高考生物一輪專題復(fù)習(xí)選修3專題1基因工程

1、高考生物一輪專題復(fù)習(xí)選修3專題1基因工程一、基因工程的概念理解1.供體:提供_;2.操作環(huán)境:_;3.操作水平:_;4.原理:_;5.受體:表達(dá)目的基因;6.本質(zhì):性狀在_體內(nèi)表達(dá);7.優(yōu)點(1)與雜交育種相比:克服了_的障礙。(2)與誘變育種相比:_改造生物遺傳性狀。目的基因體外分子水平基因重組受體遠(yuǎn)緣雜交不親和定向二、DNA重組技術(shù)的基本工具1.限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱:_)(1)來源:主要是從_生物中分離純化出來的。(2)作用:識別特定的_并切開相應(yīng)兩個核苷酸之間的_。(3)結(jié)果:產(chǎn)生_或平末端。2.DNA連接酶(1)種類:按來源可分為EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶。(2)作用:

2、在兩個核苷酸之間形成磷酸二酯鍵以連接_。限制酶原核核苷酸序列磷酸二酯鍵黏性末端兩段DNA片段3.載體(1)種類:_、噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 能自我復(fù)制(2)質(zhì)粒特點 有一個至多個_ 有特殊的_質(zhì)粒限制酶切割位點標(biāo)記基因三、基因工程的基本操作程序1.目的基因的獲取(1)目的基因:主要是指編碼蛋白質(zhì)的_。(2)獲取方法: 從_中獲取目的基因 利用_擴(kuò)增目的基因 通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成基因基因文庫PCR技術(shù)2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因工程的核心(1)基因表達(dá)載體的組成:_、啟動子、終止子、_。啟動子:a.位置:位于_。b.作用:是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,驅(qū)動基因_,最終獲

3、得所需要的蛋白質(zhì)。終止子:a.位置:位于基因的尾端。b.作用:使_在所需要的地方停止下來。目的基因標(biāo)記基因基因的首端轉(zhuǎn)錄出mRNA轉(zhuǎn)錄(2)構(gòu)建目的:使目的基因在_中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代;使_能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。受體細(xì)胞目的基因3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(1)轉(zhuǎn)化: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_的過程。(2)常用方法(連線):穩(wěn)定和表達(dá)4.目的基因的檢測與鑒定方法檢測或鑒定目的水平DNA分子雜交技術(shù)檢測目的基因的有無_水平分子雜交技術(shù)_目的基因是否翻譯生物性狀的表達(dá)與否_個體水平目的基因是否轉(zhuǎn)錄抗原-抗體雜交技術(shù)目的基因是否表達(dá)分子四、基因工程的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因植物植物

4、基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病、_和抗鹽堿等),以及改良_和利用植物_等方面。2.轉(zhuǎn)基因動物動物基因工程在動物品種改良、建立_、器官移植等方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景。抗干旱農(nóng)作物的品質(zhì)生產(chǎn)藥物生物反應(yīng)器3.基因工程藥物(1)來源:轉(zhuǎn)基因的_。(2)成果:細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。(3)作用:用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、_、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。4.基因治療(1)方法:把_導(dǎo)入病人體內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能。(2)效果:治療_的最有效的手段。(3)分類:_和體外基因治療。工程菌遺傳病正?；蜻z傳病體內(nèi)基因治療五、蛋白質(zhì)工程1.概念理解

5、(1)基礎(chǔ):蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。(2)操作:_或基因合成。(3)結(jié)果:改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出_。(4)目的:滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。2.操作過程從預(yù)期的_出發(fā)設(shè)計預(yù)期的_推測應(yīng)有的_找到相對應(yīng)的_(基因)基因表達(dá)產(chǎn)生需要的蛋白質(zhì)?；蛐揎椥碌牡鞍踪|(zhì)蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列脫氧核苷酸序列1.限制酶只能用于切割目的基因。( )【分析】限制酶既能用于切割目的基因,也能用于切割載體。2. DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來。( )【分析】DNA連接酶連接的是兩個雙鏈DNA片段之間的磷酸二酯鍵。3.EcoliDNA連接酶既可以連接平末端,又可以連接黏性末端。(

6、 )【分析】EcoliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段的黏性末端連接起來,不能將雙鏈DNA片段的平末端進(jìn)行連接。4.質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子,是基因工程常用的載體。( )【分析】質(zhì)粒是具有復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子,是基因工程常用的載體。5.載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中,使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。( )【分析】基因工程中利用載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中并使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。6.蛋白質(zhì)工程可按照人的意愿生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。( )【分析】蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生理功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足

7、人類的生產(chǎn)和生活的需要。7.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。( )【分析】蛋白質(zhì)工程包含多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域,但它是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程?？键c一 基因工程的工具 1.限制酶和DNA連接酶的關(guān)系(1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。(3)限制酶是一類酶,而不是一種酶。(4)DNA連接酶起作用時,不需要模板。2.作為載體的條件條件適應(yīng)性穩(wěn)定并能復(fù)制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大有一個至多個限制酶切割位點可攜帶多個或多種外源基因具有特殊的標(biāo)記基因便于重

8、組DNA的鑒定和選擇【拓展延伸】與DNA有關(guān)的五種酶的比較 作用底物作用部位形成產(chǎn)物限制酶DNA分子磷酸二酯鍵黏性末端或平末端DNA連接酶DNA片段磷酸二酯鍵重組DNA分子DNA聚合酶脫氧核苷酸磷酸二酯鍵子代DNA解旋酶DNA分子堿基對間的氫鍵形成脫氧核苷酸單鏈DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯鍵游離的脫氧核苷酸【典例1】(2012江蘇高考)圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列,圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列。現(xiàn)有Msp、BamH、Mbo、Sma4種限制性核酸內(nèi)切酶,它們識別的堿基序列和酶切位點分別為CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。請回答下

9、列問題:(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由連接。(2)若用限制酶Sma完全切割圖1中DNA片段,產(chǎn)生的末端是_末端,其產(chǎn)物長度為。(3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T-A堿基對替換,那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應(yīng)的DNA片段,用限制酶Sma完全切割,產(chǎn)物中共有 種不同長度的DNA片段。(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖(2)平537 bp、790 bp、661 bp(3)4(4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接,形成重組質(zhì)粒,那么應(yīng)選用的限制酶是。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后,為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌,一般需要用添加_的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢

10、測,部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá),其最可能的原因是。(4)BamH抗生素B同種限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接【變式訓(xùn)練】據(jù)圖表回答問題:幾種限制酶識別序列及切割位點表限制酶SmaEcoRPst切割位點CCCGGGGGGCCCGAATTCCTTAAGCTGCAGGACGTC(1)假設(shè)所用的限制酶均能將所識別的位點完全切開,采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA片段,能得到種DNA片段。如果將質(zhì)粒和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切,酶切產(chǎn)物再加入DNA連接酶,其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有、。(2)為了防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載

11、體酶切后的末端任意連接,酶切時應(yīng)該選用的酶是、。答案:(1)4質(zhì)粒質(zhì)粒連接物目的基因目的基因連接物質(zhì)粒目的基因連接物(2)EcoRSma考點二 基因工程的基本操作程序和應(yīng)用 1.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲取:直接分離人工化學(xué)合成:適用于分子較小的基因。從基因文庫中獲取利用PCR技術(shù)擴(kuò)增(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建: 啟動子、終止子基因表達(dá)載體的組成 標(biāo)記基因 目的基因基因表達(dá)載體的構(gòu)建步驟:(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞:生物種類植物動物微生物常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細(xì)胞法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞整合

12、到受體細(xì)胞的染色體DNA上表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純?nèi)÷?受精卵)顯微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物Ca2+處理細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子(4)目的基因的檢測與鑒定:2.基因工程的應(yīng)用(1)乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較:比較項目乳腺生物反應(yīng)器工程菌基因結(jié)構(gòu)動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器,產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動物的受精卵微生物細(xì)胞比較項目乳腺生物反應(yīng)器工程菌導(dǎo)入目的基因的方式顯微

13、注射法感受態(tài)細(xì)胞法生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌,溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌,嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細(xì)胞中提取(2)基因治療與基因診斷:原理操作過程進(jìn)展基因治療基因表達(dá)利用正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,以表達(dá)出正常性狀來治療臨床實驗基因診斷堿基互補(bǔ)配對制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合分析雜交帶情況臨床應(yīng)用【高考警示】(1)限制酶剪切目的基因與質(zhì)粒的次數(shù)不同:獲取一個目的基因需限制酶剪切2次,共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端,切割質(zhì)粒則只需要限制酶剪切1次,因為質(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子,而目的基因在DNA分子鏈上。(2)目的基因的插入

14、位點不是隨意的:基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應(yīng)插入到啟動子與終止子之間的部位。(3)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象:第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA,第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象,第四步存在檢測分子水平雜交。(4)并非所有個體都可作為乳腺生物反應(yīng)器:操作成功的應(yīng)該是雌性個體,個體本身的繁殖速度較高,泌乳量、蛋白含量等都是應(yīng)該考慮的因素?！镜淅?】(2013靖江模擬)許多大腸桿菌的質(zhì)粒上含有l(wèi)acZ基因,其編碼的產(chǎn)物-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在下,可以產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,使菌落呈現(xiàn)藍(lán)色,否則菌落呈現(xiàn)白色?；蚬こ讨谐＠迷撛韽膶?dǎo)入質(zhì)粒

15、的受體細(xì)胞中篩選出真正導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)胞,過程如圖所示。請據(jù)圖回答:(1)基因工程中,構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是。(2)限制酶EcoR的識別序列和切割位點是-GAATTC-,Sma的識別序列和切割位點是-CCCGGG-。圖中目的基因被切割下來和質(zhì)粒連接之前,需在目的基因的右側(cè)連接相應(yīng)的末端,連接的末端序列是,連接過程中需要的基本工具是。(3)轉(zhuǎn)化過程中,大腸桿菌應(yīng)先用 處理,使其處于能吸收周圍DNA的狀態(tài)。(4)菌落顏色為白色的是,原因是。(5)菌落中的目的基因是否表達(dá),可采用的檢測辦法是。(1)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,能遺傳給后代,并表達(dá)和發(fā)揮作用(2)-TTAADNA連接酶 (3)C

16、a2+ (4)菌落lacZ標(biāo)記基因區(qū)插入外源基因后被破壞,不能表達(dá)出-半乳糖苷酶,故菌落為白色 (5)抗原-抗體雜交【變式訓(xùn)練】乳腺生物反應(yīng)器是基于轉(zhuǎn)基因技術(shù)平臺,將外源基因?qū)雱游锘蚪M中并定位表達(dá)于動物乳腺,利用動物乳腺能夠天然、高效合成分泌蛋白。如圖為利用生物工程技術(shù)讓羊生產(chǎn)治療心臟病藥物tPA的大致過程。請據(jù)圖分析回答:(1)圖中表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建,該載體的組成通常有外源基因、等。(2)圖中過程選擇受精卵作為tPA基因受體細(xì)胞的主要原因是。(3)圖中表示檢測與篩選過程,通常采用的方法是、。(4)除利用乳腺、膀胱等生物反應(yīng)器外,人們還可以利用、等方法來生產(chǎn)上述物質(zhì),而傳統(tǒng)生產(chǎn)上述藥品

17、是_中提取的,存在的缺點是。答案:(1)啟動子標(biāo)記基因終止子(2)受精卵發(fā)育的全能性最容易表達(dá)(3)分子雜交個體生物學(xué)水平鑒定DNA分子雜交抗原抗體雜交(答對任意兩種即可)(4)工程菌培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)直接從生物組織、細(xì)胞或血液由于受操作條件相對較苛刻等的限制,價格十分昂貴考點三 蛋白質(zhì)工程與基因工程 1.區(qū)別項目蛋白質(zhì)工程基因工程過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒有的

18、蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)2.聯(lián)系(1)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。(2)基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造?！就卣寡由臁康鞍踪|(zhì)組計劃和人類基因組計劃的比較項目蛋白質(zhì)組計劃人類基因組計劃啟動時間2003年正式啟動1990年正式啟動主要內(nèi)容“肝臟蛋白質(zhì)”和“血漿蛋白質(zhì)”的研究測定人類基因組24條染色體上全部DNA序列參加國家16個國家,80多個實驗室6個國家,中國是惟一的發(fā)展中國家項目蛋白質(zhì)組計劃人類基因組計劃我國承擔(dān)任務(wù)牽頭執(zhí)行“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”承擔(dān)1%的測序工作意義揭示并確認(rèn)肝臟(血漿)蛋白質(zhì),為重大疾病預(yù)防、診斷、治療以及新藥

19、研發(fā)提供科學(xué)基礎(chǔ);推動支持蛋白質(zhì)工程遺傳病的診斷和治療,揭示基因表達(dá)的機(jī)理【典例3】現(xiàn)代生物技術(shù)并不是各自獨立的,而是相互聯(lián)系、相互滲透的。如圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)某種動物蛋白的流程示意圖,請分析回答:(1)該生產(chǎn)流程中應(yīng)用到的現(xiàn)代生物技術(shù)有、。(寫出其中兩種)(2)圖中A、B分別表示、。(3)為提高培育成功率,進(jìn)行過程之前,對早期胚胎的處理是取其部分細(xì)胞用目的基因探針進(jìn)行檢測,對受體動物的處理是用進(jìn)行同期發(fā)情處理。(4)蛋白質(zhì)工程中,要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造,必須通過基因修飾或基因合成來完成,而不直接改造蛋白質(zhì),原因是。答案:(1)蛋白質(zhì)工程基因工程胚胎移植技術(shù)(任寫兩種)(2)推測

20、應(yīng)有的氨基酸序列基因表達(dá)載體(3)DNA(核酸)分子雜交促性腺激素(4)改造后的基因能夠遺傳(且改造基因易于操作)【變式訓(xùn)練】胰島素可以用于治療糖尿病,但是胰島素被注射到人體后,會堆積在皮下,要經(jīng)過較長的時間才能進(jìn)入血液,而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解,因此,治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程,請據(jù)圖回答有關(guān)問題:(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是。(2)通過DNA合成形成的新基因應(yīng)與結(jié)合后轉(zhuǎn)移到_中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。(3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素,需用到的生物工程有、和發(fā)酵工程。(4)圖中從新胰島素模型到新的胰島素基因

21、合成的基本思路是什么? 。答案:(1)預(yù)期胰島素的功能(2)載體受體細(xì)胞(3)蛋白質(zhì)工程基因工程(4)根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列,推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因1.(2012新課標(biāo)全國卷)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識,回答下列問題:(1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段,其末端類型有和。(2)質(zhì)粒載體用EcoR切割后產(chǎn)生的片段如下: AATTCG GCTTAA為使載體與目的基因相連,含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外,還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割,該酶必須具有的特點是 。(3)按其來源不同,基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類,即DNA連接酶和DNA連接酶。(4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是,產(chǎn)物是。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,常采用技術(shù)。(5)基因工程中除質(zhì)粒外,和也可作為載體。(6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,一般情況下,不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細(xì)胞,原因是。答案:(1)黏性末端平末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoR切割產(chǎn)生的相同(3)EcoliT4(4