2019版一轮优化探究生物(苏教版)课件：第十一单元 第一讲 基因工程
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第十一单元 现代生物科技专题 第一讲 基因工程
固考基·双基体系优化
C
目 录
ONTENTS
研考点·重点难点探究 悟高考·真题演练 课时作业
[考纲要求]
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.实验：DNA 的粗提取与鉴定。
(3)基因表达载体的构建过程
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，称为转化。转化的关键是目的基因整合到受体细胞染 色体基因组中。
PCR技术 DNA在高温作用下变 性解旋
细胞内(主要在细胞 细胞外(主要在PCR扩 核内) 增仪内)
DNA解旋酶、普通 耐热的DNA聚合酶 的DNA聚合酶等 (Taq酶)
细胞内温和条件 DNA分子 需控制温度，在较高 温度下进行 DNA片段或基因
DNA复制
PCR技术
①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成
答案： (1)Sau3AⅠ 性末端 (2)甲和丙
两种酶切割后产生的片段具有相同的黏
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 (3)E· coliDNA 连接酶 他答案合理也可) T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶(其
考点研析
1．目的基因的获取 (1)直接分离法
三、基因诊断与基因治疗
基因治疗
基因诊断 杂交 DNA分子_____ 制作特定DNA探针与 病人样品DNA混合，
原理
基因重组 及基因表达 __________
将正常基因导入有基因缺陷
方法
表达 的细胞中，使该基因的_____
产物 发挥功能，以达到治 ______ 疗的目的
杂交带 情况 分析________
(2)基因表达载体的组成
(3)构建过程
农杆菌转化法 、基因 植物： 枪法、花粉管通道法 将目的基因导 3. —方法 入受体细胞 动物： 显微注射 技术 微生物： 感受态细胞 法
DNA 分子杂交 技术检测目 利用 的基因的有无 分子杂交技术 检测目的基因 利用 目的基因的 的转录 4. 检测与鉴定利用 抗原—抗体杂交 检测目的基因 的翻译 利用个体生物学水平的检测鉴定重 组性状的表达
答案： (1)黏性末端
平末端
(2)切割产生的 DNA 片段末端 (3)E· coli T4 PCR (5) 噬菌体
与 EcoRⅠ切割产生的相同 (4)mRNA( 或 RNA) 动植物病毒 能力极弱
cDNA( 或 DNA)
(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的
2．(2016· 高考全国卷Ⅲ)图(a)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、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
2.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶) (1)识别序列的特点： 呈现碱基互补对称。 无论是奇数个碱基 还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如 ，以中
CCAGG A 心线为轴，两侧碱基互补对称；=======以=====为轴，两 GGTCC T 侧碱基互补对称。
(2)切割后末端的种类
4.载体 (1)条件与目的 条件 稳定并能复制 有一个至多个限制酶切割位 点 具有特殊的标记基因 目的 目的基因稳定存在且数量可扩 大 可携带多个或多种外源基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择
(2)作用 ①作为运载工具，将目的基因导入宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
[归纳总结] (1)与 DNA 有关的四种酶的辨析
(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__________________________ _____________________________________________________。
②为了避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接， 也可使 用相同的两种限制酶(如下图用 BamHⅠ和 HindⅢ，分别简 写为 B、H)分别切割目的基因和质粒，形成分别对应的相同 黏性末端进行连接。
(3)PCR 技术与体内 DNA 复制的比较
DNA复制 解旋方式 场所 区 别 酶 温度条件 合成的对象 解旋酶催化
(3)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 a．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。 b．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。
②根据质粒的特点确定限制酶的种类 a．所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生 相同的末端。 b．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止一个，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。
(2)人工合成法 化学合成法：针对已知核苷酸序列的较小基因 逆转录法：以RNA为模板，在反转录酶的作用 下人工合成 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)：DNA 复制。 b． 需要条件： 模板 DNA、 引物、 四种脱氧核苷酸、 热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶)。 c．过程：DNA 受热变性解旋为单链、冷却后 RNA 引物与单 链相应互补序列结合，然后在 DNA 聚合酶作用下延伸合成互 补链。
固考基· 双基体系优化
一、基因工程的基本工具
二、基因工程的操作程序 1．获取目的基因 (1)目的基因：主要指 编码蛋白质 的基因。
(2)
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。 _______________
图(a)
根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 BamHⅠ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_____________________________________。
(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 能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________， 不能表达 的原因是_________________________________________ _________________________________________________。
2．将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到 线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上？为什么？
提示：一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体 DNA 或 叶绿体 DNA 上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无 法稳定遗传。
研考点· 重点难点探究
考点研析
1．基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或 DNA 重组技术 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果(优点) 生物体外 基因 DNA 分子水平 剪切→拼接→导入→表达 定向改造生物性状，创造出人 类需要的基因产物或生物类型
临床应用
进展
临床实验
四、蛋白质工程
启动了碱基互补配对？
提示： 只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱 基互补配对，其他三步中都涉及碱基互补配对。①第一步中 发生在反转录法合成目的基因或 PCR 技术扩增目的基因过 程中。②第二步中发生在黏性末端相互连接过程中。③第四 步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。
(1)DNA 分子经限制酶切割后产生的 DNA 片段的末端通常有两 种 ——黏性末端和平末端。 (2)为了保证目的基因与运载体相 连，用另一种限制酶切割含目的基因的 DNA 后形成的黏性末 端必须与 EcoRⅠ切割形成的黏性末端相同。 (3)DNA 连接酶有 E· coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶两类。(4)反转录的模板是 mRNA， 产物是 DNA。 大量扩增反转录产物常采用 PCR 技术。 (5)在基因工程中使用的运载体除质粒外，还有噬菌体、动植物 病毒等。(6)经 Ca2＋处理后的大肠杆菌更易吸收周围环境中的 DNA 分子。
联 系 ②原料：均为四种脱氧核苷酸
③酶：均需要DNA聚合酶进行催化
④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开 始连接脱氧核苷酸
针对训练
1．根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制性内切酶切割 DNA 分子后产生的片段，其末端类型 有__________和__________。 (2)质粒运载体用 EcoRⅠ切割后产生的片段如下： AATT C……G G……CTTAA 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的 DNA 除可用 EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必 须具有的特点是___________________________________。
(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____________________。
(1)由图(a)可知，尽管 BamHⅠ和 Sau3AⅠ两种限制酶的识别位 点不相同，但两种酶切割后产生的 DNA 片段具有相同的黏性末 端，故被 BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与图(b)中表达载 体被 Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)运载体上的启动子和终止 子具有调控目的基因表达的作用， 由于甲和丙的目的基因分别插 入在启动子的上游和终止子的下游， 故这两个运载体上的目的基 因都不能被转录和翻译。(3)常见的 DNA 连接酶是 E· coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶，但作用有所差别，T4DNA 连接酶既 能连接黏性末端，又能连接平末端，而 E· coli DNA 连接酶只能 连接黏性末端。
种类 项目 作用底物 作用部位 作用结果
限制酶
DNA分子 磷酸二酯键
DNA连接 酶 DNA分子
DNA聚合酶
解旋酶
片段
磷酸二酯 键
脱氧核苷酸 DNA分子 磷酸二酯键 形成新的 DNA分子 碱基对间 的氢键 形成单链 DNA分子
形成黏性末 形成重组 端或平末端 DNA分子
(2)限制酶选择时的两种特例 ①限制酶具有特异性，一般情况下，不同限制酶形成的黏性 末端不同。但也有不同限制酶处理后形成的黏性末端相同， 可以用 DNA 连接酶进行连接。如：G↓GATCC 和↓GATC 识别的序列不同，但处理后的黏性末端相同。
3．“分子缝合针”——DNA 连接酶 (1)作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成 DNA 分子。 (2)类型 种类 来源 功能特性 E· coli DNA 连接酶 大肠杆菌 T4DNA 连接酶 T4 噬菌体 可以连接黏性末端和平末 只能连接黏性末端 端，但连接平末端之间的效 率较低 相同点 都缝合磷酸二酯键， 如图：
固考基·双基体系优化
C
目 录
ONTENTS
研考点·重点难点探究 悟高考·真题演练 课时作业
[考纲要求]
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.实验：DNA 的粗提取与鉴定。
(3)基因表达载体的构建过程
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，称为转化。转化的关键是目的基因整合到受体细胞染 色体基因组中。
PCR技术 DNA在高温作用下变 性解旋
细胞内(主要在细胞 细胞外(主要在PCR扩 核内) 增仪内)
DNA解旋酶、普通 耐热的DNA聚合酶 的DNA聚合酶等 (Taq酶)
细胞内温和条件 DNA分子 需控制温度，在较高 温度下进行 DNA片段或基因
DNA复制
PCR技术
①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成
答案： (1)Sau3AⅠ 性末端 (2)甲和丙
两种酶切割后产生的片段具有相同的黏
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 (3)E· coliDNA 连接酶 他答案合理也可) T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶(其
考点研析
1．目的基因的获取 (1)直接分离法
三、基因诊断与基因治疗
基因治疗
基因诊断 杂交 DNA分子_____ 制作特定DNA探针与 病人样品DNA混合，
原理
基因重组 及基因表达 __________
将正常基因导入有基因缺陷
方法
表达 的细胞中，使该基因的_____
产物 发挥功能，以达到治 ______ 疗的目的
杂交带 情况 分析________
(2)基因表达载体的组成
(3)构建过程
农杆菌转化法 、基因 植物： 枪法、花粉管通道法 将目的基因导 3. —方法 入受体细胞 动物： 显微注射 技术 微生物： 感受态细胞 法
DNA 分子杂交 技术检测目 利用 的基因的有无 分子杂交技术 检测目的基因 利用 目的基因的 的转录 4. 检测与鉴定利用 抗原—抗体杂交 检测目的基因 的翻译 利用个体生物学水平的检测鉴定重 组性状的表达
答案： (1)黏性末端
平末端
(2)切割产生的 DNA 片段末端 (3)E· coli T4 PCR (5) 噬菌体
与 EcoRⅠ切割产生的相同 (4)mRNA( 或 RNA) 动植物病毒 能力极弱
cDNA( 或 DNA)
(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的
2．(2016· 高考全国卷Ⅲ)图(a)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、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
2.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶) (1)识别序列的特点： 呈现碱基互补对称。 无论是奇数个碱基 还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如 ，以中
CCAGG A 心线为轴，两侧碱基互补对称；=======以=====为轴，两 GGTCC T 侧碱基互补对称。
(2)切割后末端的种类
4.载体 (1)条件与目的 条件 稳定并能复制 有一个至多个限制酶切割位 点 具有特殊的标记基因 目的 目的基因稳定存在且数量可扩 大 可携带多个或多种外源基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择
(2)作用 ①作为运载工具，将目的基因导入宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
[归纳总结] (1)与 DNA 有关的四种酶的辨析
(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__________________________ _____________________________________________________。
②为了避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接， 也可使 用相同的两种限制酶(如下图用 BamHⅠ和 HindⅢ，分别简 写为 B、H)分别切割目的基因和质粒，形成分别对应的相同 黏性末端进行连接。
(3)PCR 技术与体内 DNA 复制的比较
DNA复制 解旋方式 场所 区 别 酶 温度条件 合成的对象 解旋酶催化
(3)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 a．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。 b．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。
②根据质粒的特点确定限制酶的种类 a．所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生 相同的末端。 b．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止一个，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。
(2)人工合成法 化学合成法：针对已知核苷酸序列的较小基因 逆转录法：以RNA为模板，在反转录酶的作用 下人工合成 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)：DNA 复制。 b． 需要条件： 模板 DNA、 引物、 四种脱氧核苷酸、 热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶)。 c．过程：DNA 受热变性解旋为单链、冷却后 RNA 引物与单 链相应互补序列结合，然后在 DNA 聚合酶作用下延伸合成互 补链。
固考基· 双基体系优化
一、基因工程的基本工具
二、基因工程的操作程序 1．获取目的基因 (1)目的基因：主要指 编码蛋白质 的基因。
(2)
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。 _______________
图(a)
根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 BamHⅠ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_____________________________________。
(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 能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________， 不能表达 的原因是_________________________________________ _________________________________________________。
2．将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到 线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上？为什么？
提示：一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体 DNA 或 叶绿体 DNA 上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无 法稳定遗传。
研考点· 重点难点探究
考点研析
1．基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或 DNA 重组技术 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果(优点) 生物体外 基因 DNA 分子水平 剪切→拼接→导入→表达 定向改造生物性状，创造出人 类需要的基因产物或生物类型
临床应用
进展
临床实验
四、蛋白质工程
启动了碱基互补配对？
提示： 只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱 基互补配对，其他三步中都涉及碱基互补配对。①第一步中 发生在反转录法合成目的基因或 PCR 技术扩增目的基因过 程中。②第二步中发生在黏性末端相互连接过程中。③第四 步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。
(1)DNA 分子经限制酶切割后产生的 DNA 片段的末端通常有两 种 ——黏性末端和平末端。 (2)为了保证目的基因与运载体相 连，用另一种限制酶切割含目的基因的 DNA 后形成的黏性末 端必须与 EcoRⅠ切割形成的黏性末端相同。 (3)DNA 连接酶有 E· coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶两类。(4)反转录的模板是 mRNA， 产物是 DNA。 大量扩增反转录产物常采用 PCR 技术。 (5)在基因工程中使用的运载体除质粒外，还有噬菌体、动植物 病毒等。(6)经 Ca2＋处理后的大肠杆菌更易吸收周围环境中的 DNA 分子。
联 系 ②原料：均为四种脱氧核苷酸
③酶：均需要DNA聚合酶进行催化
④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开 始连接脱氧核苷酸
针对训练
1．根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制性内切酶切割 DNA 分子后产生的片段，其末端类型 有__________和__________。 (2)质粒运载体用 EcoRⅠ切割后产生的片段如下： AATT C……G G……CTTAA 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的 DNA 除可用 EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必 须具有的特点是___________________________________。
(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____________________。
(1)由图(a)可知，尽管 BamHⅠ和 Sau3AⅠ两种限制酶的识别位 点不相同，但两种酶切割后产生的 DNA 片段具有相同的黏性末 端，故被 BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与图(b)中表达载 体被 Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)运载体上的启动子和终止 子具有调控目的基因表达的作用， 由于甲和丙的目的基因分别插 入在启动子的上游和终止子的下游， 故这两个运载体上的目的基 因都不能被转录和翻译。(3)常见的 DNA 连接酶是 E· coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶，但作用有所差别，T4DNA 连接酶既 能连接黏性末端，又能连接平末端，而 E· coli DNA 连接酶只能 连接黏性末端。
种类 项目 作用底物 作用部位 作用结果
限制酶
DNA分子 磷酸二酯键
DNA连接 酶 DNA分子
DNA聚合酶
解旋酶
片段
磷酸二酯 键
脱氧核苷酸 DNA分子 磷酸二酯键 形成新的 DNA分子 碱基对间 的氢键 形成单链 DNA分子
形成黏性末 形成重组 端或平末端 DNA分子
(2)限制酶选择时的两种特例 ①限制酶具有特异性，一般情况下，不同限制酶形成的黏性 末端不同。但也有不同限制酶处理后形成的黏性末端相同， 可以用 DNA 连接酶进行连接。如：G↓GATCC 和↓GATC 识别的序列不同，但处理后的黏性末端相同。
3．“分子缝合针”——DNA 连接酶 (1)作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成 DNA 分子。 (2)类型 种类 来源 功能特性 E· coli DNA 连接酶 大肠杆菌 T4DNA 连接酶 T4 噬菌体 可以连接黏性末端和平末 只能连接黏性末端 端，但连接平末端之间的效 率较低 相同点 都缝合磷酸二酯键， 如图：