步步高高考生物一轮总复习精品讲义 第36讲 基因工程 新人教版Word文档格式.docx

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2．DNA连接酶

（1）种类：

按来源可分为E·

coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

将双链DNA片段“缝合”起来，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

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

（2）质粒的特点

1．下图为限制酶和DNA连接酶的关系，据图回答：

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位相同吗？

相同。

（2）DNA连接酶起作用时是否需要模板？

不需要。

2．探究载体所具条件的意义

条　件

意　义

稳定并能自我复制

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

易错警示　巧辨基因工程操作基本工具的8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。

（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。

（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）限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。

（7）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。

（8）基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。

1．已知一双链DNA分子，用限制酶Ⅰ切割得到长度为120kb（kb：

千碱基对）片段；

用限制酶Ⅱ切割得到40kb和80kb两个片段；

同时用限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割时，得到10kb、80kb和30kb3个片段。

据此分析该双链DNA分子结构及酶切位点情况为（　　）

答案　D

解析　根据题意，该DNA用限制酶Ⅰ切割后长度不变，故为环状DNA，根据两酶的作用特点，可知酶切图谱为D。

2．如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述，错误的是（双选）（　　）

A．切断a处的酶为限制酶

B．连接a处的酶为DNA聚合酶

C．切断b处的酶为DNA解旋酶

D．连接b处的酶为RNA聚合酶

答案　BD

解析　限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，通常形成黏性末端，即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键（图中的a处），内侧碱基对之间的氢键（b处）可通过DNA解旋酶水解。

DNA连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。

RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。

与DNA有关的酶的比较

作用底物

作用部位

形成产物

限制酶

DNA分子

磷酸二酯键

黏性末端或平末端

DNA连接酶

DNA片段

重组DNA分子

DNA聚合酶

脱氧核苷酸

子代DNA

DNA解旋酶

碱基对间

的氢键

形成脱氧核苷酸单链

DNA（水解）酶

游离的脱氧核苷酸

考点二　基因工程的操作与应用[重要程度：

★★★★☆]

1．操作步骤：

获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。

2．应用：

培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。

1．观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序

（1）获取目的基因—

（2）基因表达载体的构建—组成

（3）将目的基因导入受体细胞—方法

（4）目的基因的检测与鉴定

2．探究目的基因导入不同受体细胞的过程

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

体细胞或受精卵

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→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的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

3．目的基因的检测和鉴定

4．探究基因治疗与基因诊断的不同点

原理

操作过程

进展

基因治疗

基因表达

利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗

临床实验

基因诊断

碱基互补配对

制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况

临床应用

易错警示　规避与基因工程操作有关的7个失分点

（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。

（3）原核生物作为受体细胞的优点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

（4）转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

（5）一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的

连接。

（6）不熟悉标记基因的种类和作用：

标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因（表达产物为带颜色的物质）等。

（7）还应注意的问题有：

①基因表达载体中，启动子（DNA片段）≠起始密码子（RNA）；

终止子（DNA片段）≠终止密码子（RNA）。

②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。

1．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。

现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（　　）

A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经反转录获得互补的DNA，再扩增基因B

B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B

C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞

D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞

答案　A

解析　如果所需要的目的基因的序列是完全未知的，往往就需要构建基因文库，然后从基因文库中获取目的基因，而在基因序列已知的情况下，获取目的基因通常用反转录法或利用化学方法直接人工合成，因此，A项正确、B项错误；

将目的基因与质粒连接的酶是DNA连接酶，而非DNA聚合酶，C项错误；

目的基因必须与载体结合后导入受体细胞才能够自我复制和表达，且导入植物细胞常用的载体是农杆菌，而不是大肠杆菌，D项错误。

2．许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物β－半乳糖苷酶在X－gal和IPTG存在的条件下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。

基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如图所示。

请据图回答下列问题：

（1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是_________________________________

________________________________________________________________________。

（2）限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点是—G↓AATTC—，SmaⅠ的识别序列和切割位点是—CCC↓GGG—。

图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是______________，连接过程中需要的基本工具是________________。

（3）转化过程中，大肠杆菌应先用________处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。

（4）菌落颜色为白色的是__________，原因是__________________________________

（5）菌落③中的目的基因是否表达，可采用的检测办法是______________________。

答案　

（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用　

（2）—TTAA　DNA连接酶　（3）Ca2＋　（4）菌落③　lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β－半乳糖苷酶，故菌落为白色　（5）抗原—抗体杂交

解析　

（1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用。

（2）根据限制酶EcoRⅠ和SamⅠ的识别序列、切割位点和图解判断，图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是—TTAA，连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶。

（3）转化过程中，大肠杆菌应先用Ca2＋处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。

（4）由于lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β－半乳糖苷酶，故菌落③为白色菌落。

（5）可采用抗原—抗体杂交的办法检测菌落③中的目的基因是否表达。

考点三　蛋白质工程

1．概念理解

（1）基础：

蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。

（2）操作：

基因修饰或基因合成。

改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。

（4）目的：

满足人类的生产和生活的需求。

2．操作过程

从预期的蛋白质功能出发→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）→基因表达→产生需要的蛋白质。

探究蛋白质工程与基因工程的区别和联系

项目

蛋白质工程

基因工程

区

别

过

程

预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质

获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

实

质

定向改造或生产人类所需要的蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品

结

果

生产自然界中没有的蛋白质

生产自然界中已有的蛋白质

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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成来实现

干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－70℃条件下保存半年，给广大患者带来了福音。

（1）蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：

（2）基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产____________的蛋白质，不一定符合______________的需要。

而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过__________或__________，对现有蛋白质进行________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。

（3）蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的________结构。

（4）对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？

__________________________________________________________________

原因是：

________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案　

（1）预期的蛋白质功能　预期的蛋白质结构　应有的氨基酸序列　相对应的脱氧核苷酸序列（基因）　

（2）自然界已存在　人类生产和生活　基因修饰　基因合成　改造　（3）空间（或高级）　（4）应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造　首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是改造了蛋白质，并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。

如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传；

其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多

解析　

（1）蛋白质工程的基本流程为：

根据预期的蛋白质功能，设计出预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，合成相对应的脱氧核苷酸序列。

（2）蛋白质工程的实质是通过对基因改造或基因合成，制造自然界不存在的、符合人们生产和生活需要的蛋白质。

（3）蛋白质的空间结构十分复杂，很难根据预期功能来预测出空间结构。

（4）基因控制蛋白质的合成，对基因的改造相当于间接改造了蛋白质。

高考模拟　提能训练

高考题组

1．（2013·

江苏卷，22）小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因（目的基因）后再重组表达。

下列相关叙述正确的是（多选）（　　）

A．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列

B．用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列

C．PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶

D．一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞

解析　扩增后的目的基因需要与表达载体连接，这将涉及相关限制酶识别的序列，故设计引物时应考虑相关的碱基序列，A错误；

PCR过程中，通过引物与模板链配对连接后，按照碱基互补配对原则进行延伸，故不必知道目的基因的全部序列，B正确；

PCR体系中添加的是耐高温的DNA聚合酶，C错误；

受体细胞的选择应适合目的基因的表达，如制备分泌蛋白的最佳受体是真核细胞，D正确。

2．（2013·

广东卷，3）从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。

目前在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（　　）

A．合成编码目的肽的DNA片段

B．构建含目的肽DNA片段的表达载体

C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽

D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽

答案　C

解析　由题可知，多肽P1为抗菌性强和溶血性也强的多肽，但是要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础之上设计出自然界原本不存在的蛋白质，应用蛋白质工程，首先应依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，即答案为C。

3．（2011·

海南卷，31）回答下列有关基因工程的问题：

（1）构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生________末端。

若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生____________（相同、不同）黏性末端的限制酶。

（2）利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是________________________________________________________

在用表达载体转化大肠杆菌时，常用________________处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；

为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为______________________。

为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成________，常用抗原—抗体杂交技术。

（3）如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的________中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的______________上。

答案　

（1）平　相同　

（2）驱动胰岛素基因转录出mRNA　CaCl2溶液（或Ca2＋）　分子杂交技术　蛋白质　（3）TDNA　染色体DNA

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形式：

黏性末端和平末端。

当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA切开时，产生的是黏性末端。

而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。

要使目的基因和质粒直接进行连接，应使用同种限制酶切割目的基因和质粒，使二者产生相同黏性末端。

（2）一个基因表达载体的组成，除含有目的基因外，还必须有启动子、终止子和标记基因。

启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶识别和结合部位，可以驱动目的基因转录出mRNA。

在用表达载体转化大肠杆菌时，为便于表达载体进入，常用CaCl2溶液处理大肠杆菌。

要检测目的基因是否转录出对应的mRNA，可采用分子杂交技术，即用目的基因片段作探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。

（3）运用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，要先将目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入到植物细胞的染色体DNA上。

模拟题组

4．将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。

下列叙述错误的是（　　）

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒

B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点

C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada

D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子

解析　大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含有一个重组质粒，A项正确；

作为载体的条件为至少含有一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含有一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；

作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；

由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。

5．现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。

下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：

（1）该生产流程中应用到的现代生物技术有____________、_____________（写出其中两种）。

（2）图中A、B分别表示______________________________、________________________。

（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行____________检测，对受体动物的处理是用______________进行同期发情处理。

（4）蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是____________________________。

答案　

（1）蛋白质工程　基因工程　胚胎移植技术（任写两种）　

（2）推测应有的氨基酸序列　基因表达载体　（3）DNA（核酸）分子杂交　促性腺激素　（4）改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作）

解析　

（1）由图分析知该生产流程中应用到的现代生物技术有蛋白质工程、基因工程、胚胎移植技术等。

（2）图中A、B分别表示推测应有的氨基酸序列、基因表达载体。

（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行DNA分子杂交，对受体动物的处理是用促性腺激素进行同期发情处理。

（4）由于改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作），因此蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质。

1．若要利用某目的基因（见图甲）和P1噬菌体载体（见图乙）构建重组DNA（见图丙），限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和Sau3AⅠ（↓GATC）。

下列分析合理的是（　　）

A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

解析　解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。

2．如图表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。

以下说法错误的是

（　　）

A．利用含有四环素的培养基可将含Ⅱ的细菌筛选出来

B．Ⅲ是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植株细胞

C．⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质

D．①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与

解析　⑥是一个mRNA分子，可与多个核糖体结合形成多聚核糖体，由于翻译的模板是同一个mRNA分子，故翻译出的是同一种蛋白质。

3．利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素原。

下列相关叙述中，正确的是（双选）

A．人和大肠杆菌在合成胰岛素原时，转录和翻译的场所是不相同的

B．DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间形成化学键

C．通过检测发现大肠杆菌中没有胰岛素原产生，则可判断重组质粒未导入受体菌

D．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原有较高的生物活性

答案　AB

解析　人细胞内转录的主要场所是细胞核，翻译的场所是核糖体，大肠杆菌的转录和翻译都发生在细胞质中。

磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键可由DNA连接酶催化形成。

大肠杆菌中没有胰岛素