【生物】2018届人教版一轮复习专题10-1基因工程学案

【生物】2018届人教版一轮复习专题10-1基因工程学案

‎1.基因工程的诞生(Ⅰ)。‎ ‎2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。‎ ‎3.基因工程的应用(Ⅱ)。‎ ‎4.蛋白质工程(Ⅰ)。‎ ‎ ‎ 一、基因工程的操作工具 ‎1．基因工程的概念 ‎(1)供体：提供目的基因。‎ ‎(2)操作环境：体外。‎ ‎(3)操作水平：分子水平。‎ ‎(4)原理：基因重组。‎ ‎(5)受体：表达目的基因。‎ ‎(6)本质：性状在受体体内的表达。‎ ‎(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。‎ ‎2．DNA重组技术的基本工具 ‎(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)‎ ‎①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。‎ ‎②作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。‎ ‎③结果：产生黏性末端或平末端。‎ ‎④下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间；说明限制酶具有专一性。‎ ‎(2)DNA连接酶 ‎①种类：按来源可分为E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。‎ ‎②作用：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。‎ ‎③DNA连接酶和限制酶的关系 ‎(3)载体 ‎①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。‎ ‎②质粒的特点 二、基因工程的操作过程与应用及蛋白质工程 ‎1．基因工程的操作过程与应用 ‎(1)基因工程的操作步骤 ‎①— ‎　‎ ‎②—组成 ‎　‎ ‎③—方法 ‎　‎ ‎④ ‎(2)实例分析——抗虫棉的培育 ‎①图示：‎ ‎②分析：从图中可以看出，目的基因是Bt毒蛋白基因，使用的载体是Ti质粒，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法，请写出两种检测目的基因是否表达的方法：抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。‎ ‎(3)基因工程的应用：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。‎ ‎(4)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 ‎(5)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(疾病)‎ 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 ‎2.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。‎ 高频考点一　限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用 例1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)‎ A.①②③④ B.①②④③‎ C.①④②③ D.①④③②‎ ‎【答案】C 解开螺旋，为复制或转录提供模板。zx学x科k网 ‎【变式探究】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 ‎【答案】D ‎【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。zx学x科k网 高频考点二　载体的作用及特点分析 例3.下列关于载体的叙述中，错误的是(　　)‎ A.载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子 B.对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点 C.目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒 D.载体具有某些标记基因，便于对其进行切割 ‎【答案】D ‎【变式探究】如图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是(　　)‎ A.HindⅢ B.EcoRⅠ C.EcoB D.PstⅠ ‎【答案】C ‎【解析】A处有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用A～D中的EcoB切割时，才能让目的基因插入到A处。‎ 高频考点三　目的基因的获取及基因表达载体的构建 例3.如图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。据图分析，下列叙述正确的是(　　)‎ A.过程①需要DNA连接酶 B.过程②需要限制性核酸内切酶 C.目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的 D.若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同 ‎【答案】C ‎【解析】题图所示为化学方法合成目的基因的过程。①②过程依赖碱基互补配对原则进行。质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。zx学x科k网 ‎【变式探究】下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是(　　)‎ A.图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物 B.图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶 C.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列 D.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来 ‎【答案】D 具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割，C错误；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。‎ 高频考点四　基因工程的操作及应用实例分析 例4.下面图1为某植物育种流程，图2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。下列相关叙述错误的是(　　)‎ A.图1子代Ⅰ与原种保持遗传稳定性，子代Ⅱ和子代Ⅲ选育原理相同 B.图1子代Ⅲ选育显性性状需自交多代，子代Ⅴ可能发生基因突变和染色体变异 C.图2中①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与 D.图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质 ‎【答案】D C正确；图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多个同种蛋白质分子，D错误。zx学x科k网 高频考点五　蛋白质工程概念和过程的辨析 例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)‎ 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。zx学x科k网 高频考点六 基因工程的操作工具 例6、图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp Ⅰ、BamH Ⅰ、Mbo Ⅰ、Sma Ⅰ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题。‎ ‎(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由__________连接。‎ ‎(2)若用限制酶Sma Ⅰ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为__________________________________。‎ ‎(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma Ⅰ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。‎ ‎(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是______________。‎ 用BamH Ⅰ进行切割。zx学x科k网 ‎【答案】(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖 ‎(2)平　537 bp、790 bp、661 bp ‎(3)4‎ ‎(4)BamH Ⅰ　抗生素B　同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接 ‎【变式探究】下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：‎ ‎(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用________两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于________态的大肠杆菌。‎ ‎(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________。‎ ‎(3)若BamH Ⅰ酶切的DNA末端与Bcl Ⅰ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为________，对于该部位，这两种酶________(填“都能”、“都不能”或“只有一种能”)切开。‎ ‎(4)若用Sau‎3A Ⅰ切图1质粒最多可能获得________种大小不同的DNA片段。‎ ‎ ，由于两种酶均不能识别该部位的碱基对序列，所用两种酶都不能切开该部位。(4)根据Bcl Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau‎3A Ⅰ的酶切位点，Sau‎3A Ⅰ在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，所以用Sau‎3A Ⅰ切质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。zx学x科k网 ‎【答案】(1)Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ　DNA连接　感受 ‎(2)四环素　引物甲和引物丙 ‎(3)　都不能　(4)7‎ ‎ 高频考点七 基因工程的操作过程与应用 例7．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：‎ ‎(1)cDNA文库属于________基因文库，其构建方法是：用某种生物发育的某个时期的________反转录产生的cDNA片段，与________连接后储存在一个受体菌群中。‎ ‎(2)切割DNA分子的工具是________，它能使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的________断开，形成黏性末端或平末端。‎ ‎(3)基因工程中所使用的DNA连接酶有两类。既可以“缝合”黏性末端，又可以“缝合”平末端的是________DNA连接酶。‎ ‎(4)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是________；如果受体细胞是大肠杆菌，需要用________处理细胞，使之成为感受态细胞，才能吸收DNA分子。‎ 感受态细胞，才能吸收DNA分子。zx学x科k网 ‎【答案】(1)部分　mRNA　载体 ‎(2)限制性核酸内切酶　磷酸二酯键 ‎(3)T4‎ ‎(4)农杆菌转化法　Ca2＋‎ ‎【变式探究】如图是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图。请回答：‎ ‎(1)A→B利用的技术称为________，其中②过程需要热稳定的________酶才能完成。‎ ‎(2)图中将目的基因导入棉花细胞需要经过C过程，该过程为构建________，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在且可以遗传给下一代，并能表达。‎ ‎(3)上述流程示意图中，将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是________法，该方法一般________(填“适宜”或“不适宜”)用于将目的基因导入单子叶植物。‎ ‎(4)从F→G的过程利用的主要技术为________，欲确定抗虫基因在G体内是否表达，在个体水平上需要做________实验。如果抗虫基因导入成功，且与某条染色体的DNA整合起来，该转基因抗虫棉可视为杂合子，将该转基因抗虫棉自交一代，预计后代中抗虫植株占________。‎ 中抗虫植株A_和非抗虫植株00分别占3/4、1/4。‎ ‎【答案】(1)PCR　Taq DNA聚合　(2)基因表达载体 ‎(3)农杆菌转化　不适宜　(4)植物组织培养　抗虫接种　3/4‎ 高频考点八 基因工程的应用及蛋白质工程 例8．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，如果将其分子上的一个半胱氨酸转变成丝氨酸，就可在－‎70 ℃‎条件下保存半年，请根据以上信息回答下列问题：‎ ‎(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”。写出下列方框中相应的实验步骤。‎ A．____________________；B.____________________；‎ C．____________________；D.____________________。‎ ‎(2)基因工程与蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产__________的蛋白质，不一定符合__________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作为基础，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时，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是应该通过对基因的操作来实现？_____________，‎ 原因是________________。‎ ‎【解析】本题综合考查了蛋白质工程与基因工程的异同，并考查了蛋白质工程的原理及其在生产实践中的应用。蛋白质工程是研究蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程则是按照相反的思路进行的，其基本流程是预期蛋白质的功能→设计蛋白质的三维结构→推测应有的氨基酸序列→合成相应的脱氧核苷酸序列→创造出需要的蛋白质。zx学x科k网 ‎【答案】(1)预期蛋白质的功能　蛋白质的三维结构　应有的氨基酸序列　相应的脱氧核苷酸序列(基因)　(2)自然界已存在　人类生产和生活的　基因修饰　基因合成　改造　(3)空间(或高级)　(4)应该通过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，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去；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也无法遗传。其次，对基因进行改造比直接对蛋白质进行改造要容易操作，难度要小得多 ‎【变式探究】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________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。‎ 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，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。zx学x科k网 ‎【答案】(1)氨基酸序列(或结构)‎ ‎(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)‎ ‎(3)设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能