届高三生物一轮复习 第1讲 基因工程讲义 新人教版选修3doc.docx

1、届高三生物一轮复习 第1讲 基因工程讲义 新人教版选修3doc2019届高三生物一轮复习 第1讲 基因工程讲义 新人教版选修31基因工程的概念及优点(1)概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。(2)优点与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。与诱变育种相比：定向改造生物的遗传性状。2基因工程的基本工具(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，并切开特定两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生黏性末端或

2、平末端。(2)DNA连接酶(3)载体常用载体质粒有一个至多个限制酶切割位点有特殊的标记基因其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。(1)切割目的基因和载体时用同一种限制酶的目的是产生相同的黏性末端。(2)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。1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；CCAGG以A为轴，两侧碱基互补对称。(2)切割后末端的种类2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

3、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。3载体的作用(1)目的目的基因稳定存在且数量可扩大。可携带多个或多种外源基因。便于重组DNA的鉴定和选择。(2)作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。(3)利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。视角 1 结合基因工程的过程考查三种操作工具1(2016全国丙卷)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)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。图(a)图(b)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经

4、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_。图(c)(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_。【解析】 (1)由题图可知，BamH 和Sau3A 两种限制性内切酶的共同识别序列是GATCCTAG，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH 酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接。(2)

5、在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E.coliDNA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。【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，二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案可酌情给分)(3)E.coliDNA连接

6、酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶(其他合理答案可酌情给分)2(2012新课标全国卷)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性内切酶切割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 GCTTAA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)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量反转录产物，常采用_技术。(5)基因工程中除质粒外，_和_也可

7、作为运载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_。【解析】 限制性内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoR之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。反转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量反转录产物时常用PCR扩增技术。基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)

8、。【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)大肠杆菌 T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱几种酶的比较比较项目限制酶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DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键形成产物有黏性末端或平末端的DNA片段形成重组DNA分子新的DNA分子形成单链DNA考点二| 基因工程的操作程序及应用1基因工程的操作程序(1)目的基因的获取目的基因：主要指编码蛋白质的基

9、因，也可以是一些具调控作用的因子。方法通过DNA合成仪用化学方法人工合成(2)基因表达载体的构建基因工程的核心目的：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。基因表达载体的组成 构建过程(3)将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。常用方法(连线)：受体细胞 导入方法a.农杆菌转化法b.显微注射法植物细胞 d.感受态细胞法（Ca2处理法）微生物细胞 e花粉管通道法【提示】 b a、c、e d(4)目的基因的检测与鉴定方法检测或鉴定目的水平DNA分子杂交技术检测目的基因的有无分子水平分子杂交技术目的基

10、因是否转录抗原抗体杂交目的基因是否翻译抗虫或抗病接种实验是否具有抗虫抗病特性个体水平2.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，使其表达产物发挥作用，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗1基因表达载体的构建过程(1)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，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。(2)基因表达载体

11、的构建在体外进行。(3)常见的标记基因有：固氮基因、抗生素抗性基因、色素基因等，其作用是鉴定和筛选含目的基因的受体细胞。2将目的基因导入受体细胞的转化过程生物种类植物细胞动物细胞微生物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.目的基因的检测与鉴定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

12、三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。3农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。4乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度

13、等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取视角 1 基因工程的原理及应用1(2014海南高考)下图是将某细菌的基因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种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(

14、3)由A和载体B拼接形成的C通常称为_。(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，形成重组DNA(基因表达载体)。(4)在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

15、利于其吸收重组DNA分子。【答案】 (1)逆转录 DNA聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸(2)引物 模板DNA (重组载体或基因表达载体)(3)重组DNA(4)提高受体细胞的转化率视角 2 基因工程与胚胎工程、胚胎工程等综合考查2(2017山东济宁一模)图示方案为人们获得生物新品种的过程，请回答下列问题：方案：抗冻蛋白基因导入烟草细胞抗冻烟草方案：A基因导入免疫过的B细胞体外培养单克隆抗体方案：人的生长激素基因导入牛的受精卵早期胚胎移植受体母牛转基因牛(1)基因工程的核心步骤是_。农杆菌转化法中，根据农杆菌的特点，如果将抗冻蛋白基因插入_上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并将其

16、插入植物细胞中_上。(2)推测方案中A基因所起的作用是_，请写出该方案获得的细胞中遗传信息传递时所遵循的法则_。(3)方案中的转基因牛可以通过分泌乳汁来生产人的生长激素。这需要将人的生长激素基因与_的启动子等调控组件重组在一起。该方案中的早期胚胎在移植入受体母牛子宫之前，必须进行性别鉴定，一般是取处于_时期的_细胞进行检测。【解析】 (1)基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。农杆菌转化法中，将抗冻蛋白基因插入Ti质粒的TDNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因插入植物细胞中染色体DNA上。(2)方案中将A基因导入免疫过的B淋巴细胞生产单克隆抗体，说明A基因使得细胞无限增殖，即A基因

17、能够调控细胞无限增殖，该基因在受体细胞中能够复制、转录和翻译。(3)方案中将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，使得转基因牛可以通过分泌乳汁来生产人的生长激素。囊胚中的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞发育成胎盘和胎膜，将早期胚胎移植入受体母牛子宫之前，一般取处于囊胚时期的滋养层细胞进行性别检测。【答案】 (1)基因表达载体的构建 Ti质粒的TDNA 染色体DNA(2)调控细胞无限增殖(3)乳腺蛋白基因 囊胚 滋养层考点三| 蛋白质工程1蛋白质工程(1)流程图写出流程图中字母代表的含义：A转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。(2)结果：改造

18、了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(3)应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。2蛋白质工程与基因工程的比较(1)区别项目蛋白质工程基因工程过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获取目的基因基因表达载体的构建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和生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质(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。视角 综合考查蛋白

19、质工程的原理及应用(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，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过

20、_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。【解析】 (1)从题中所述资料可知，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后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如下图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，

21、最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是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合成DNA表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。【答案】 (1)氨基酸序列(或结构)(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能真题验收| 感悟高考 淬炼考能1(2016全国乙卷)某一质粒

22、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)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行

23、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_。【解析】 (1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；等等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，

24、其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。【答案】 (1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)(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(或答含有重组质

25、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2(2015全国卷)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_的作用下合成_，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染

26、和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。【解析】 (1)HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA(或DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下，机体进行体液免疫，由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白)，由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4)癌细胞在机体中属于抗原，人体的免

27、疫系统能够监控和清除癌细胞。【答案】 (1)RNA 逆转录酶 cDNA(或DNA) (2)抗体 抗原抗体特异性结合 (3)T(或T淋巴) (4)监控和清除3(2014全国卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。【解析】 (1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因