2019 2020高中新创新一轮复习生物通用版课件选修3 第1讲 基因工程

1、选修3 现代生物科技专题 01 突破点(一) 基因工程的操作工具 第1讲 基因工程 02 突破点(二) 基因工程的基本操作程序 04 课堂小结握主干 05 课后检测查漏补缺 03 突破点(三) 蛋白质工程 01 01 突破点(一) 基因工程的操作工具 完成情况 基础回顾 01 (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

2、。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。 完成情况典题领悟 0 2 解析 (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

3、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 _ 。 (2016全国卷全国卷)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

4、杆菌。回答下列问题： 解析 完成情况归纳拓展 0 3 1与 DNA 有关的酶的比较 形成单链 DNA 新的 DNA分子 形成重组 DNA分子 黏性末端 或平末端 形成 产物 碱基对 间的氢键 磷酸 二酯键 磷酸 二酯键 磷酸 二酯键 作用 部位 DNA分子 脱氧 核苷酸 DNA 分子片段 DNA分子 作用 底物 解旋酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 限制酶 比较 项目 2.载体上标记基因的标记原理载体上标记基因的标记原理 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。 目的 基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。 当含有 抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后， 抗性基因在受体细 胞内表达，使

5、受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细 胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的 受体细胞，原理如图所示： 1限制性核酸内切酶 Mun 和限制性核酸内切酶 EcoR的识 别序列及切割位点分别是 C AATTG 和GAATTC 。 如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为限制性 核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适 于作为图示目的基因载体的质粒是 ( ) 完成情况过关训练 0 4 解析：由图可知，质粒 B 上无标记基因，不适合作为载体； 质粒 C 和 D 的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位 点；只有质粒 A 上既有标记基因，且 EcoR的切割位点不 在标记

6、基因上。 答案：A 2(2016全国卷 )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)。 GAATTC GGATCC GATC CTTAAG CCTAGG CTAG 图(a) 图(b) 根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 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 _。 解析 (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

7、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 02 02 突破点(二) 基因工程的基本操作程序 完成情况 基础回顾 01 1PCR 技术的原理和反应过程 (1)PCR 原理 原理，即： 双链 DNA 加热，双螺旋结构解体 缓慢冷却，分离的 DNA链重新结合 单链 DNA DNA 复制 (2)PCR 反应过程反应过程 过程 说明 图解 变性 温度上升到 左 右，双链 DNA 解聚为 单链 复性 温度下降到 左 右， 两种引物通过碱基 互补配对

8、与两条单链 DNA 结合 温度上升到72 左 右，Taq 酶从引物起始 合成互补链， 可使新链 由 5端向 3端延伸 90 55 延伸 (3)结果结果：上述三步反应完成后，一个 DNA 分子就变 成了 个 DNA 分子，随着重复次数的增多， DNA 分子 以 的形式增加。PCR 的反应过程都是在 中完成的。 两 2n PCR 扩增仪 2基因工程的基本操作程序 (1)获取目的基因的方法 从 中获取；利用 技术扩增；通过化 学方法人工合成。 基因文库 PCR (2)基因表达载体的组成基因表达载体的组成 目的基因 能够控制特定性状 启动子 _识别和结合的部位，驱动基因转录 终止子 RNA聚合酶脱离部

9、位，终止转录 标记基因 鉴别受体细胞中是否含有目的基因 RNA聚合酶 (3)目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法 受体细胞类型 方法 植物细胞 _、基因枪法、花粉管通道法 动物细胞 _(注射到受精卵内) 微生物细胞 感受态细胞法(Ca 2处理法) 农杆菌转化法 显微注射法 (4)目的基因检测与鉴定的方法目的基因检测与鉴定的方法 完成情况 典题领悟 0 2 (2017全国卷)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁 质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入 植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题： (1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶 的 mR

10、NA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因 是_ 。提取 RNA 时，提取液中 需添加 RNA 酶抑制剂，其目的是 _。 (2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA，其原理是_。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体 而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_ (答出两点即可)。 (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时， DNA 连接酶催化形 成的化学键是_ 。 (5)若获得的转基因植株 (几丁质酶基因已经整合到植物的基 因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其 可能的原因是_ 。 解析 完成情况归纳拓展 0 3 1四种获取目的基因方法的比较 从基因文库中获取

11、 人工合成 方法 从基因组文 库中获取 从部分基因文库，如 cDNA 文库中获取 化学 合成法 反转 录法 过程 2选择限制酶的两个依据选择限制酶的两个依据 选择依据 内容 根据目的 基因两端 的限制酶 切割位点 确定限制 酶的种类 应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，不能 选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲可 选择Pst，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 也有这两种酶的切割位点 ) 选择依据 内容 根据质粒 的特点确 定限制酶 的种类 切割质粒和目的

12、基因的限制酶一致，以确保产生相 同的黏性末端； 质粒上有标记基因等，所选限制酶尽量不要破坏这 些结构。如图乙中选Sma会破坏标记基因； 如果所选限制酶的切割位点不只一个，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 完成情况过关训练 0 4 1(2014重庆高考 )如图为利用基因工程培育抗虫植物的示意 图。以下相关叙述，正确的是 ( ) A的构建需要限制性核酸内切酶和 DNA 聚合酶参与 B侵染植物细胞后，重组 Ti 质粒整合到的染色体上 C的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状 D只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 解

13、析 2(2016天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值， 只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA) 的两条途径。 (1)为获取 HSA 基因，首先需采集人的血液，提取 _合 成总 cDNA， 然后以 cDNA 为模板， 使用 PCR 技术扩增 HSA 基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方 向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。 解析 (2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞 内特异表达 rHSA 的载体，需要选择的启动子是 _ (填写字母，单选 )。 A人血细胞启动子 B水稻胚乳细胞启动子 C大肠杆菌启动子 D

14、农杆菌启动子 (3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中， 需添加酚类物质， 其目的是_ 。 (4)人体合成的初始 HSA 多肽， 需要经过膜系统加工形成正确 空间结构才有活性。与途径相比，选择途径获取rHSA 的优势是_ 。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值，须确认 rHSA 与_的生 物学功能一致。 解析 03 03 突破点(三) 蛋白质工程 完成情况 基础回顾 01 (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

15、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。 解析 完成情况 典题领悟 0 2 完成情况归纳拓

16、展 0 3 蛋白质工程与基因工程的比较 基因工程 蛋白质工程 蛋白质工程是在基因工程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 联 系 只能生产自然界已有的 蛋白质 可生产自然界没有的蛋白 质 结果 定向改造生物的遗传特 性，以获得人类所需的 类型或生物产品 定向改造或生产人类所需 的蛋白质 实质 获取目的基因构建基 因表达载体将目的基 因导入受体细胞目的 基因的检测与鉴定 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 过程 区 别 1(2013广东高考)从某海洋动物中获得一基因， 其表达产物为 一种抗

17、菌性和溶血性均较强的多肽 P1。 目前在 P1 的基础上 研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是 ( ) A合成编码目的肽的 DNA 片段 B构建含目的肽 DNA 片段的表达载体 C依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽 D筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 完成情况过关训练 0 4 解析：该基因的表达产物多肽 P1 的抗菌性和溶血性均很强， 要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1 的 氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA 片段。 答案：C 2胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会 堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的 胰岛素又容易分

18、解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白 质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题： (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的 胰岛素模型的主要依据是 _ 。 (2)通过 DNA 合成而形成的新基因应与 _结合后转移 到_中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 _、_和发酵工程。 (4)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的合成的基本思 路是_ 。 解析 3(2018大庆质检 )镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病， 患者的血红蛋白分子 -肽链第 6 位氨基酸谷氨酸被缬氨酸 代替，导致功能异常。回答下列问题： (1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红 蛋白基因的_序列发生改变。 (2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中， 可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。 此操作 _(填“属于”或“不属于” )蛋白质工程，理由 是该操作_ 。 (3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞 中的_，以其作为模板，在 _酶的作用下反 转录合成 cDNA。 cDNA 与载体需在限制酶和 _酶的 作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。 (4)检测受体菌