)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下: AATTCG GC
4、TTAA 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)基因工程中除质粒外, 和 也可作为运载体。,解析:(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种黏性末端和平末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连,用另一种限制酶切割含目的基因的DNA后形成的黏性末端必须与EcoR切割形成的黏性末端相同。(3)DNA 连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶两类。(4)在基因工程中使用的运载体除质粒外
5、,还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。,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)Ecoli T4 (4)噬菌体的衍生物 动植物病毒,2.(2014天津理综节选)嗜热土壤芽孢杆菌产生的葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶,为使其在工业生产中更好地应用,开展了以下试验:利用大肠杆菌表达BglB酶 (1)PCR扩增bglB基因时,选用 基因组DNA作模板。 (2)如图为质粒限制酶酶切图谱。bglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的bglB基因重组进该质粒,扩增的bglB基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列。 (3)大肠杆菌不能降
6、解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为 。,解析:(1)bglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中,故应以该菌的基因组DNA为模板进行基因扩增。 (2)目的基因与质粒进行重组时,需将目的基因插入到启动子和终止子之间,且应靠近启动子和终止子,结合示意图可知,应在扩增的bglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制酶的识别序列。 (3)该基因表达载体中含有bglB基因,其可表达产生葡萄糖苷酶,其可分解纤维素,这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。 答案:(1)嗜热土壤芽孢杆菌 (2)Nde BamH (3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶,方法突破 限制
7、酶的选择方法 (1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst 。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma 。 (2)切割质粒时,一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等,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,且切割位点应位于启动子和终止子之间以利于目的基因的插入和表达;如果所选限制酶的切点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。 (3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,
8、可使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲可选择用Pst 和EcoR 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。,考点二 基因工程的基本操作程序及应用,知识梳理 自主学习 夯实基础,将重组DNA分 子导入受体细胞,目的基因的 .,检测与鉴定,2.基因工程的应用判一判 (1)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( ) (2)基因工程药物主要来源于转基因动物生产( ) (3)为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体( ) (4)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( ),【深
9、挖教材】 1.基因工程操作过程中,哪些步骤中具有碱基互补配对现象? 提示:基因工程操作过程中第一、二、四步中均具有碱基互补配对现象,而只有第三步没有。 2.动物基因工程中,为什么常选动物的受精卵作为受体细胞? 提示:受精卵的全能性高,能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。 3.基因工程成功的标志是什么? 提示:目的基因在受体细胞中得以表达。,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.目的基因的获取途径 (1)从基因文库中获取:包括基因组文库和cDNA文库等。 (2)人工合成目的基因的常用方法 化学合成法:已知核苷酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。 反转录法:以RNA
10、为模板,在逆转录酶作用下人工合成。 (3)通过PCR技术扩增目的基因 目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。,PCR技术与DNA复制的比较,2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成及作用,(2)基因表达载体的构建过程,3.将目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测与鉴定,5.基因治疗与基因诊断,【清错破疑】 (1)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,目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。 (2)启动子起始密码子,终止子终止密码子 启动子和终止子位于DNA片段上,分别控制转录过程的启动和终止;起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终
11、止。,题组例练 分类例练 提炼方法,1.(2014海南卷)下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。 据图回答: (1)获得A有两条途径:一是以A的mRNA为模板,在 酶的催化下,合成互补的单链DNA,然后在 的作用下合成双链DNA,从而获得所需基因;二是根据目标蛋白质的 序列,推测出相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测其DNA的 序列,再通过化学方法合成所需基因。 (2)利用PCR技术扩增DNA时,需要在反应体系中添加的有机物质有 、 、4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的DNA聚合酶,扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。 (3)由A和载体B拼接形成的C通常称为 。
12、 (4)在基因工程中,常用Ca2+处理D,其目的是 。,解析: (1)利用逆转录法合成目的基因的过程是以mRNA为模板,在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA,然后在DNA聚合酶作用下,合成双链DNA分子;根据蛋白质工程合成目的基因的过程是根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序,通过化学方法合成。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合,形成基因表达载体。(4)利用大肠杆菌做受体细胞时,需要先用Ca2+处理,使之成为感受态细胞,有利于吸收重组DNA分子。,答案: (1)逆转录 DNA
13、聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (2)引物 (目的基因或A基因)模板 (3)基因表达载体 (4)使其成为感受态细胞,使大肠杆菌更容易吸收重组DNA分子,2.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列回答: (1)获取目的基因的主要途径包括从自然界 已有的物种中分离和 。 (2)过程需要的酶有 、 。 (3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外, 还必须含有启动子、终止子和 , 这样才能构成一个完整的基因表达载体。 (4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的 ,使目的基因进入受体细
14、胞C2,并将其插入到受体细胞C2中的 上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。经过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水平上可用 法进行检测,如果出现杂交带,说明目的基因已经表达蛋白质产品,转基因莴苣培育成功。,解析: (1)获取目的基因的方法主要有从自然界已有的物种中分离和人工合成。 (2)过程为构建基因表达载体,需要的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶。 (3)基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。 (4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则该将目的基因导入受体细胞的方法为农杆菌转化法,利用农杆菌的转化作用,将目的基因导入受体细胞C2(
15、莴苣体细胞)并将目的基因插入到受体细胞C2的染色体的DNA上。目的基因是否表达出相应的蛋白质,可在分子水平上利用抗原抗体杂交法进行检测。,答案: (1)人工合成 (2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (3)标记基因 (4)转化作用 染色体DNA 抗原抗体杂交,考点三 蛋白质工程,知识梳理 自主学习 夯实基础,蛋白质工程 (1)概念理解 基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 操作: 或基因合成。 结果:改造了现有蛋白质或制造出 。 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,重点透析 剖析考点 拓展深化,蛋白质工程与基因工程的比较 (1)区别,(2)联系 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。 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。,题组例练 分类例练 提炼方法,(2015全国卷)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催
