高三生物復(fù)習(xí)研討會(huì)：“基因工程”專題的備考復(fù)習(xí)策略及配套練習(xí)

1、高三生物復(fù)習(xí)研討會(huì)“基因工程”專題的備考復(fù)習(xí)策略及配套練習(xí)本專題復(fù)習(xí)目標(biāo)： 基因工程的誕生（等級(jí)要求：a） 基因工程的原理及技術(shù)（等級(jí)要求：a） 基因工程的應(yīng)用（等級(jí)要求：b） 蛋白質(zhì)工程（等級(jí)要求：a）本專題復(fù)習(xí)指導(dǎo)思想：基因工程在內(nèi)容上和必修2教材中的基因工程相似，但是必修2中的基因工程主要側(cè)重于基本原理的闡述，而本專題主要側(cè)重于基因工程基本技術(shù)及應(yīng)用前景的介紹，4個(gè)考點(diǎn)中有2個(gè)要求為，是選修3中的一重要命題領(lǐng)域?？v觀近幾年高考中，命題主要集中在“基因工程的原理、技術(shù)和應(yīng)用”，賦分比重較大。 本專題復(fù)習(xí)策略為熟記結(jié)論性語句，突出重難點(diǎn)，強(qiáng)化習(xí)題訓(xùn)練。著眼于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，使知識(shí)由點(diǎn)到線到面，

2、達(dá)到融會(huì)貫通。并提高學(xué)生分析問題，綜合處理問題的能力。本專題復(fù)習(xí)要點(diǎn)：本專題的重點(diǎn)就是基因工程的原理、技術(shù)及其應(yīng)用，這是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn)，也是我們復(fù)習(xí)的重點(diǎn)。本專題的知識(shí)可歸納如下：一、基因工程的概念1.基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外dna重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在dna分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做dna重組技術(shù)。2. 理論基礎(chǔ) dna是遺傳物質(zhì)的證明 dna雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立遺傳密碼的破譯3.技術(shù)支持 基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 工具酶的發(fā)現(xiàn) dna合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)現(xiàn) dna體外重組的實(shí)現(xiàn)

3、重組dna表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的問世 pcr技術(shù)的發(fā)明二、基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從微生物中分離純化出來的（2）功能：能夠識(shí)別雙鏈dna分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的dna片段末端通常有兩種形式即黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”dna連接酶(1)兩種dna連接酶（ecolidna連接酶和t4-dna連接酶）的比較：相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：ecolidna連接酶來源于t4噬菌體，只能將雙鏈dna片段互補(bǔ)的黏性末端之間的

4、磷酸二酯鍵連接起來；而t4dna連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。(2)與dna聚合酶作用的異同:dna聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。dna連接酶是連接兩個(gè)dna片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存；具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源dna片段插入；具有標(biāo)記基因，供重組dna的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀dna分子。（3）其它載體：噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒三、基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的

5、獲取1.目的基因是指：編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因2.目的基因的獲取方法： 從供體細(xì)胞直接提取主要是原核生生物基因 從基因文庫(kù)中獲取 利用mrna反轉(zhuǎn)錄形成 利用pcr擴(kuò)增技術(shù) 人工化學(xué)法合成3.pcr技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）原理：dna復(fù)制（2）過程：加熱至9095dna解鏈冷卻到5560，引物結(jié)合到互補(bǔ)dna鏈加熱至7075，熱穩(wěn)定dna聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成。第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建1.構(gòu)成：目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的dna片段，位于基因的首端，是rna聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，能啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mrna，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)

6、的dna片段 ，位于基因的尾端，終止基因的轉(zhuǎn)錄。（3）標(biāo)記基因：一段特殊的基因序列，主要是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。2.構(gòu)建：以質(zhì)粒作載體為例第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1.轉(zhuǎn)化：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：受體細(xì)胞不同導(dǎo)入方法有所不同植物細(xì)胞：最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等，受體細(xì)胞可以是植物體細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞：最常用的是顯微注射技術(shù)，受體細(xì)胞多是受精卵微生物細(xì)胞：先用ca2+ 處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，再將重組表達(dá)載體dna分子溶于緩沖

7、液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收dna分子，完成轉(zhuǎn)化過程，受體細(xì)胞多為大腸桿菌第四步：目的基因的檢測(cè)和表達(dá)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體dna上是否插入了目的基因dna分子雜交檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mrna用標(biāo)記的目的基因作探針與mrna雜交檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原抗體雜交有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定，如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。特別提醒：在基因工程操作步驟中，只有第三步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不需要堿基互補(bǔ)配對(duì)，其余三個(gè)步驟都涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。四、基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的

8、抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。提高抗逆性常用抗蟲基因：用于抗蟲（殺蟲）的基因主要是bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。常用抗病基因：抗病毒基因病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因抗真菌基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因其他抗逆基因：環(huán)境條件對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)會(huì)造成很大影響，并且這些影響是多方面的，因此，抗逆性基因也有多種多樣，如抗鹽堿和干旱的調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。改良植物品質(zhì)由于人們的食品含有的營(yíng)養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對(duì)食品的要求，可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來不

9、能合成的物質(zhì)。如科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。生產(chǎn)藥物基因工程不但促進(jìn)了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、人生長(zhǎng)激素、人腦激素、干擾素、乙肝疫苗、蛋白c、組織血纖維蛋白溶酶原激活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實(shí)現(xiàn)商品化。此外，還有促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或臨床試驗(yàn)階段。動(dòng)物基因工程的應(yīng)用用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度：由于外援生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快，將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物

10、的生長(zhǎng)速率，如轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚。用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如有些人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，這樣所獲得的牛奶其它成分不受影響，但乳糖的含量大大減低。用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體：目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性的難題，用其它動(dòng)物的器官替代，又會(huì)出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對(duì)一些動(dòng)物的器官進(jìn)行改造，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官?；蛑委煾拍睿喊颜；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。方法：

11、體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因治療。過程（以鐮刀形細(xì)胞貧血癥的治療為例）步驟過程獲取正常的血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的dna分子中切取血紅蛋白基因形成重組載體用同一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體dna上切開一個(gè)切口，用dna連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載體dna上，形成重組載體重組載體的轉(zhuǎn)化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的造血干細(xì)胞中，并將重組載體插入到染色體。

12、用選擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒的造血干細(xì)胞。將含正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞回輸給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞輸入患者骨髓中，此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細(xì)胞，以根治鐮刀形細(xì)胞貧血癥五、蛋白質(zhì)工程1.實(shí)質(zhì)：根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，通過改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)。2.基本原理預(yù)期蛋白質(zhì)功能測(cè)定蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）合成具有預(yù)期功能的蛋白質(zhì)3.應(yīng)用通過改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性合成嵌合抗體改變蛋白質(zhì)的活性4.蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程基因工程實(shí)質(zhì)通過

13、改造基因，以定向改造或生產(chǎn)人來需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得符合人類需要的生物類型會(huì)生物產(chǎn)品結(jié)果可以合成自然界不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系來蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程配套練習(xí)一、例題解析：例1：（2009浙江理綜）下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是（ ）a目的基因和受體細(xì)胞均可來自動(dòng)、植物或微生物b限制性核酸內(nèi)切酶和dna連接酶是兩類常用的工具酶c人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性d載體上的抗性基因有利于篩選含重組dna的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)【答案】 d例2:（2008江蘇）將動(dòng)物致病菌的抗原

14、基因?qū)腭R鈴薯制成植物疫苗，飼喂轉(zhuǎn)基因馬鈴薯可使動(dòng)物獲得免疫力。以下是與植物疫苗制備過程相關(guān)的圖和表。請(qǐng)根據(jù)以上圖表回答下列問題。（1）在采用常規(guī)pcr方法擴(kuò)增目的基因的過程中，使用的dna聚合酶不同于一般生物體內(nèi)的dna聚合酶，其最主要的特點(diǎn)是 。（2）pcr過程中退火（復(fù)性）溫度必須根據(jù)引物的堿基數(shù)量和種類來設(shè)定。表1為根據(jù)模板設(shè)計(jì)的兩對(duì)引物序列，圖2為引物對(duì)與模板結(jié)合示意圖。請(qǐng)判斷哪一對(duì)引物可采用較高的退火溫度？ 。（3）圖1步驟所用的dna連接酶對(duì)所連接的dna兩端堿基序列是否有專一性要求？ 。（4）為將外源基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯，圖1步驟轉(zhuǎn)基因所用的細(xì)菌b通常為 。（5）對(duì)符合設(shè)計(jì)要求的重組

15、質(zhì)粒t進(jìn)行酶切，。假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開，請(qǐng)根據(jù)圖1中標(biāo)示的酶切位點(diǎn)和表2所列的識(shí)別序列，對(duì)以下酶切結(jié)果作出判斷。采用ecor和pst酶切，得到 種dna片斷。采用ecor和sma酶切，得到 種dna片斷?！敬鸢浮磕透邷?引物對(duì)b 否 農(nóng)桿菌 2 1二、鞏固練習(xí)：（一）、選擇題1我國(guó)自主研制的復(fù)制型艾滋病疫苗，是把艾滋病病毒rna的幾個(gè)重要片段逆轉(zhuǎn)錄后插入天花病毒dna中，形成重組病毒疫苗。該疫苗在人體內(nèi)具有復(fù)制能力，產(chǎn)生的抗原蛋白可以持續(xù)刺激免疫系統(tǒng)，使人產(chǎn)生較強(qiáng)的免疫能力。在該疫苗研制過程中a運(yùn)用了rna病毒容易突變的特點(diǎn)b運(yùn)用基因工程手段，用質(zhì)粒作載體c可用利用培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞

16、培養(yǎng)天花病毒d體現(xiàn)了天花病毒的間接使用價(jià)值2下圖表示細(xì)胞膜上乙酰膽堿（一種神經(jīng)遞質(zhì)）受體基因的克隆技術(shù)操作過程，相關(guān)分析正確的是a獲得該mrna的最佳材料是受精卵b完成過程必不可少的酶分別是反轉(zhuǎn)錄酶、dna聚合酶c構(gòu)建基因表達(dá)載體最可能使用的載體是大腸桿菌d探針篩選的目的是淘汰被感染的細(xì)菌，獲得未被感染的細(xì)菌3下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述，不正確的是（ ）a實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系b基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)c蛋白質(zhì)工程是對(duì)蛋白質(zhì)分子的直接改造d蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程4（多選）用人的胰高血糖素基因制成的dna探針，檢測(cè)下列物質(zhì)，可能形

17、成雜交分子的是a人胰島a細(xì)胞中的dna b人胰島a細(xì)胞中的mrnac人胰島b細(xì)胞中的dna d人胰島b細(xì)胞中的mrna（二）、非選題5科學(xué)家從預(yù)期人的生長(zhǎng)激素的功能出發(fā)，推測(cè)相應(yīng)的脫氧核苷酸序列，并人工合成了雙鏈dna片段，獲得雙鏈dna?？茖W(xué)家將人的生長(zhǎng)激素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒進(jìn)行重組，并成功地在大腸桿菌中得以表達(dá)。已知限制酶i的識(shí)別序列和切點(diǎn)是一ggatcc一，限制酶的識(shí)別序列和切點(diǎn)是 gatc一。據(jù)圖回答：(1)建構(gòu)基因表達(dá)載體時(shí)，必須有 、目的基因、終止子以及 。(2)為了精確地獲取圖中的目的基因，所用的限制性內(nèi)切酶是 。(3)將基因表達(dá)載體導(dǎo)入細(xì)菌b之前，要將細(xì)菌b放入一定濃度的 溶

18、液中處理，使之成為感受態(tài)的細(xì)菌。人的基因之所以能與大腸桿菌的質(zhì)粒進(jìn)行重組并發(fā)揮其功能，是因?yàn)槎叩目臻g結(jié)構(gòu)都是 。(4)人體的生長(zhǎng)激素基因能在細(xì)菌體內(nèi)成功表達(dá)是因?yàn)?。(5)將得到的大腸桿菌b涂布在一個(gè)含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能夠生長(zhǎng)的，說明已導(dǎo)入了 ，反之則沒有導(dǎo)入。(6)上述制備人的生長(zhǎng)激素，運(yùn)用的現(xiàn)代生物工程技術(shù)是 。 6目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的 人工質(zhì)粒，pbr322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖一所示。(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于_。(2)pbr322分子中有單個(gè)ecor i限制酶作用位點(diǎn)，ecor 1只能識(shí)別序列一gaattc一，并只能在g與a之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)ecor i的切點(diǎn)，請(qǐng)畫出目的基因兩側(cè)被限制酶ecor i切割后所形成的黏性末端。_(3)pbr322分子中另有單個(gè)的bamhi限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)bamhi處理后的質(zhì)粒與用另一種限制酶bgi處理得到的目的基因，通過dna連接酶作用恢復(fù)_ 鍵，成功的獲得了重組質(zhì)粒。說明_ 。(4)為了檢測(cè)上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無ampr和tetr的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的