1、小专题二 基因结构与基因工程核心考点整合考点整合一:基因的结构1.原核细胞和真核细胞的基因结构的比较项目原核基因真核基因结构示意图非编码区结构位于编码区的上游和下游，有调控序列作用调控序列能调控遗传信息的表达编码区结构编码区是连续的，无外显子和内含子之分编码区是间隔的，不连续的，分为能编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子作用编码蛋白质外显子编码蛋白质相同点在结构上均有编码区和起调控作用的非编码区；都能储存、传递和表达遗传信息，决定生物性状，且可发生突变；非编码区均位于编码区的上游和下游，有调控序列，能调控遗传信息的表达2.人类基因组的研究(1)人类基因组:是指人体DNA分子所携带的全部遗
2、传信息(2)人的单倍体基因组:由24条双链DNA分子组成(22条常染色体DNA和XY性染色体DNA)(3)人类基因组计划:分析测定人类基因组的核苷酸序列(4)人类基因组计划主要内容:绘制人类基因组的四张图,即遗传图序列图转录图和物理图(5)研究人类基因组的意义 对于各种疾病,尤其是各种遗传病的诊断治疗具有划时代的意义 对于进一步了解基因表达的调控机制细胞的生长分化和个体发育的机制,以及生物的进化等也具有重要的意义特别提示1.非编码区和非编码序列的联系与区别非编码序列包含非编码区,但非编码区不包括真核基因的内含子(非编码序列)对真核细胞基因结构而言,非编码序列包含非编码区和编码区中的内含子对原核
3、细胞基因结构而言,非编码序列即为非编码区特别注意:虽然终止密码子不能编码蛋白质,但由于它位于mRNA上,因此与它对应的脱氧核苷酸序列位于基因的编码区2.基因结构中的相关计算原核细胞基因结构中编码区所含的碱基对数=编码的氨基酸数3真核细胞基因结构中外显子所含的碱基对数=编码的氨基酸数3,而编码区所含的碱基对数不等于外显子所含的碱基对数,还应加上内含子的碱基对数;真核细胞基因结构中外显子数=内含子数+1【典例1】下图为真核生物细胞基因结构示意图,图中属于编码序列的部分和变异后会导致该基因关闭的部分分别是()A.df c B.ceg aC.ceg b D.abdfh a解析 真核细胞基因结构中的非编
4、码区和编码区中的内含子属于非编码序列,编码序列只有编码区中的外显子cega是RNA聚合酶结合位点,一旦变异将不能被RNA聚合酶识别,导致该基因关闭,故B正确答案 B【互动探究1】(2011河南实验中学月考)下列有关基因结构和功能的叙述中,错误的是()A.非编码区是DNA上不具有遗传效应的片段B.核基因和质基因都可以发挥遗传效应C.编码区和非编码区碱基的改变都属于基因突变D.RNA聚合酶结合的位点属于调控遗传信息表达的核苷酸序列 解析 本题主要考查基因的结构与功能,理解“具有遗传效应的片段到底是什么”是解答本题的关键点由基因的定义“基因是具有遗传效应的DNA片段”可知,非编码区属于基因上的结构,
5、因此也具有遗传效应(调控作用),故A错误无论是编码区还是非编码区碱基的改变,都属于基因结构中碱基的改变,因此属于基因突变,故C正确RNA聚合酶结合的位点位于非编码区,因此属于调控遗传信息表达的核苷酸序列,故D也正确答案 A考点整合二:基因工程重点问题辨析1.基因工程的主要理论基础(1)目的基因与运载体有着相同的基本结构四种脱氧核苷酸缩合而成的双螺旋结构,保证了不同生物的DNA分子可以“拼接”到一起;(2)所有生物共用一套密码子,保证了目的基因在不同的宿主细胞内表达出相同的产物2.限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是由磷酸和脱氧核苷酸形成的磷酸二酯键3.获
6、取目的基因的方法比较4.目的基因的“检测”与“表达”的比较目的基因的检测目的基因的表达检测项目目的基因是否已被导入受体细胞目的基因是否完成了转录和翻译过程检测指标检测受体细胞是否表现出标记基因所控制的性状；用含目的基因的DNA探针检测受体细胞中是否含目的基因片段检测受体细胞是否表现出目的基因所控制的性状，或合成了与目的基因对应的产物【典例2】(2010江苏生物，27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶BamHHind EcoRSma识别序列及切割位点GGATC C C CTAGGAAGCT T T TCGAAGAATT
7、CC TTAAGCCCGGG GGGCCC(1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后,分别含有_个游离的磷酸基团(2)若对图中质粒进行改造,插入的Sma酶切位点越多,质粒的热稳定性越_(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用Sma切割,原因是_ 02高Sma会破坏质粒的抗性基因外源DNA中的目的基因(4)与只使用EcoR相比较,使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒外源DNA的优点在于可以防止_(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入_酶(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化DNA连接鉴别和筛选含有目的基
8、因的细胞(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在_的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测蔗糖为唯一含碳营养物质 解析 本题综合考查基因工程的过程及应用(1)质粒是双 链 环 状 DNA 分 子,在 Sma 切 割 前 没 有 游 离 的 磷 酸 基因,Sma作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键,切割产生的DNA片段末端是平末端,因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基因(2)质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定,氢键数量越多,质粒的热稳定性越高,反之则低,DNA分子中A与T之间存在2个氢键,C与G之间存在3个氢键,因此DNA分子中G
9、C碱基对越多,热稳定性就越高,Sma识别CCCGGG序列,并在C和G之间将这段序列切开,也就是质粒中Sma酶切位点越多,GC碱基对越多,热稳定性越高 (3)据图1可知,Sma切割的位点在抗生素抗性基因之中,抗生素抗性基因是标记基因,应尽量避免破坏,据图2可知Sma切割的位点在目的基因之中,破坏了目的基因,所以不能使用Sma切割(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因,在基因表达载体构建时,常形成三种直接方式,其中目的基因与目的基因的连接质粒与质粒的连接是无效的连接,用两种限制酶可避免此类现象 (5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶,连接脱氧核糖和磷酸(6)抗生素抗性基因属于标记基因,供
10、重组DNA的鉴定和选择(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因,将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,应进行目的基因的检测与鉴定,可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白,即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功,因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培养基中培养【互动探究2】转基因抗病香蕉的培育过程如图所示质粒上有Pst Sma、EcoR、Apa等四种限制酶切割位点请回答:(1)构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶_,对_进行切割(2)培养板中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使基因表达载体A中含有_作为标记基因Pst、EcoR含抗病基因的DNA
11、质粒抗卡那霉素基因(3)香蕉组织细胞具有_,因此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株图中依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的_过程全能性脱分化再分化 解析 本题考查基因工程的有关知识,准确地进行“图文”转化,是解答此题的关键(1)从图可看出,只有用PstEcoR这两种酶切割,才能保持抗病基因结构的完整性,所以构建含抗病基因的表达载体A时,应选用限制酶PstEcoR,对含抗病基因的DNA和质粒进行切割(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞,应使表达载体A中含有抗卡那霉素基因,以此作为标记基因 (3)香蕉组织细胞具有全能性,因
12、此,可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株图中和依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化过程 考点整合三:基因治疗与基因诊断 基因治疗是把健康的外源基因导入含有缺陷的细胞中,让健康基因表达出正常的性状,从而达到治疗疾病的目的而基因诊断是用放射性同位素荧光分子等标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的区分二者的关键是看其主要目的:前者主要目的是治疗疾病,后者主要目的是检测疾病【典例3】(2011衡水中学月考)下列不属于基因工程在医药卫生方面应用的是()A.用基因拼接技术培育出含乙肝病毒表面抗原的酵母菌,进而生产出
13、乙肝酵母重组疫苗 B.用含甲型H1N1流感病毒碱基序列的DNA探针,检测发热病人体内是否含甲型H1N1流感病毒 C.用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体细胞,治疗半乳糖血症 D.用基因拼接技术培育出含鸡蛋白基因的酵母菌,然后生产人类需要的卵清蛋白 解析 本题主要考查基因工程在医药卫生方面的应用基因工程在医药卫生方面的应用主要包括生物制药基因诊断基因治疗三方面A中反映的是基因工程在生物制药中的应用;B中反映的是基因工程在基因诊断中的应用;C中反映的是基因工程在基因治疗中的应用;而用含鸡蛋白基因的酵母菌生产卵清蛋白,属于基因工程在食品工业方面的应用 答案 D【互动探究3】(2010安徽理
14、综)2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因,再将该融合基因转入真核生物细胞内,表达出的蛋白质就会带有绿色荧光绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是()A.追踪目的基因在细胞内的复制过程 B.追踪目的基因插入到染色体上的位置 C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构 解析 本题以科技前沿为背景考查基因工程在实践中的应用水母的绿色荧光蛋白的应用,就像同位素示踪法一样,可以借助绿色荧光蛋白来追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布,从而直观地揭示微观世界中物质的运动规律 答
15、案 C 高考链接 1.(2010全国,5)下列叙述符合基因工程概念的是()A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因 B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株 C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株 D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上 解析:基因工程是在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产物所以B为基因工程,而A为动物细胞工程,C为诱变育种,
16、D无人为因素不属于基因工程 答案:B 点拨:本题主要考查基因工程的概念,题目难度适中,考查了学生对概念的理解能力及应用能力,掌握基因工程是在生物体外对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”是解题的关键 2.(2010浙江理综,2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是()A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C.将重组DNA分子导入烟草原生质体 D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析:限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体,烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能用限制性核酸内切酶切割,A项错误;DNA连
17、接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体,B项正确;受体细胞可以是受精卵和体细胞,也可以是去除细胞壁的原生质体,C项正确;目的基因为抗除草剂基因,所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力,筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞,D项正确 答案:A 点拨:本题以培育转基因烟草为载体全面考查综合分析基因工程相关内容的能力难度适中,得分的关键是清楚限制性核酸内切酶是用于DNA的切割 3.(2010江苏生物,18)下列关于转基因植物的叙述,正确的是()A.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中 B.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 C.动物的生长激素基因转入
18、植物后不能表达 D.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性问题 解析:抗除草剂基因导入到油菜的染色体后则可以通过花粉传入环境中;转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫,对昆虫的抗性具有选择作用,所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加;转基因技术打破了生殖隔离,动物的生长激素基因转入植物后可以表达;来源于自然界的目的基因导入植物体后,可能破坏原有的基因结构,具有不确定性,外源基因也可能通过花粉传播,使其他植物成为“超级植物”等,所以转基因技术存在着安全性问题 答案:A 点拨:该题主要考查转基因技术的安全性,属于理解层次解答该题的知识基础是转基因技术的实质转基因植物对环境的影响,以及转基因技术的
19、安全性问题等 4.(2010天津理综,7)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线图中tetR表示四环素抗性基因,ampR表示氨苄青霉素抗性基因,BamH、Hind、Sma直线所示为三种限制酶的酶切位点 据图回答:(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用_限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含_的培养基上进行Hind和BamH氨苄青霉素(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_(填字母代号)A.启动子B.tetRC.复制原点D.ampR(3)过程可采用的操作方法是_(填字母代号)A.农杆菌转化B.大肠杆菌转化C.显微注射D.细胞融合
20、AC(4)过程采用的生物技术是_ (5)对早期胚胎进行切割,经过程可获得多个新个体这利用了细胞的_性(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用_(填字母代号)技术A.核酸分子杂交B.基因序列分析C.抗原抗体杂交D.PCR胚胎移植技术全能C解析:(1)由图示可知:需用Hind和BamH限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因,因酶切后tetR四环素抗性基因结构被破坏而ampR结构完好,故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌(2)启动子是一段特殊的DNA序列,是RNA聚合酶识别和结合的位点,可调控基因的特异性表达(3)过程表示把重组载体导入受体细胞的过程,当受体细胞为动物细胞时,常采用显微注射法 (4)过程表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程,属于胚胎移植技术(5)经过程得到新个体是细胞全能性的体现(6)人乳铁蛋白基因是否成功表达,关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白,可用抗原抗体杂交法检测该蛋白是否存在