优化方案版高考生物大一轮复习第十一单元现代生物科技专题第38讲基因工程及其安全性讲义Word文档下载推荐.docx

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二、DNA重组技术的基本工具

1．限制性核酸内切酶（简称：

限制酶）

（1）来源：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

（2）作用：

识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

（3）结果：

产生黏性末端或平末端。

2．DNA连接酶

常用类型

E·

coliDNA连接酶

T4DNA连接酶

来源

大肠杆菌

T4噬菌体

功能

连接黏性末端

连接黏性末端和平末端

结果

恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键

3.载体

（1）种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

（2）质粒特点

三、基因工程的操作程序

—

—组成

—方法

四、基因工程的应用

技术名称

应用

植物基

因工程

培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物，利用转基因技术改良植物的品质

动物基因工程

提高动物生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植的供体

基因治疗

把正常基因导入病人体内，使其表达产物发挥功能，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗

五、蛋白质工程

1．目标：

根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。

2．操作手段：

基因修饰或基因合成。

3．设计流程：

预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。

六、转基因生物的安全性

1．转基因成果

（1）工程菌——DNA重组微生物。

（2）基因制药。

（3）转基因动物——生物反应器。

（4）转基因农作物。

2．安全性问题

（1）食物安全：

滞后效应（产生毒性蛋白质）、新的过敏原、营养成分改变。

（2）生物安全：

生物入侵，破坏生物多样性。

（3）环境安全：

破坏生态系统的稳定性和人类生活环境。

3．理性看待转基因技术

（1）需要正确的社会舆论导向，趋利避害，不能因噎废食。

（2）制定符合本国利益的政策和法规，最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。

七、禁止生物武器

1．种类：

病菌、病毒、生化毒剂及经过基因重组的致病菌等。

2．我国政府态度：

任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。

1．（2016·

山东济南市高三期末）限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。

（×

）

2．DNA连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏合，形成重组DNA。

3．E·

coliDNA连接酶既可以连接平末端，又可以连接黏性末端。

4．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。

5．基因表达载体中含有启动子和终止密码。

6．如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同。

7．目的基因导入马铃薯细胞后，随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞并表达。

（√）

8．（2016·

江苏无锡市统考）蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。

9．目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽。

10．（2014·

高考重庆卷T4D）利用基因工程培育抗虫植物时，只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异。

考点一　基因工程的操作工具[学生用书P273]

1．与DNA有关的四种酶

比较项目

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用底物

DNA分子

DNA分子片段

脱氧核苷酸

作用部位

磷酸二酯键

碱基对间的氢键

形成产物

黏性末端或平末端

形成重组DNA分子

新的DNA分子

形成单链DNA

2.限制酶

（1）识别序列的特点：

呈现碱基互补对称。

无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；

以为轴，两侧碱基互补对称。

（2）切割后末端的种类

（3）限制酶的选择技巧

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

a．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PstⅠ。

b．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SmaⅠ。

c．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PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点）。

②根据质粒的特点确定限制酶的种类

a．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。

b．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SmaⅠ会破坏标记基因；

如果所选酶的切割位点不只一个，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。

3．限制酶和DNA连接酶的关系

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。

（2）限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

（3）DNA连接酶起作用时，不需要模板。

4．载体

（1）条件与目的

条件

目的

稳定并能复制

目的基因稳定存在且数量可扩大

有一个至多个限制酶切割位点

可携带多个或多种外源基因

具有特殊的标记基因

便于重组DNA的鉴定和选择

（2）作用

①作为运载工具，将目的基因导入宿主细胞内。

②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

关于基因工程工具的几个易错点

（1）限制酶是一类酶，而不是一种酶。

（2）限制酶的成分为蛋白质，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。

（3）在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端或平末端。

（4）将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端或平末端。

（5）不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（6）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。

（7）基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。

（2016·

山东烟台市高三统考）图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。

请回答下列问题：

（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由________________________________________连接。

（2）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中的DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为________________________________________________________________________

________________________________。

（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。

（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意与两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。

（2）从SmaⅠ的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有SmaⅠ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537（534＋3）bp、790（796－3－3）bp和661（658＋3）bp三种。

（3）图示方框内发生碱基的替换后，形成的d基因失去了1个SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种（537＋790）bp的DNA片段。

（4）目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。

若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。

答案：

（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖　

（2）平　537bp、790bp、661bp　（3）4　（4）BamHⅠ　抗生素B　同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接

考点二　基因工程的基本操作程序和应用[学生用书P275]

1．目的基因的获取

（1）直接分离法

（2）人工合成法

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

生物种类

植物

动物

微生物

常用方法

农杆菌转化法

显微注射技术

感受态细胞法

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达

将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

4.目的基因的检测与鉴定

基因工程操作过程中的几个易错点

（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，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

（2）基因工程操作过程中只有第三步（将目的基因导入受体细胞）没有碱基互补配对现象：

第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步存在检测分子水平杂交。

（3）