2023届新高考生物冲刺复习　基因工程

2023届新高考生物冲刺精品复习

基因工程

1.基因工程的诞生（D

2.基因工程的原理及技术（含PCR技术）（n）

3.基因工程的应用（口）

4.蛋白质工程（I）

考点一基因工程的概念及基本工具

1.基因工程的概念

指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋

予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品

基因工程的别名DNA重组技术

操作环境生物体外

原理基因重组

操作水平DNA分子水平

优势克服远缘杂交不亲和障碍，定向改造生物的遗传性状

目的创造出更符合人们需要的生物类型和生物产品

考点一基因工程的概念及基本工具

2.DNA重组技术的基本工具〃分子手术刀”

(1)限制性核酸内切切点不是一种酶。

KeoBI

①本质：蛋白质。7卜源DNA

乍用:切割

②来源：主要是从J

中轴线切点0末端

③作用：识别双链【图I在特定部位的

两个核昔酸之间的《

④结果：产生黏性，11।：s।।'—||•1+(](![

例：如图所示,EcoRI限制酶识别的碱基序列是一GAATTC—,切割位点在G和

A之间;SmaI限制酶识别的碱基序列是一CCCGGG—,切割位点在C和G之间

说明限制酶具有特异性限制酶为何不切割自身DNA?

身DNA中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

PstISmaIPstI

基因表达载体构建时

限制酶的选择

1|抗病基因

SQfna1E3co\\1

甲乙

①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstI、PstI和EcoRI.

②不能选择切点位于目的基因或标记基因内部的限制酶，如图甲不能选择包吧

③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

的基因和质粒，

如图甲选择用毁两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。

④切割质粒的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。

（也可以是能形成相同黏性末端的不同限制酶）

利用图示质粒和目的基因培育转基因醋化醋杆菌。四环素抗性基因

图中标注了相关限制性核酸内切酶的识别序列

和酶切位点，其中酶切位点相同的酶不重复标注。

0</I

/HEdIII

(1)利用图示质粒和目的基因构建重组质粒,居动部位氨卡忏京索

抗性基因

应选用3也两种限制酶切割。

(G*GATCC)(AUGCIT)

若用Sau3AI■Bell与许多图示质粒混合,UttmWI///ndDI

每个质粒将会有1个或多个位点被切开，最

(T/JrCA)族因Sau3A1

多可能获得」种大小不同的DNA片段。

(*GATC)

若用Sau3AI、Bell充分切割许多图示质粒获得3种大小不同的DNA片段

QCQAATTCCCATQAATTCAA

EcoRIEcoRI

AATTCCATGAATTAA

CGCTTAAGGQTACTTAATT

切点

—II

C

4黏性末端GT.

…

…:

:..

GcAH

T

lllJ

目的基因DNA

叭A连接酸__

一()NA连接酹

质粒

考点一基因工程的概念及基本工具

2.DNA重组技术的基本工具

(2)DNA连接酶〃分子缝合针〃

①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。

②类型功能

类型来源

相同点差别

E・coliDNA连接酶大肠杆菌只能〃缝合〃黏性末端

恢复磷酸二酯键

能〃缝合〃黏性末端和

TDNA连接酶T4噬菌体

4平末端(效率较低)

③DNA连接酶和限制酶的关系"1II"IIT限制酶1rrrrr

GAATrfCGAATTC

CTTAAG连接酶CTTAA+G

i11iii'DNA

名称作用部位底物作用结果

限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段

DNA

DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子

片段

脱氧以单链DNA为模板,将单个脱氧核首

DNA聚合酶

磷酸二酯键I核甘酸酸依次连接到单链末端

DNA（水解）酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核甘酸

解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局吾B解旋为单链

核糖以DNA一条链为模板,将单个核糖核

RNA聚合酶磷酸二酯键

核甘酸甘酸依次连接到单链末端

考点一基因工程的概念及基本工具

2.DNA重组技术的基本工具

鉴别受体细胞中是否含有目的基

(3)载体〃分子运输车〃因，从而将含有目的基因的受体

①载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。细胞筛选出来。

②常用载体：质粒。其他载体：A噬菌体衍生物、动植物病毒等。

③质粒

a.概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有

m我复制能力的很小的双链环状DNA分子。

b.特点：在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行

同步复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊标记基因:供重组DNA的鉴定

四环素抗性基因、

和选择(鉴别并筛选含有目的基因的受体细胞)0

:氨节青霉素抗性基因

0大小适宜，对受体细胞无害

真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。

2.图⑶中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRI、BamHI和Sau3AI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EcoRI、Sau3Al的切点是唯一的)。启动子,EcoRl

*Sau3Al

终止子

——GAATTC一——GCATCC———CATC-复制原点

——CTTAAG————CCTAGG————CTAG

tf1

图(a)抗生素抗性基因

图⑸

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

⑴经BamHI酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3A璃切后的产

物连接，理由是两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

⑶DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有

_E・coliDNA连接酶和T4DNA连接酶其中既能连接黏性末端又能连接平末

端的是TdDNA连接酶。

(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©所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有

甲和丙,不能表达的原因是

甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目

的基因均不能被转录e

启动子,EcoRI

/Sau3Al

复制原点终止子

抗生素抗性基因

图(b)

限制酶的识别序列与切割位点.目的基因要位于启动子和终止子之间

在图所示的质粒PZHZ11(总长为3.6kb,1kb=1000对碱基因)中，lacZ

基因编码B•半乳糖昔酶，后者催化生成的化合物能将白色的大肠杆菌染成蓝色。

।代表切割位点

4

BamHI识另I」序歹小GGATCC

CCTAGG

f

I

BglU识别序列：AGATCT

TCTAGA

t

图1

(1)若先用限制酶BamHI切开pZHZll,然后灭活BamHI酶，再力口DNA连接

酶进行连接，最后将连接物导入足够数量的大肠杆菌细胞中，则含3.1kb质粒的

细胞颜色为且鱼；含3.6kt演粒的细胞颜色为―白色和蓝色Z白色或蓝色o

在图所示的质粒PZHZ11(总长为3.6kb,1kb=1000对碱基因)中,lacZ

基因编码B•半乳糖昔酶，后者催化生成的化合物能将白色的大肠杆菌染成蓝色。

I代表切割位点

4

BamHl识另I］序歹l」：GGATCC

CCTAGG

f

I

Bglll识另IJ序歹I」：AGATCT

TCTAGA

t

图1图2

(2)若将两端分别用限制酶BamHI和BglHI切开的单个目的基因片段置换

pZHZll中0.5kb的BamHI酶切片段，形成4.9kb的重组质粒，则目的基因长

度为18kb。

(3)上述4.9kb的重组质粒有两种形式，若用BamHI和EcoRI联合酶切其中一

种，只能获得1.7kb和3.2kb两种DNA片段；那么联合酶切同等长度的另一种

重组质粒，则可获得L4_kb和巳工kb两种DNA片段。

左图表示Ti质粒，其中Vir区的基因表达是基因工程成功的的必备条件;右图表

示含有LYZ-GFP基因的DNA片段

限制酶HI限制悔I限制酶n

卡那毒素

抗性基因

LYZ-OFP#因

图2

如果LYZ-GFP基因和Ti质粒的大，卜分别为0.6kb和3.6kb（lkb=1000对碱基），

如果用限制酶II切割重组质粒，那么切割后线性片段大小应为C.

A.大于4.2kbB.等于4.2kbC.小于4.2kbD.Okb

严重联合性免疫缺陷症是一种T淋巴细胞缺乏腺苔脱氨酶（ADA）引起的疾病,

通过基因工程的方法将正常ADA基因导入患者细胞中进行治疗。图分别表示正常

ADA基因、金属硫蛋白基因（含有该基因的细胞能在含重金属镉的培养基中生长）

和质粒（总长为3.8kb,lkb=1000对碱基），Qal、XbaI和SacI均为限制酶。

ClaI

为了筛选含有目的基因的受体细胞，需要先将目的基因和标记基因连接形成融合

基因。首先用CLaLXbaI和SacI限制酶切制正常腺正脱氨酶基因与金属

硫蛋白基因，然后用DNA连接酶将它们连接形成融合基因。

严重联合性免疫缺陷症是一种T淋巴细胞缺乏腺昔脱氨酶（ADA）引起的疾病，

通过基因工程的方法将正常ADA基因导入患者细胞中进行治疗。图分别表示正常

ADA基因.金属硫蛋白基因（含有该基因的细胞能在含重金属镉的培养基中生长）

和质粒（总长为3.8kb,lkb=1000对碱基），GaI.XbaI和SacI均为限制酶。

ClaI

正常ADA基因

SacI

XbaI

互属麻蛋白基因’[

ClaI

将上述融合基因与图17中的质粒构建成重组质粒时，应选用的限制酶是0

A.ClaIB.SacI和XbaIC.ClaI和XbaID.ClaI和SacI

若该融合基因长l.9kb,据图分析，此重组质粒大小为5.3kb。

考点二基因工程的基本操作程序

r

&国谑密度欧阻

a

球归雄细田幽包

、O)

&疝僮姆的逊屿维

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取

的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。

/与生物抗逆性相关的基因与优良品质相关的基因

,与生物药物和保健品相关的基因与毒物降解相关的基因

,与工业所需用酶相关的基因……

从基因文库中获取目的基因的基因序列未知

利用PCR技术扩增目的基因

的基因序列已知

一利用mRNA反转录合成

人工合成一二

通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取①基因文库：将含有某利提取mRNA时加入

DNA片段，导入受体菌白RNA酶抑制剂原因:

(1)从基因文库中获取目的基因

体菌分别含有这种生物的防止RNA被降解

-全基因组DNA提取某种生物的某器官

或特定发育时期的mRNA二

二二二二==不同的基因片段

分别与,体连接单链cDNA

I

000000不同的■蛆检

双链cDNA

导入受体苗|扩增、储存

与载体k接

[〜莉载丁"◎◎

导入受体图中储存

cDNA文库3

哪些酶?

基因组文库部分基因文库(如cDNA文库)

•真核生物的基因结构

基因

--------------------------------------

<_「J-I---------------------编码区(转录团—

|।终止子

启动子1・■■，「1内霁广1111DNA

转录

V

未成熟RNA

［剪切加工

cDNA?<------成熟的mRNA

反转录

翻译

无内含子和启动子序v

列的基因序列。(XXXXXXXXXXXXD多肽链

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取

（1）从基因文库中获取目的基因基因组文库和cDNA文库的主要区别

文库类型cDNA文库基因组文库

文库大小小大

基因中启动子（具白启

动作用的DNA片段）无

基因中内含子（位于编码

蛋白质序列的非编码无有

DNA片段）

基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因

物种间的基因交流可以部分基因可以

cDNA文库无启动子.终止子、内含子。

1.为什么cDNA文库的基因数少于基因组文库？

答：cDNA文库中的基因是已转录或已表达的基因，而基因组文库含该种生物

的全部基因。

2.为彳么人质基因组文库中获取的胰岛素基因导入大肠杆菌中没有表达出胰岛素

答：大肠杆菌中无切割内含子转录的对应的核昔酸序列的酶或无剪接系统

工在大肠杆菌中可以生产糖蛋白吗？

答：蛋白质肽链上有的共价结合的糖链是在内质网和高尔基体复合体上加工完

成的，但大肠杆菌不存在这两种细胞器。

4.怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？

根据基因的有关信息：如基因的核音酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、

基因的转录产物mRNA、基因翻译产物蛋白质

核酸杂交法：用带放射性标记的特异DNA作为探针，通过分子杂交与目的基

因结合，产生杂交信号，从基因文库中把目的基因显示出来。

根据表达产物筛选的基因：如通过抗原-抗体杂交检测目的基因的表达产物；

检测表达产物功能活性（若产物是酶，可通过酶促反应来检测）；检测产物

蛋白质的结构和性质（如产物的相对分子质量、肽谱等）。

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取（2）利用PCR技术扩增目的基因

1.概念：PCR全称为多娶酶链式反应.是一项在生物体外复制

特定DNA片段的核酸合成技术

2.原理：PNA双链复制扩增仪

提供原料和供能PCR

模板（目的基因DNA）

原料（4种游离的脱氧核苜酸）dCTP.dATP.dGTP.dTTP

3.条件：＜Taq酶（热稳定DNA聚合酶）特点：耐高温、热稳定性高

引物（人工合成的两条DNA单链片段（引物1,引物2））

I温度控制

4操作前提：要有一段已知目的基因的核音酸序列，以便根据这一序列合成引物。

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取(2)利用PCR技术扩增目的基因

5.过程：

a.变性加热至90~95(,

目的基因DNA双链受热解链为单链

b・复性冷却至55~60℃,

弓|物与DNA单链相应互补序列结合

c.延伸：加热至70。075(

Taq酶从引物起始进行互补链的合成

6.结果：在短时间内大量扩增的基因

7.方式：指数形式扩增(2n,n为扩增循环的次数)

8.引物：扩增一次需要引物2个2n+1-2

9.子链延伸方向：沿5'一岁延伸

在DNA复制中引物所起的作用是

突变的APP基因

若所用引物为II和川进行扩增可以获得

种序列不同的产物；

若用引物I和W可以获得…5，3'

的产物。IV

3'5'

使DNA聚合酶能够从引物的引端5'3'

开始连接脱氧核昔酸（作为复制的3小5,

起点）

5'3'

2I3,1V5,

5二二:

IV

经过2次扩增循环可以3'5'

获取目的基因。

5"3'

考点二基因工程的基本操作程序

1.目的基因的获取

(3)人工合成

①前提条件：核昔酸序列已知，基因比较小。

②方法

a.反转录法：目的基因的mRNA单链DNA一一＞双链DNA合成仪

DNA(的基因)

b.化学合成法：通过DNA合成仪直接人工合成

考点二基因工程的基本操作程序

2.基因表达载体的构建——基因工程的核心

⑴目的

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时,

使目的基因能够表达和发挥作用。

(2)基因表达载体的构建过程［思考］:会有哪几种重组的结果出现？

目的基因(人胰岛2

素原基因)

DNA连接酶连接目的基因和质粒b.质粒自连接。

c.的基因与质粒正常连接。

的基因与质粒反向连接

考点二基因工程的基本操作程序

2.基因表达载体的构建——基因工程的核心

(3)组成复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因

启动子、终止子的来源？

位置：基因的首端

功能：是RNA聚合酶目的基因

识别和结合的部位，

驱动基因的转录。

终止位置：基因的尾端

字功能：RNA聚合酶脱离

复制原点部位，终止转录。

是DNA复制的起始位点,

可驱动目的基因的复制。鉴定受体细胞中是否含有目的基

(如：器需基因:融麒将含有目的基因的细胞

•启动子.终止子和起始密码子.终止密码子的比较

基因

，非编码区一、1,____________E-~非编码区）

骊华凶（将不凶/

终止子DNA

启动子1外显♦」内含,______________1__LJ___L

RNA聚合酶终止子：

启动子：

转录①终止转录的位点。

①启动转录的位点；

②RNA聚合酶与其未成熟

识别并结合。RNA

核糖能剪切加工

起始密码子:巾黑成熟的mRNA终止密码子：

然||,密、妈子

①起始翻译的①终止翻译的位点;

二个碱基.翻译②不编码氨基酸。

面编码氨套酸。

OCXXXXDOCXXXXX）多肽链

考点二基因工程的基本操作程序

重组DNA

3.将目的基因导入受体细胞

转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内

维持稳定和表达的过程。重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞

f农杆菌转化法（双子叶和裸子植物）,「/

「植物细胞［基因枪法（单子叶植物，成本较高）

花粉管通道法将目的基因通过花粉管通道导入受体细胞，十分简便经济

动物细胞——显微注射技术

'微生物细胞Ca2+处理法

考点二基因工程的基本操作程序受到损伤时,伤口处的细胞分泌

3._将__目__的___基__因__导__入__受__体细胞（1）将目的基因导入

农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物，酚类加合物蠹源热躲

对大多数单子叶植物没有感染能力

①②导入植物细胞

构建表达我体转入农杆菌

T-DNA携带外源含目的基因的含重组Ti质粒的农杆菌植物细胞

基因的DNA重组Ti质粒表现出新性状的植株

农杆菌的特点或者转化法原理：目的基因随农杆菌中Ti质粒上的厂

DNA转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。

农杆菌转化法是将目的基因插入到Ti质粒的三处!四上，通过农杆菌的转化作用，

就可以便目的基因进入植物细胞，并将目的基因插入到植物细胞染色体的DNR上

考点二基因工程的基本操作程序

3.将目的基因导入受体细胞

二二ZI的基因导入动物细胞

将含有目的基因的表达载体提纯

体外受精或者

取卵（受精卵）显微注射仪

体内受精

获得转基因动物时，通常选择受精卵做受体

细胞的原因？

显微注射a

提示受精卵全能性r^jI可使目的基因在相

应的组织细胞内表达。

受精卵发育，获得具有新性状的动物

考点二基因工程的基本操作程序

3.将目的基因导入受体细胞■组DNA

（3）将目的基因导入微生物细胞

①微生物作受体细胞原因：重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少

②常用菌：大肠杆菌

③常用法：Ca2+处理获得感受态细胞（细胞处于一种能吸收周围环境中

DNA分子的生理状态）（改变细胞壁的通透性）

④过程：

EH大重组表达载体

噩.罂ALTffl逑一嚅?一分子溶于缓冲D液NA与一繇f鬻手

大肠杆国细胞感受态细胞混合吸收DNA

完成转化过程

考点二基因工程的基本操作程序

4.目的基因的检测与鉴定

目的：检测目的基因进入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性。

检测（分子水平）鉴定（个体生物学水平）

的基因DNAI的基因是否转的基因是否

是否插入录出了mRNA翻译成蛋白质抗虫或抗病接种实验

分子杂交抗原-抗体杂交是否有抗性以及

DNA分子杂交技术

技术技术抗性的程度

活性比较

是否出现杂交带

考点二基因工程的基本操作程序

4.目的基因的检测与鉴定(1)DNA分子杂交技术

O

②操作：用带有放射性同位素标记的目的基因的DNA片段作为探针与基因组

DNA杂交。

③原理：碱基互补配对原则。

④结果：如果出现杂交带，表明目的基因已插入染色体DNA中。

13s4LE9片双

叁过年针

耶耳的基因片/tX/tSZGTACAOCGTAxzxz

次就给Jty死

\yxAz\z

1

肛妁鼻间片a\/XZ\//X八/

&fc姑”\X\/叁B)h叶

目的基因的检测

示意告

考点二基因工程的基本操作程序

4.目的基因的检测与鉴定(2)分子杂交技术

①目的：检测目的基因是否转录出了虫处也。

②操作：用带有放射性同位素标记的目的基因的DNA片段作为探针与提取的

mRNA杂交。

③原理：碱基互补配对原则。

④结果：如果出现杂交带，表明目的基因已转录出了mRNA。

I3S4LE）后我

叁ELM4t

耶耳的基因片双X/tSZGTACAOCGTAxzxz

次就给Jty死

\yxAz\z

I

肛妁鼻间片a\/XZ\//X八/

\x\/叁回玩什

的基因的检测

示意

考点二基因工程的基本操作程序

4.目的基因的检测与鉴定(3)抗原■抗体杂交技术

②掾作：从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原-抗体杂交C

③原理：抗原与抗体的特异性识别。

④结果：如果出现杂交带，表明目的基因已表达出蛋白质。

慎物胭网

某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tet「中会导致相应的基因失活

（Ampr表示氨莘青霉素抗性基因,Tet,表示四环素抗性基因）.有人将此质粒载

体用BamHI酶切后,与用BamHI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杆菌.回答下列问题：

启动子

（1）质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条

件有能自我复制、具有标记基因/rAmPr、、吵1H工

（答出两点即可）。而作为基因表达载体，除满足上Tef

复制原点

述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tet「中会导致相应的基因失活

(Ampr表示氨莘青霉素抗性基因，Tet「表示四环素抗性基因).有人将此质粒载

体用BamHI酶切后，与用BamHI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

(2)如果用含有氨茉青霉素的培养基进行筛选，在上述利问咚0矍

四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因々一、\

的细胞是不能区分的，其原因是//-Ampr勿卜

二者均不令有氨节青霍素抗性基因,________■

在该培养基上均不生长。__________；并且』复制原点77

一含有质粒载体和含有重组质粒

的细胞也是不能区分的，其原因是：

二者均含有氨萃青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长。