1、第十一单元 现代生物科技专题 第38讲 基因工程 考情分析 备考导航考纲解读全国卷五年考题统计最新考纲核心内容基因工程的诞生()基因工程的原理及技术()基因工程的应用()蛋白质工程()1.基因工程的基本工具2.基因工程的基本操作程序及应用3.蛋白质工程的原理及设计流程2018 全国卷 T38；2018 全国卷 T38；2017 全国卷 T38；卷 T38；2017 全国卷 T38；2017 全国卷 T38；2016 全国卷 T40；2015 全国卷 T40；2015 全国卷 T40；2014 全国卷 T40返回导航考点一 基因工程的概念及基本工具 1基因工程的概念项目具体内容别名基因拼接技术或
2、 DNA 重组技术供体提供_原理_操作环境生物体外操作水平_受体表达目的基因结果获得_的新的生物类型和生物产品优点克服_的障碍；_生物性状返回导航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返回导航原核生物特定的核苷酸序列磷酸二酯键黏性平磷酸二酯键黏性受体质粒自我复制限制酶的切割特点标记基因【深挖教材】1为什么不同生物的基因可以拼接起来？返回导航提示：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？
3、返回导航提示：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)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？返回导航提示：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。1五种 DNA 相关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 片段磷酸二酯键重组 DNA 分子DNA 聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代 DNA
4、DNA 解旋酶DNA 分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA 分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸返回导航2.限制酶与 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。返回导航3载体的作用及作为载体的条件(1)作用作为运载工具，将目的基因转移到受体细胞内利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制(2)条件与目的条件目的对受体细胞无害不影响受体细胞正常的生命活动在受体细胞中稳定存在并大量复制目的基因数量可扩增有一个至多个限
5、制酶切割位点以便与外源基因连接具有特殊的标记基因以便于将含有目的基因的受体细胞筛选出来返回导航4.基因工程中操作工具的 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。返回导航(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破
6、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。返回导航1(2016 全国卷)某一质粒载体如图所示，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
7、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：返回导航返回导航(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
8、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_。返回导航解析：本题考查基因工程的工具及相关过程，意在考查考生的理解应用及识图能力。解答本题的关键在于理解抗性基因的作用是用于筛选，未转化的大肠杆菌不含抗性基因，导入环状目的基因的大肠杆菌也不含抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中均不能生存。而重组质粒中的四环素抗性基因被限制酶破坏，据此可区分导入重组质粒和普通质粒的大肠杆菌。返回导航(1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，且含有特殊的标记基因。(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨
9、苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。含有质粒载体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，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。根据题图，用 BamH 切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其 DNA 复制所需原料来自受体细胞。返回导航答案：(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，
10、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)受体细胞返回导航2(2019 德州模拟)下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：返回导航(1)a 代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如_，_(写出两条即可)。(2)若质粒 DNA 分子的切割末端为 TGCGC，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒 DNA 上称为_，其作用是_。返回导航(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A苏云金芽孢杆菌抗虫基
11、因B土壤农杆菌环状 RNA 分子C大肠杆菌的质粒D动物细胞的染色体返回导航解析：(1)a 代表的物质是拟核 DNA 分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状 DNA 分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)质粒 DNA 分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用 DNA 连接酶将它们连接在一起。(3)质粒 DNA 分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组 DNA 进行鉴定和筛选。(4)作为载体必须具备的条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；有多个限制性内切酶切点；有一定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物
12、病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNA 分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNA 和蛋白质，不能被限制性内切酶切割，因此不能用作载体。返回导航答案：(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性(2)CGCGT DNA 连接酶(3)标记基因 供重组 DNA 的鉴定和选择(4)C 返回导航考点二 基因工程的基本操作程序及应用 返回导航返回导航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
13、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()返回导航【深挖教材】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？返回导航提示：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。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
14、，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 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 复制的比较返回导航返回导航PCR技术 DNA复制 相同点 原理 DNA复制(碱基互补配对)原料 四种游离的脱氧核苷酸 条件 模板、ATP、酶、原料、引物等 不同点 解旋方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 场所 体外复制(PCR扩增仪)主要在细胞核内 酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶 结果 在短时间内形成大量 的DNA片段 形成整个DNA分子 2.基因表达
15、载体的构建(1)基因表达载体的组成及作用返回导航(2)基因表达载体的构建过程返回导航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法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 上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的 DNA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 分子返回导航4.目的基因的检测与鉴定返回导航5基因治疗与基因诊断基因治疗基因诊断原理 基因重组及基因表达DNA 分子杂交方法将正常基因导入有基因缺陷
16、的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，以达到治疗的目的制作特定 DNA 探针与病人样品 DNA 混合分析，根据碱基互补配对原则，分析杂交带情况进展 临床实验临床应用返回导航【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止。返回导航1(2019 南昌市一模)科学家提出，将蓝藻中的 ictB 基因导入到水稻细胞内，可以提高水稻的产量。请回答下列相关问题：
17、(1)基因工程最核心的步骤是_，这个过程需要_酶和_酶。(2)若用农杆菌转化法将表达载体导人受体细胞，则必须将 ictB 基因插入农杆菌的_质粒的_内部，再将含有目的基因的农杆菌和水稻愈伤组织混合处理。(3)要检测 ictB 基因是否成功导人水稻愈伤组织细胞，可以用_作为探针，使探针和提取出的水稻愈伤组织基因组DNA 杂交，如果出现_，表明目的基因已经成功导入到水稻愈伤组织。返回导航(4)要确认高产水稻是否培育成功，必须要对培育出的水稻做什么样的检测？_。返回导航解析：(1)基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤，该过程需要限制酶切割目的基因和运载体，还需要 DNA 连接酶将两者连接起来。(2
18、)将目的基因(ictB 基因)导入水稻细胞应该用农杆菌转化法，该过程必须将 ictB 基因插入农杆菌 Ti 质粒中的 TDNA 部位。(3)要检测 ictB基因是否成功导人水稻愈伤组织细胞，可以用放射性同位素(或荧光物质)等标记的目的基因作为探针，与提取出的水稻愈伤组织基因组 DNA杂交，若出现杂交带，说明目的基因已经成功导入到水稻愈伤组织。(4)要确认高产水稻是否培育成功，必须检测水稻产量是否确实提高了。返回导航答案：(1)基因表达载体的构建 限制酶 DNA 连接酶(2)Ti TDNA(3)放射性同位素(或荧光物质)等标记的目的基因 杂交带(4)检测水稻产量是否确实提高了(水稻是否高产)2(
19、2018 全国卷)回答下列问题：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了_(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过 Ca2参与的_方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体 DNA 通常需与_组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体 DNA 导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是_。返回导航(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用_的大肠杆菌作为受体细胞
20、，在蛋白质纯化的过程中应添加_的抑制剂。返回导航解析：(1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中，该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外，还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞，真核生物基因可在原核细胞中表达等。(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用 Ca2参与的转化方法；体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体 DNA 和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。(3)为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞；在蛋白质纯化过程中，为防止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。返回
21、导航答案：(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达(2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶返回导航考点三 蛋白质工程 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。返回导航基因修饰新的蛋白质(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。返回导航蛋白质功能蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列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
22、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返回导航(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。返回导航(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
23、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_。返回导航(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_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。返回导航解析：(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决
24、定，而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关，因此，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)P 基因与 P1 基因的根本区别是碱基序列不同，因此可以通过对 P 基因进行修饰获得 P1 基因，也可以直接合成 P1 基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。返回导航答案：(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
25、转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能返回导航构建知识网络 强化答题语句【建网络图】返回导航填充：_返回导航限制性核酸内切酶基因表达载体的构建 目的基因的检测与鉴定基因治疗【要语强记】1三种工具(1)限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割。(2)DNA 连接酶的作用部位是磷酸二酯键。(3)质粒是常用的载体，它是一种小型的环状 DNA 分子，具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。返回导航2四个步骤(1)目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。(2)基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(3)目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法：导入动物细胞常用显微注射法，导入微生物细胞常用感受态细胞法。(4)目的基因的检测与鉴定方法有分子水平的检测(DNA 分子杂交、分子杂交、抗原抗体杂交)和个体水平的鉴定。返回导航返回导航课时作业 点击进入word.返回导航谢谢观看！