【配套K12】[学习]2019版高考生物一轮复习 第12单元 现代生物科技专题 第36讲 基因工程学

第36讲基因工程考试说明 1.基因工程的诞生(Ⅰ)。

2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)。

3.基因工程的应用(Ⅱ)。

4.蛋白质工程(Ⅰ)。

5.DNA的粗提取与鉴定(实验与探究能力)。

点一基因工程的概念及基本工具1.基因工程的概念(1)手段:按照,进行严格的设计,通过体外和等技术,赋予生物以新的遗传特性。

(2)目的:创造出更符合人们需要的新的和。

(3)水平: 水平。

2.基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶①来源:主要从中分离纯化而来。

②作用:识别双链DNA分子的某种序列,使的两个核苷酸之间的断裂。

③结果:产生末端或末端。

(2)DNA连接酶(3)载体①条件:能自我复制、有一个至多个切割位点、有特殊的。

②常用载体——。

③其他载体:λ噬菌体的衍生物、等。

1.限制酶和DNA连接酶的关系图12-36-1(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。

2.DNA相关六种酶的比较1.如图12-36-2为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题:图12-36-2(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①,②(写出两条即可)。

(2)若质粒DNA分子的切割末端为—A—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分子上称为,其作用是。

(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2.[2017·上海宝山区二模]分析有关基因工程的资料,回答问题。

如图12-36-3为构建某重组质粒的过程示意图。

lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X-gal,从而使菌落显现出蓝色,若无该基因,菌落则成白色。

图中甲~戊DNA片段只注明了黏性末端处的碱基种类,其他碱基的种类未作注明。

图12-36-3(1)若酶M特异性识别的DNA碱基序列是,则酶N特异性识别的DNA碱基序列是。

(2)过程②是将所有片段混合在一起,用酶拼接可得到不同的重组DNA。

(3)如果只考虑2个片段的组合,那么甲、乙、丁三个片段中能够形成环状DNA的片段组合是(多选)。

A.甲和乙B.甲和甲C.甲和丁D.乙和乙E.乙和丁F.丁和丁(4)为了筛选含重组质粒的受体菌,应在通用培养基中额外加入,培养一段时间,挑选出色的菌落进一步培养。

原来质粒中,限制酶M和N的酶切位点。

A.M位于青霉素抗性基因中,N位于lacZ基因中B.N位于青霉素抗性基因中,M位于lacZ基因中C.M和N都位于青霉素抗性基因中D.M和N都位于lacZ基因中(5)上述目的基因能够在受体细菌中表达,其原因是不同生物。

A.共用一套DNAB.共用一套RNAC.共用一套蛋白质D.共用一套密码子方法技巧限制酶的选择技巧(1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类。

图12-36-4①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。

②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。

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目的基因和质粒,如图甲也可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。

(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类。

①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因;如果所选酶的切割位点不是一个,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。

点二基因工程的基本操作程序及PCR技术1.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的获取①目的基因:主要指的基因,也可以是一些具有作用的因子。

②获取方法(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心①目的:使目的基因,同时使目的基因能够表达和发挥作用。

②基因表达载体的构成图12-36-5③构建过程:图12-36-6(3)将目的基因导入受体细胞受精卵新性状个体(4)目的基因的检测与鉴定图12-36-72.PCR 技术:DNA 复制,即: 图12-36-8(2)条件(3)过程与结果 ①过程②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分子就以的形式增加。

PCR的反应过程都是在中完成的。

1.基因工程操作的易错点分析(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,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

(2)启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。

(3)基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步,在体外进行。

(4)只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象,其余三步都有碱基互补配对现象。

2.DNA复制与PCR技术的比较角度1 结合实例考查基因工程的基本操作程序1.人血清蛋白(HSA)具有重要的医用价值。

如图12-36-9是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径,请回答下列问题。

图12-36-9(1)如果HSA基因序列未知,可以采用的方法获取该目的基因,为了使该目的基因能够在宿主细胞中复制和稳定保存,通常要先构建后才能导入宿主细胞。

(2)方框中的“?”一般选用的生物是,为了提高Ⅱ过程的导入成功率,通常用处理大肠杆菌。

(3)人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性,所以,选择(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)途径获取rHSA更有优势。

(4)为了鉴定宿主细胞中是否产生rHSA,可以用方法来进行检验。

A.检验HSA基因是否导入B.检验细胞中是否产生相应的mRNAC.抗原—抗体杂交D.检测是否有标记基因角度2 考查PCR技术的原理与过程2.[2017·福建南平一模]基因工程在农业中的应用发展迅速,基因可导入农作物中,用于改良该农作物的性状。

通过多重PCR技术可扩增并检测转基因农作物的外源基因成分。

多重PCR技术是在一个PCR 反应体系中加入多对引物,针对多个DNA模板或同一模板的不同区域,扩增多个目的基因的PCR 技术。

请回答:(1)我国科学家将Bt毒蛋白基因、鱼的抗冻蛋白基因、控制果实成熟的基因导入农作物,可获得、、延熟的转基因作物。

(2)引物是根据的一段核苷酸序列合成的,每种基因扩增需要一对引物的原因是。

下表是A、B、C三种基因的引物,据表分析,引物特异性主要体现在。

(3)PCR过程中温度从90 ℃降到55~60 ℃的目的是。

(4)检测人员通过多重PCR技术确定农作物中是否含有A、B、C三种转基因。

将A、B、C三种基因和待测的农作物基因样品进行PCR,扩增后的产物再进行电泳,结果如图12-36-10。

据图分析:含有三种转基因的农作物是,判断依据是。

图12-36-10(5)与PCR技术相比,多重PCR技术的优势有:a. 。

b. 。

c. 。

点三基因工程的应用与蛋白质工程一、基因工程的应用1.植物基因工程抗虫、、转基因植物,利用转基因改良植物的品质。

2.动物基因工程提高动物、改善畜产品的品质、用转基因动物生产,用转基因动物作器官移植的供体。

3.基因工程药物(1)方式:利用基因工程培育“”来生产药品。

(2)成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

4.基因治疗(1)概念:把 导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。

(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。

二、蛋白质工程图12-36-11基因工程和蛋白质工程的比较角度1 结合基因工程的操作过程考查基因工程的应用1.[2017·东北三省三校模拟] 马铃薯是重要的经济作物,在基因育种方面取得丰硕成果。

(1)马铃薯是双子叶植物,常用 法将目的基因导入马铃薯的体细胞中。

构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、 、 、 、复制原点五部分。

(2)马铃薯易患多种疾病,导致产量下降。

基因工程中常用的抗病基因为 (写一种即可)。

(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯,主要从两个方面进行设计:①修饰除草剂作用的靶蛋白,使其对除草剂,或使靶蛋白过量表达,植物吸收除草剂后仍能正常代谢。

②引入酶或酶系统,使除草剂在发生作用前。

(4)将目的基因导入受体细胞后,还需对转基因植物进行。

角度2 考查蛋白质工程的原理与操作2.[2015·全国卷Ⅱ]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。

点四DNA的粗提取与鉴定1.原理(1)溶解度①DNA与蛋白质在不同浓度的溶液中溶解度不同。

②DNA不溶于。

(2)DNA对酶、和的耐受性。

(3)鉴定:DNA+ 试剂。

2.实验步骤实验材料的选取→破碎细胞→获取含DNA的滤液→过滤,取滤液去除滤液中的杂质→DNA的析出→利用DNA不溶于的原理,1.DNA和蛋白质在不同NaCl溶液中溶解度的比较2.DNA的粗提取与鉴定中的“2、3、4”(续表) 在“DNA的粗提取与鉴定”的实验中,对DNA进行鉴定时,做如下操作:图12-36-12(1)根据图12-36-12完成表格空白处的实验内容。

(2)对于B试管,完成1、2、3的操作后溶液颜色如何? 。

(3)在沸水浴中加热的目的是,同时说明DNA对高温有较强的。

(4)A试管在实验中的作用是。

(5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与有关。

年真题明考向1.[2017·全国卷Ⅰ]真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。

已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。

回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。