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第十一单元现代生物科技专题第38讲基因工程【考纲解读】最新考纲细解考点核心素养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)1.知道基因工程诞生的基础理论和技术2.说出操作工具的种类、功能3.概述基因工程操作的基本程序4.知道PCR技术的原理、条件、过程等5.说出蛋白质工程的概念及操作流程等1.生命观念——结构决定功能:基因的结构与功能2.科学思维——建立模型:基因工程的操作流程图及蛋白质的流程图等3.科学探究——解决问题:基因工程的应用和蛋白质工程4.社会责任——保护环境:正确看待转基因生物与环境安全问题考点一基因工程的基本工具研析教材内化基本概念1.基因工程的概念项目具体内容别名基因拼接技术或DNA重组技术供体提供1原理1目的基因基因重组操作环境生物体外操作水平1受体表达目的基因结果获得的新的生物类型和生物产品优点克服的障碍;生物性状分子水平符合人们需要远缘杂交不亲和定向改造2.基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶(限制酶)①来源:主要从中分离。②作用:能够识别双链DNA分子的某种特定,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。原核细胞核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端或平末端(2)DNA连接酶常用类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源1T4噬菌体功能连接末端连接末端结果连接被限制酶切开的两个核苷酸之间的1(3)运载体①常用运载体的种类:等。大肠杆菌黏性黏性末端或平磷酸二酯键质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒②特点及意义特点意义稳定并能复制目的基因且数量可扩大有限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的基因便于重组DNA的和1稳定存在一个至多个标记鉴定选择【深挖教材】(1)选修3P6“寻根问底”,DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗?试简要说明。提示:不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段,而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。(2)原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA?提示:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰等。思考探究培养科学思维1.思考并补充基因工程技术使用限制酶需注意的问题(1)获取目的基因和切割载体时,经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶),目的是产生相同的黏性末端或平末端。(2)获取一个目的基因需限制酶切割两次,共产生4个黏性末端或平末端。(3)。(4)。提示:(3)限制酶切割位点的选择,必须保证标记基因的完整性,以便于检测。(4)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。2.图甲表示EcoRⅠ限制酶及DNA连接酶的作用示意图,图乙表示SmaⅠ限制酶的作用示意图。请据图回答问题:(1)请写出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列以及切割位点。提示:EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC,切割位点在G和A之间;SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG,切割位点在G和C之间。(2)限制酶和DNA连接酶的作用部位相同吗?DNA连接酶起作用时,是否需要模板?提示:相同,都是磷酸二酯键。不需要模板。剖析题型提升核心素养题型一限制酶、DNA连接酶等酶的作用1.(2016·全国Ⅲ卷)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)。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。解析:(1)由题图(a)三种限制酶的识别序列可知,BamHⅠ酶与Sau3AⅠ酶切割目的基因与表达载体后产生的片段具有相同的黏性末端。答案:(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(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。解析:(2)构建基因表达载体时,目的基因应插入在启动子和终止子之间,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,两者的目的基因均不能被转录。答案:(2)甲和丙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,两者的目的基因均不能被转录(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。解析:(3)常见的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案:(3)E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶题后提升与基因工程相关的几种酶的比较名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷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苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸以单链DNA为模板,将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端题型二载体的作用和特点分析2.(2016·全国Ⅰ卷)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:(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。解析:(1)质粒能作为基因工程的载体的条件是质粒能自我复制、具有标记基因、具有一至多个酶切位点等。答案:(1)能自我复制、具有标记基因(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。解析:(2)用含有氨苄青霉素的培养基对未被转化的大肠杆菌和被转化的三种大肠杆菌进行筛选时,未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不能生长,故两者无法区分;含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长,故两者也无法区分,但前者细胞内还含有四环素抗性基因,而后者细胞内含有的重组质粒在插入目的基因时四环素抗性基因被破坏,因此在含有四环素的固体培养基上前者能生长,后者不能生长。答案:(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,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)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素(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。解析:(3)噬菌体侵染受体细胞后,在受体细胞内利用受体细胞的脱氧核苷酸来进行DNA复制。答案:(3)受体细胞题后提升载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞具有抵抗相应抗生素的能力,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以筛选出转入载体的受体细胞,具体示例如图所示:考点二基因工程的基本操作程序(含PCR技术)及应用研析教材内化基本概念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:主要指编码的基因,也可以是一些具有作用的因子。蛋白质DNA从中获取②三种获取方法利用扩增目的基因利用合成仪用调控基因文库PCR技术化学方法人工合成(2)基因表达载体的构建——核心步骤①构建基因表达载体的目的a.使目的基因在。b.使目的基因和发挥作用。②基因表达载体的组成及作用受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代表达启动子转录标记基因目的基因的受体细胞③基因表达载体的构建过程(3)将目的基因导入受体细胞①转化含义:1。②转化方法生物类型植物动物微生物受体细胞体细胞1大肠杆菌或酵母菌等常用方法、基因枪法、花粉管通道法11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受精卵农杆菌转化法显微注射法感受态细胞法(4)目的基因的检测与鉴定①检测:分子水平a.检测是否导入目的基因:DNA分子杂交技术(与转基因生物DNA杂交)。b.检测是否转录:(DNA探针与转基因生物)杂交。c.检测是否翻译:杂交。②鉴定(个体水平)生物性状的表达与否:目的基因是否表达。DNA探针分子杂交技术mRNA抗原—抗体【深挖教材】(1)将目的基因导入受体细胞整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,能否稳定遗传?说明理由。提示:一般不能。因为仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,细胞分裂可能导致目的基因丢失,因此无法稳定遗传。(2)动物基因工程中,为何常选用动物的受精卵作为受体细胞?提示:受精卵的全能性高,能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。2.PCR技术(1)原理:。(2)条件①模板:。②酶:酶。③引物:分别与单链相应互补序列结合。④原料:分别为。DNA双链复制DNA母链TaqdCTP、dATP、dGTP、dTTP(3)过程(如图)①变性:当温度上升到℃以上时,双链DNA解聚为单链,如图。②复性:温度下降到℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合,如图。③延伸:℃左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,在引物作用下合成子链,如图。(4)结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在中完成的。901502723PCR扩增仪3.基因工程的应用(1)植物基因工程:培育转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物,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。(3)基因治疗:把导入病人体内,使其表达产物发挥作用,从而治疗疾病,分为和。抗虫生长速度药物供体正常基因体内基因治疗体外基因治疗思考探究培养科学思维1.用箭头及简要的文字简述基因组文库和部分基因文库构建过程。提示:基因组文库的构建过程为某种生物全部DNA许多DNA片段受体菌群体。部分基因文库的构建过程为某种生物发育的某个时期的mRNAcDNA受体菌群体。2.为什么不同生物的基因可以拼接起来?提示:基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质;(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。3.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达?提示:外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位;(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向;(3)生物界共用一套遗传密码。4.归纳目的基因检测与鉴定方法DNA抗原-抗体接种剖析题型提升核心素养题型一基因工程的操作过程分析1.(2017·全国Ⅰ卷)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,