基因工程一轮复习

2.(教材P4“寻根问底”改编)根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么 吗？
提示 原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善 的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时， 会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外 源DNA使之失效，从而达到保护自身的目的。
2.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
调控
的基因，也可以是一些具 编码蛋白质
基因文库
mRNA反转录 DNA合成仪
作用的因子。
(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 同时使目的基因能够表达和发挥作用。
②传基给因下表一达代载体的组成
1.(2015·全国卷Ⅱ，40)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.(教材P26旁栏思考题解答)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过 对基因的操作来实现？
提示 毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下： (1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白 质可以遗传下去。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还是无法遗传的。 (2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
(3)诠释基因表达载体
(4)农杆菌转化法原理 植物受损伤时伤口处分泌物可吸引农杆菌→农杆菌中Ti质粒上的T－DNA可转移至受体细胞并整合到 受体细胞染色体DNA上(若将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上，则目的基因将被一起带入)
考点二 基因工程的应用及蛋白质工程
1.基因工程的应用
(1)动物基因工程：用于提高动物
RNA聚合酶
转录
目的基因
转录
③构建过程
同种限制酶
DNA连接
(3)将目的基因导入受体细胞 受体细胞种类不同，导入方法不同
农杆菌转化法
显微注射法 受精卵
转化法
(4)目的基因的检测与鉴定
1.下列物质或过程哪一项不影响磷酸二酯键数目变化？请逐项分析说明。
①RNA聚合酶、逆转录酶、Taq酶 ②DNA聚合酶、DNA连接酶、DNA酶 ③遗传信息的翻译、 PCR中DNA解链 ④cDNA文库的构建、基因突变过程 提示 ③ RNA聚合酶、逆转录酶和Taq酶的作用都会导致磷酸二酯键的数量增加，DNA聚合酶和 DNA连接酶的作用都会导致磷酸二酯键的数量增加，而DNA酶的作用会导致磷酸二酯键的数量减小， 遗传信息的翻译会增加肽键的数目，PCR中DNA解链会减少氢键的数目，这两个过程都不会影响磷 酸二酯键的数目，cDNA文库的构建需要使用逆转录酶，这会导致磷酸二酯键数目增加，基因突变是 指基因中碱基对的增添、缺失和替换，其中增添和缺失会导致磷酸二酯键数目改变。
(3)限制性核酸内切酶 Mun Ⅰ和限制性核酸内切酶 EcoR Ⅰ的识
↓
↓
别序列及切割位点分别是
和
。如图
—CAATTG— —GAATTC—
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哪一种？并指明理由。
提示 适合的质粒是①。由图可知，质粒②上无标记基因，不适合作为载体；质粒③和④的标记基因上 都有限制性核酸内切酶的识别位点，使用该酶后将会导致标记基因遭破坏，故均不宜选作载体。
2.科学工作者将抗虫毒蛋白基因通过载体转入棉花细胞，对抵抗棉铃虫有很好的作用。请回答与该抗虫 棉培育有关的问题。
(1)抗虫毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中获得的，获得该基因需要使用的酶是____________，该酶 作用的化学键是________。 (2)将含有抗虫毒蛋白基因的基因表达载体导入棉花体细胞中的常用方法是____________；要将已经 成功接收基因表达载体的棉花体细胞培育成一个新的植株需要用到的生物技术是________。
(1)诠释基因组文库与部分基因文库
百度文库
(2)诠释PCR技术 ①原理：体外DNA复制 ②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) ③过程：DNA受热(90～95 ℃)变性解旋为单链、冷却(55～60 ℃)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(70～75 ℃)合成互补链。
出发→设计预期的 功能
氨基酸序列
→推测应有的 (基因)→基因表达蛋→白产质生结需构要的蛋白质。其流程
脱氧核苷酸序列
1.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
提示 基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然 界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构 →蛋白质应具备的折叠状态→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
3.(教材P6“旁栏思考题”解答)想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？ 提示 能自我复制、有一个或多个切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等。
1.(2016·全国课标卷Ⅰ，40)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 Ⅰ酶切后， 与用BamH Ⅰ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：
解析 (1)作为运载体必须具备如下特点：①能自主复制，从而在受体细胞中稳定保存；②含标记基因， 以供重组DNA的鉴定和选择；③具1或多个限制酶切割位点以便外源DNA插入。(2)在含有氨苄青霉素的 培养基上，只有具有Ampr的大肠杆菌才能够生长。而Ampr位于质粒上，故未被转化的和仅含环状目的 基因的大肠杆菌细胞中无Ampr，故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载体的和含有插入了目的基因 的重组质粒的大肠杆菌均具有Ampr因而能在培养基中生长。目的基因的插入破坏了质粒载体的Tetr，故 含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌不能在含有四环素的平板上生长，从而与仅含有质粒载体的 大肠杆菌得以区分。(3)噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成DNA，需借助宿主细胞完成DNA复 制。
(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。
(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 于 ____________________________________。
(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
②其他载体：λ噬菌体衍生物、 ③载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。
动等植。物病毒
(1)基因工程2种工具酶的化学本质分别是什么？运载体的种类有哪些？ 提示 限制酶、DNA连接酶其化学本质均为蛋白质。运载体的种类有质粒(常用)、λ噬菌体衍生物、动 植物病毒等。
(2)限制酶为何不切割自身DNA? 提示 限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割；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。
从而提生高长产速品度产量；用于改善畜产品品质；用转基
因动物生产 (2)植物基因工程：培育
；用转基因动物作器官移植的 转基因植物(如抗虫棉)、______
等。 药物
转基因植物(如转基因烟草)和 (如新花色矮牵牛)。
供体转基因植物(如抗寒番茄)；利用转基因改良植物的
抗虫
抗病
抗逆
品质
(3)比较基因治疗与基因诊断： 基因表达
之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是
之间；说明限G和制A酶具有
。
CCCGGG
G和C
专一性
，切GA割A位TT点C在 ，切割位点在
(2)DNA连接酶 ①作用：将限制酶切割下来的DNA片段 ②类型
。 拼接成DNA分子
大肠杆菌 黏性末端
末端
黏性末端和平 磷酸二酯键
(3)载体
双链环状DNA分子
割位点
限制酶切 标记基因
(3)图中③过程，需使用________溶液处理农杆菌使其成为感受态。 (4)图中④过程的原理是____________。 (5)检测基因工程是否成功。首先，应检测_________________，这是目的基因能否在真核细胞内稳定遗 传 的 关 键 ； 其 次 ， 利 用 ____________ 法 检 测 目 的 基 因 是 否 转 录 出 相 应 的 mRNA ； 最 后 ， 利 用 ____________法检测目的基因是否翻译成蛋白质。 答案 (1)能识别特定的脱氧核苷酸序列并且在特定位点切开DNA分子 (2)DNA连接酶 基因表达载体 的构建 (3)氯化钙 (4)植物细胞的全能性 (5)转基因生物的染色体上是否插入目的基因 分子杂交 抗原—抗体杂交
答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的 重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞
2.如图为农杆菌转化法示意图。请回答以下问题：
(1)图中①过程用到的工具酶的特点是________________ (2)图中②过程用到的工具酶是____________，该过程是基因工程最核心的步骤，即____________。
___________________________________ 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，之后还需要对合成蛋白质的生物________进行鉴定。 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
基因工程一轮复习
考点一 基因工程的基本工具及操作过程
1.基因工程的基本工具
(1)限制性核酸内切酶(限制酶)
①来源：主要从 ②作用：识别
生物中分离纯化而来。
原核
并切开特定部位的两个核苷酸之间的
。 ③结果：产生
特定的核苷酸序列 或平末端。
磷酸二酯键
黏性末端
如下图所示，EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是
碱基互补配对
正常基因 DNA探针
2.蛋白质工程
(1)概念理解
①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
②操作：
或基因合成。
③结果：
基因修现饰有蛋白质或制造出
④目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对
进行分子设计。 改造了
。 新的蛋白质 蛋白质结构
(2)操作过程 从预期的蛋白质 →找到相对应的 图如下：