1、第39讲 基因工程 考点一 基因工程的原理及工具1基因工程的基本原理和理论基础概括(如下图)2限制酶选择的注意事项(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。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Pst 和EcoR 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类。所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限
2、制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma 会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，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。清错破疑 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
3、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。角度 基因工程的操作工具1根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割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：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核酸内切酶 切 割，该 酶 必
4、 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：此题考查基因工程应用的相关知识。(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。(2)为使运载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制
5、酶切割产生的末端必须与EcoR 切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，DNA连接酶分为EcoliDNA连接酶和T4 DNA连接酶。(4)以RNA为模板，合成DNA的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA分子，可以使用PCR技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2处理，使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。答案：(1)平末端 黏性末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(3)T4 Ecoli(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR(聚合酶链式反应)(5)动植物病毒
6、 噬菌体(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱2我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。如图为培育转基因水稻过程示意图，请回答问题。(1)在上述工程中，铁结合蛋白基因称为_，获取该基因后常用_技术进行扩增。(2)构建重组Ti质粒时，通常要用同种限制酶分别切割_和_。将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用_处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入。(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培 养 时，通 过 培 养 基 2 的 筛 选 培 养，可 以 获 得_；培养基3与培养基2的区别是_。(4)
7、检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻_。解析：本题中培育转基因水稻的目的是获得铁含量比普通大米高的大米，因此目的基因为铁结合蛋白基因，要大量获得一般采用PCR技术进行扩增。构建重组质粒要用同种限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒。将外植体培养成试管苗的过程要用到不同的培养基，各培养基最明显的差别在于所添加激素的比例不同。答案：(1)目的基因 PCR(2)含目的基因的DNA片段 质粒 CaCl2(3)含有重组质粒的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的浓度比例(4)种子中铁含量1目的基因的获取目前有两种途径：一是直接提取目的基因，如从基因文库中获取。二是人工合成目的基因，常用的方法有化
8、学合成法和反转录法。2基因表达载体的构建考点二 基因工程的操作程序(1)基因表达载体的组成。(2)构建过程。3将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与鉴定5蛋白质工程与基因工程的关系角度一 基因工程的操作程序3请据图回答下列问题：(1)在培育转基因牛过程中，过程常用的方法是_。转基因牛可通过分泌乳汁来生产人类生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的 首 端 必 须 含 有 _，其 作 用 是 能 够 被_识别并结合，从而启动转录过程。(2)prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，最可能是_细胞，代 表 的 细 胞 具 有 _ 和_的特点。(3)在抗虫棉培育过
9、程中，需将抗虫基因(Bt毒蛋白基因)插入到Ti质粒的_上，通过农杆菌的转化作用就可以使抗虫基因进入棉花细胞。要检测抗虫基因是否翻译成Bt毒蛋白，应从抗虫棉中提取蛋白质，并用_方法进行检测。解析：(1)过程是将重组基因表达载体导入受体细胞的过程，将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。在转录过程中，RNA聚合酶识别基因序列上首端的启动子并与之结合后开始转录，故基因的首端要有启动子。(2)浆细胞能分泌特异性抗体，但不能无限增殖，故导入prG的浆细胞既能分泌特异性抗体，又能无限增殖。(3)农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移到受体细胞中并整合到受体细胞的染色体DNA上，故将抗虫基因插入到Ti质粒的T
10、DNA上，通过农杆菌的转化作用就可以使抗虫基因进入棉花细胞。可利用能与抗虫基因表达的蛋白质发生特异性结合的抗体，发生抗原抗体反应，对目的基因表达的产物进行检测。答 案：(1)显 微 注 射 法 启 动 子 RNA 聚 合 酶(2)B(浆)无限增殖 产生特异性抗体(3)TDNA 抗原抗体杂交4质粒是基因工程中最常用的载体，质粒上有标记基因，如图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。如图表示外源基因的插入位置(插入点有a、b、c)。.(1)质粒的基本组成单位是_。(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的_步骤。.
11、设计实验探究外源基因插入的位置。(3)步骤：将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。分组：将细菌平均分成两组并标号为1、2。培养：将第1组细菌放入_中培养，将第2组细菌放入_中培养。观察并记录结果。(4)预测实验结果及结论：若1组、2组均能正常生长，则外源基因插入点是_。若1组能正常生长，2组不能生长，则外源基因插入点是_。若1组不能生长，2组能正常生长，则外源基因插入点是_。解析：(1)质粒是小型环状DNA分子，其基本组成单位是脱氧核苷酸。(2)抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因都属于标记基因，其目的是便于目的基因的检测与鉴定。(3)分别将导入外源基因的细菌放在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的
12、培养基中进行培养，观察能否生长。(4)若目的基因插入a点，则受体细胞既具有抗四环素的能力，又具有抗氨苄青霉素的能力；若目的基因插入b点，则受体细胞只具有抗四环素的能力；若目的基因插入c点，则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的能力。以此可判断目的基因插入的位置。答案：(1)脱氧核苷酸(2)目的基因的检测与鉴定(3)含氨苄青霉素的培养基 含四环素的培养基(4)a c b角度二 基因工程的应用与蛋白质工程5(2015课标全国卷)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
13、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)提取HIV中的RNA，为了获得目的基因，以RNA作为模板，逆转录酶的作用下合成DNA获取该目的基因。(2)抗
14、原注入机体后，会产生抗体，抗体会和抗原发生特异性结合。HIV和抗体能特异性结合，因此可以用于检测受试者血清中的HIV。(3)HIV主要感染和破坏了患者的部分免疫细胞(主要是T细胞、B细胞)，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有监控和清除癌细胞的功能。答案：(1)RNA 逆转录酶 cDNA(或DNA)(2)抗体 抗原抗体特异性结合(其他合理答案也可)(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除6(2015课标全国卷)已知生物体内用一种蛋白质(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
15、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_和_进而确定相对应的脱氧核酸序列，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)由题干信息可知改造蛋白质的功能，可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题
16、中信息可知获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括：DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径：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应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定，看是否达到人们的需求。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可)(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNA DNA、RNA 蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸的序列 功能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。2DNA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。4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。5基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。6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。