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知识梳理考点突破分层限时跟踪练三十九第十二单元现代生物科技专题第1讲基因工程[考纲导学]1.基因工程的诞生(Ⅰ)2．基因工程的原理及技术(Ⅱ)3.基因工程的应用(Ⅱ)4.蛋白质工程(Ⅰ)2．优点(1)与杂交育种相比：克服了的障碍。(2)与诱变育种相比：改造生物的遗传性状。知识梳理|夯实高考双基回扣教材一、基因工程的概念及优点1．概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外和等技术，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。转基因DNA重组生物类型和生物产品远缘杂交不亲和定向二、基因工程的基本操作工具1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”(1)来源：主要是从中分离纯化出来的。(2)特点：能够识别双链DNA分子的某种，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开。(3)结果：产生或。原核生物特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端平末端2．DNA连接酶——“分子缝合针”(1)作用：将切下来的拼接成新的DNA分子。(2)种类E·coliDNA连接酶：只能连接T4DNA连接酶：既能连接又能连接DNA片段黏性末端黏性末端平末端3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(1)种类：、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(2)质粒特点能有一个至多个有特殊的质粒自我复制限制酶切割位点标记基因四、基因工程的应用1．植物基因工程：主要用于提高农作物的。以及改良和利用植物等方面。2．动物基因工程：主要应用于动物品种改良、建立、等方面。3．基因工程药物：来源于转基因的。4．基因治疗：把导入病人体内，使该基因的发挥功能。抗逆能力农作物的品质生产药物生物反应器器官移植工程菌正常基因表达产物五、蛋白质工程1．流程图写出流程图中字母代表的含义：A．，B.，C.，D.，E.。2．结果：改造了现有蛋白质或制造出。3．应用：主要集中应用于对进行改造，改良生物性状。转录翻译分子设计多肽链预期功能新的蛋白质现有蛋白质网络记忆考点突破|领悟高考方向考点突破|领悟高考方向考点1基因工程的操作工具[典例导悟1]下列有关基因工程和酶的相关叙述，正确的是()A．同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒，因此不具备专一性B．载体的化学本质与载体蛋白相同C．限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸D．DNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键【解析】一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，因此具有专一性；载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等，成分为DNA，载体蛋白的化学本质是蛋白质；烟草花叶病毒的核酸为RNA，限制酶不能切割它；DNA连接酶可催化DNA片段间磷酸二酯键的形成。【答案】C[考点精讲]1．与DNA分子相关的酶(1)五种DNA相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNADNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸(2)限制酶与DNA连接酶的关系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限制酶是一类酶，而不是一种酶。④DNA连接酶起作用时不需要模板。2．载体的作用和条件(1)作用①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件条件适应性稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择[命题视角]视角基因工程操作工具的分析1．现有一长度为1000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoRⅠ单独酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子，用EcoRI、KpnI同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是()【解析】由题干条件可知用EcoRI酶切后，并不能将DNA分为两段，故可判断为环状DNA，再根据“用EcoRI、KpnI同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子”可得到答案D。【答案】D2．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割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：AATTC……GG……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核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_______。(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。【解析】(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种——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·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类。【答案】(1)黏性末端平末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRI切割产生的相同(3)E·coliT4考点2基因工程的操作过程及应用[典例导悟2]为获得抗病的马铃薯，往往采用转基因技术，将相关抗病基因转移到马铃薯体内。其过程大致如下图所示。下列相关叙述，正确的是()A．图中①过程涉及两种工具酶，目的基因插入的位置为TDNA所在的区段B．图中②过程，农杆菌需经镁离子溶液处理，处理后的细胞处于感受态C．图中③④过程，所用培养基中应添加两种激素，添加顺序对细胞的分化方向无影响D．检测相关抗病基因是否在受体细胞内转录，可采用抗原—抗体杂交法【解析】图中②过程，农杆菌需经钙离子溶液处理，B错误；植物组织培养所用激素的使用先后顺序及其比例都会影响细胞的分化方向，C错误；检测相关基因是否在受体细胞内转录，可采用DNA－RNA杂交法，而抗原－抗体杂交法检测的是目的基因是否翻译为蛋白质，D错误。【答案】A[考点精讲]1．基因工程操作的基本步骤(1)目的基因的获取目前有两种途径：一是直接提取目的基因，如从基因文库中获取。二是人工合成目的基因，常用的方法有化学合成法和反转录法。(2)基因表达载体的构建①基因表达载体的组成②构建过程(3)将目的基因导入受体细胞细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化法体细胞将目的基因插入Ti质粒的T－DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上动物细胞显微注射技术受精卵将含有目的基因的表达载体提纯→取卵→获得受精卵→显微注射→早期胚胎培养→胚胎移植→发育成为具有新性状的动物微生物细胞Ca2＋处理增大细胞壁通透性原核细胞或酵母菌用Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收(4)目的基因的检测与鉴定2．基因工程的应用(1)抗虫棉的培育①目的基因：Bt毒蛋白基因(来自苏云金芽孢杆菌)。②抗虫原理：Bt毒蛋白水解成的多肽与肠上皮细胞受体结合，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。③受体细胞受精卵→正常发育体细胞→组织培养④方法：花粉管通道法(也可用农杆菌转化法或基因枪法)。(2)动物反应器①目的基因：药用蛋白基因②表达条件：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子等③受体细胞——牛、羊的受精卵等④方法：显微注射法⑤种类：乳腺反应器和膀胱反应器。前者受动物性别(只能是雌性)和年龄(哺乳期)限制，优点是不用提取直接服用；后者需提取后服用，但不受动物性别和年龄的限制。(3)工程菌①定义：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。②外源基因：控制合成抗体、疫苗、激素等的基因。③受体细胞：微生物细胞。④特点：细菌内没有内质网、高尔基体等，产生的药物可能没有活性。⑤药物提取：从微生物细胞中提取。(4)基因诊断与基因治疗基因治疗基因诊断原理基因重组及基因表达DNA分子杂交方法将正常基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，以达到治疗的目的制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况进展临床实验临床应用[命题视角]视角基因工程的操作程序与应用分析3．(2016·邢台模拟)回答下列有关基因工程的问题。(1)用限制酶HindⅢ、BamHⅠ同时切割目的原因，可得到________个DNA片段。(2)用限制酶HindⅢ和BamHⅠ切割Ti质粒，可得到________个DNA片段。(3)过程①需要用到________酶。(4)切割目的基因和质粒的酶与①过程的酶作用的化学键都是________。(5)如果把目的基因直接注入植株细胞，一般会被植株细胞中的______。(6)将目的基因导入植物细胞，除采用上图中的方法外，还可采用______法和花粉管通道法等。【解析】(1)用两种限制酶切割有3个切割位点，可得到4个DNA片段。(2)用2种限制酶切割Ti质粒，有2个切割位点，但因为是环状，可得到2个DNA片段。(3)重组质粒要用到DNA连接酶。(4)限制酶切割的化学键为磷酸二酯键。(5)将目的基因直接导入受体细胞会被核酸酶水解。(6)将目的基因导入植物细胞除农杆菌转化法外，还有基因枪法和花粉管通道法。【答案】(1)4(2)2(3)DNA连接(4)磷酸二酯键(5)核酸酶分解(6)基因枪[心有灵犀]基因工程操作程序易错点(1)基因表达载体≠载体：基因表达载体与载体相比增加了目的基因。(2)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启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入启动子内部，启动子将失去原功能。(3)启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子：启动子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译的启动和终止。(4)切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。考点3蛋白质工程[典例导悟3](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【解析】紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。【答案】C[考点精讲]蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)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实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现[命题视角]视角蛋白质工程的过程及应用4．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，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解