第13章第35講基因工程

1現(xiàn)代生物科技專題第十三章第講352知識(shí)內(nèi)容要求基因工程(1)基因工程的誕生(2)基因工程的原理和技術(shù)(3)基因工程的應(yīng)用(4)蛋白質(zhì)工程ⅠⅡⅡⅠ3知識(shí)內(nèi)容要求克隆技術(shù)(1)植物的組織培養(yǎng)(2)動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)和體細(xì)胞克隆(3)細(xì)胞融合與單克隆抗體ⅡⅠⅡ胚胎工程(1)動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(chǔ)(2)胚胎干細(xì)胞的移植(3)胚胎工程的應(yīng)用ⅠⅠⅡ4知識(shí)內(nèi)容要求生物技術(shù)的安全性和倫理問題(1)轉(zhuǎn)基因生物的安全性(2)生物武器對(duì)人類的威脅(3)生物技術(shù)中的倫理問題ⅠⅠⅠ生態(tài)工程(1)簡述生態(tài)工程的原理(2)生態(tài)工程的實(shí)例ⅡⅠ5在以往的高考題中，本章的考查常為材料分析題，并且大多數(shù)材料都屬于當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿，這就要求考生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的時(shí)候多關(guān)注相關(guān)信息的收集和整理。2010年開始廣東地區(qū)開始理科綜合測試，本章內(nèi)容的綜合性以及與必修本的聯(lián)系及結(jié)合會(huì)更強(qiáng)，教師和考生備考時(shí)應(yīng)多注意這個(gè)方面的訓(xùn)練。本章知識(shí)屬于必修模塊知識(shí)的提升和應(yīng)用，且本模塊都是以工程作為專題的，所以知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯聯(lián)系相當(dāng)緊密，這就要求考生在學(xué)習(xí)本章時(shí)要理清相關(guān)工程的實(shí)質(zhì)，并從事物的核心原理上把握知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯，從而理解知識(shí)，形成應(yīng)用能力和遷移能力。67891011121.限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶(1)限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別DNA分子中特定的

，所以通過限制性內(nèi)切酶形成的DNA片段不一定是完整的基因，需要進(jìn)行

，但這些DNA片段末端的脫氧核苷酸序列是

，這也說明了酶具有

性。(2)限制性內(nèi)切酶切出的DNA片段有

.末端和

末端。脫氧核苷酸序列篩選相同的專一性平黏性13(3)限制性內(nèi)切酶斷裂的是DNA分子中

.的鍵，若是從一條DNA分子中切出一個(gè)完整的基因，那么需要斷裂

個(gè)這樣的鍵。(4)DNA連接酶連接的是

鍵。磷酸二酯4磷酸二酯142.基因運(yùn)載體的條件(1)要保證能和目的基因進(jìn)行連接，所以運(yùn)載體上必須有

。(2)運(yùn)載體的目的是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，所以目的基因應(yīng)當(dāng)能夠在受體細(xì)胞中

，并且能

，以防止重組DNA丟失。(3)為了方便檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞并表達(dá)，運(yùn)載體最好有

存在。多個(gè)相應(yīng)的酶切位點(diǎn)存在自我復(fù)制標(biāo)記基因153.基因工程的一般操作過程(1)獲取目的基因①酶切法a.酶切法首先要求DNA分子中有

.存在，然后利用

將DNA分子在特定的酶切位點(diǎn)切成多個(gè)DNA片段。b.由于限制性內(nèi)切酶具有專一識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列的特性，所以切出來的DNA片段的末端都是

，需要進(jìn)行

，才能得到目的基因。目的基因限制性內(nèi)切酶一樣篩選16②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因使用PCR技術(shù)的前提是要有

，其結(jié)果是產(chǎn)生更多的目的基因。原理

。③人工合成法a.如果知道氨基酸的序列，通過推測計(jì)算出來的目的基因的脫氧核苷酸序列可能有好多種，其原因是

。b.通過逆轉(zhuǎn)錄形成的目的基因的脫氧核苷酸序列具有惟一性，其原因是逆轉(zhuǎn)錄的過程中遵循

原則。目的基因DNA復(fù)制一種氨基酸對(duì)應(yīng)多種密碼子堿基互補(bǔ)配對(duì)17(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建①首先用

將運(yùn)載體切出一個(gè)具有相同末端的切口。②用

將目的基因和運(yùn)載體的末端進(jìn)行連接。③基因表達(dá)載體的基本組成為

、

、

、

。④意義：基因工程的

。同一種限制性內(nèi)切酶DNA連接酶目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因核心18(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入重組運(yùn)載體的方法也不同，植物通常使用

，動(dòng)物使用

。(4)目的基因的檢測和鑒定①導(dǎo)入檢測使用的是DNA探針，其中DNA探針的實(shí)質(zhì)是

。②表達(dá)檢測既可以檢測

的產(chǎn)物，也可以檢測的產(chǎn)物

。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法DNA分子單鏈翻譯轉(zhuǎn)錄195.蛋白質(zhì)工程基因工程原則上只能生產(chǎn)

.是

蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程是以

的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過

或

，對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或者制造出一種新的蛋白質(zhì)的工程技術(shù)。正常基因自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能基因修飾基因合成4.基因工程的應(yīng)用治療遺傳病的有效手段是基因治療，其實(shí)質(zhì)就是把

導(dǎo)入人體內(nèi)，使其表達(dá)的產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。20

1.質(zhì)?；蛘哌\(yùn)載體作為目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的工具，必須具備下列要求：(1)能夠在受體細(xì)胞中存在；(2)能夠隨著受體細(xì)胞DNA的復(fù)制而復(fù)制；(3)有特定的酶切位點(diǎn)，能夠和目的基因連接；(4)通常具有標(biāo)記基因，便于目的基因的檢測和表達(dá)。準(zhǔn)確把握每種需求的意義是解題的關(guān)鍵。2.限制性核酸內(nèi)切酶是將DNA切成片段，而DNA連接酶的作用與之相反，是將多個(gè)DNA片段連接成一個(gè)DNA，作用的化學(xué)鍵都是一樣的，都是磷酸二酯鍵。21

下圖示限制酶切割某DNA分子的過程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)是(

)22A.CTTAAG，切點(diǎn)在C和T之間B.CTTAAG，切點(diǎn)在G和A之間C.GAATTC，切點(diǎn)在G和A之間D.GAATTC，切點(diǎn)在C和T之間23由題意知，該限制酶識(shí)別的核苷酸序列是GAATTC，專一切點(diǎn)是G和A。切出的兩個(gè)完全相同的黏性末端是AATT和AATT，兩個(gè)黏性末端的關(guān)系是堿基互補(bǔ)配對(duì)，解決此類型題的規(guī)律是DNA限制性內(nèi)切酶具有專一性，專一識(shí)別特定的核苷酸序列和酶切位點(diǎn)，切出的DNA片段具有兩個(gè)完全一樣的黏性末端，并且這兩個(gè)黏性末端堿基互補(bǔ)配對(duì)。B24下列黏性末端屬于同一限制酶切割而成的是()A.①②B.①③C.①④D.②③

B25首先判定相同的黏性末端才是由同一種限制酶切出的，然后要判定相同的兩個(gè)黏性末端上的堿基是否互補(bǔ)配對(duì)。26質(zhì)粒之所以能做基因工程的運(yùn)載體，是由于它()A.含蛋白質(zhì)，從而能完成生命活動(dòng)B.能夠自我復(fù)制，而保持連續(xù)性C.是RNA，能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成D.具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠攜帶目的基因質(zhì)粒存在于細(xì)菌和酵母菌等生物內(nèi)，是一種很小的環(huán)狀DNA，上有標(biāo)記基因，便于在受體細(xì)胞中檢測。質(zhì)粒在受體細(xì)胞中能隨受體細(xì)胞的DNA復(fù)制而復(fù)制，進(jìn)行目的基因的檢測和表達(dá)。B27作為基因的運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件及理由是()A.能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因B.具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá)C.具有某些標(biāo)記基因，以便于目的基因的表達(dá)D.能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，以便于進(jìn)行篩選A28多個(gè)酶切位點(diǎn)的存在是為了和目的基因的連接，而不是便于目的基因的表達(dá)，便于目的基因的表達(dá)則需要運(yùn)載體能夠隨著受體細(xì)胞內(nèi)DNA的復(fù)制而復(fù)制；標(biāo)記基因的需求是為了便于目的基因的檢測和表達(dá)。29DNA連接酶催化的反應(yīng)是()A.DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈之間形成氫鍵B.黏性末端堿基之間形成氫鍵C.兩個(gè)DNA片段黏性末端之間的縫隙的連接D.A、B、C都不正確由于DNA連接酶的功能是將兩個(gè)DNA片段連接起來形成一個(gè)DNA片段，所以連接的是磷酸二酯鍵，而不是兩條DNA分子單鏈堿基之間的氫鍵。C30“分子手術(shù)刀”切割DNA時(shí)，切開的結(jié)構(gòu)是()A.氫鍵B.共價(jià)鍵C.二硫酯鍵D.磷酸二酯鍵“分子手術(shù)刀”切割DNA的結(jié)果是將一段DNA從特點(diǎn)的位點(diǎn)切成多個(gè)DNA片段，所以“分子手術(shù)刀”打開的是一條單鏈中相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵——磷酸二酯鍵。D31正確表示基因操作“四步曲”的是()A.提取目的基因→目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→目的基因的檢測和表達(dá)B.目的基因的檢測和表達(dá)→提取目的基因→目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞C.提取目的基因→目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測和表達(dá)D.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→提取目的基因→目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測和表達(dá)C32基因操作“四部曲”包括目的基因的獲取、目的基因和運(yùn)載體重構(gòu)成重組運(yùn)載體、重組運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞、目的基因的檢測和表達(dá)；并且這四個(gè)步驟在時(shí)間上和邏輯上具有先后順序。33基因工程的操作步驟，正確的操作順序是()①使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞③檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求④提取目的基因A.③②①④B.②④①③C.④①②③D.③④①②C34關(guān)于基因工程的一般操作順序，考生要從事物的原理出發(fā)，基因工程的實(shí)質(zhì)就是外源基因在受體細(xì)胞中正常表達(dá)，所以首先要獲取目的基因，然后將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，最后要檢測導(dǎo)入是否成功并正常表達(dá)。當(dāng)然在導(dǎo)入時(shí)需要運(yùn)載工具，這就要求將目的基因和運(yùn)載體進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建基因表達(dá)的載體。35目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是()①檢測受體細(xì)胞是否有目的基因②檢測受體細(xì)胞是否有致病基因③檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA④檢測目的基因是否翻譯蛋白質(zhì)A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④C36目的基因的檢測主要有三種：(1)檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針；(2)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了相應(yīng)的mRNA，方法也是使用基因探針與之雜交；(3)檢測目的基因是否翻譯成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，常用方法是抗原—抗體雜交，檢測雜交帶是否出現(xiàn)。37在轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研制過程中，為了檢測抗蟲基因是否成功導(dǎo)入，最簡捷有效的方法是()A.用DNA探針檢測受體細(xì)胞中的目的基因是否存在B.用DNA探針檢測受體細(xì)胞中的目的基因是否轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNAC.直接將培育出的棉株葉片飼喂原本的棉花害蟲D.檢測標(biāo)記基因是否正常地表達(dá)出來C38D選項(xiàng)的標(biāo)記基因雖然是運(yùn)載體上的基因，也很方便檢測，但標(biāo)記基因正常表達(dá)并不表示目的基因就一定正常表達(dá)；ABC三個(gè)選項(xiàng)都是基因工程中檢測目基因的方法，但最簡捷、最有效的就是在個(gè)體生物學(xué)水平上觀察目的基因的表達(dá)結(jié)果。39采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?，培育出了轉(zhuǎn)基因羊。但是，人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中。以下有關(guān)敘述，不正確的是（雙選）(

)A.人體細(xì)胞中凝血因子基因能在山羊細(xì)胞中表達(dá)說明人與動(dòng)物共用一套遺傳密碼子B.可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵C.在該轉(zhuǎn)基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺細(xì)胞，不存在于其他體細(xì)胞中D.人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后，DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNACD40基因工程可以在兩種生物細(xì)胞之間進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移操作，克服物種之間的遠(yuǎn)緣雜交不親和性。動(dòng)物細(xì)胞基因表達(dá)載體的導(dǎo)入通常用顯微注射法。轉(zhuǎn)基因羊所有體細(xì)胞中都有人凝血因子基因，在乳腺細(xì)胞中表達(dá)只是基因的選擇表達(dá)的原因，轉(zhuǎn)錄的酶應(yīng)該是RNA聚合酶。4121世紀(jì)被認(rèn)為是生物的世紀(jì)，目前基因芯片可以在很短時(shí)間內(nèi)觀察病變細(xì)胞，并分析出數(shù)種由于基因變異而引起的疾病。以下與基因芯片有關(guān)的敘述中，不正確的是()A.利用基因芯片可以進(jìn)行基因鑒定B.基因芯片可以檢測變異基因C.基因芯片可以改造變異基因D.基因芯片技術(shù)能識(shí)別堿基序列C42基因芯片的本質(zhì)是DNA探針或cDNA；基因芯片的測序原理是雜交測序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測定的方法，可以檢測和鑒定特定的基因序列，但是不能改造基因。43

【真題1】(10·江蘇)下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因植物的敘述中，正確的是()A．轉(zhuǎn)入到油菜的抗除草劑基因，可能通過花粉傳入環(huán)境中B．轉(zhuǎn)抗蟲基因的植物不會(huì)導(dǎo)致昆蟲群體抗性基因頻率增加C．動(dòng)物的生長激素基因轉(zhuǎn)入植物后不能表達(dá)D．如轉(zhuǎn)基因植物的外源基因來源于自然界，則不存在安全性問題44

【解析】本題考查了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性問題。轉(zhuǎn)入到油菜的基因，可以通過花粉傳入環(huán)境中，A項(xiàng)正確；由于植物與害蟲間是相互選擇的，轉(zhuǎn)抗蟲基因植物可使昆蟲群體抗性基因頻率增加，B項(xiàng)錯(cuò)誤；動(dòng)物生長激素基因轉(zhuǎn)入植物后也能表達(dá)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性問題，要通過驗(yàn)證才能得到證實(shí)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。A45【真題2】(10·江蘇)下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問題：46(1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有______個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。(2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越______。0、2高47(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是__________________________________________________。(4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止_________________________________________________________。(5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入__________酶。SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化DNA連接48(6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了______________________________。(7)為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在________________________的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以完成目的基因表達(dá)的初步檢測。鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞蔗糖為唯一含碳營養(yǎng)物質(zhì)49

【解析】本題考查基因工程的限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)。(1)質(zhì)粒切割前是雙鏈環(huán)狀DNA分子，所有磷酸基團(tuán)參與形成磷酸二酯鍵，故不含游離的磷酸基團(tuán)。從圖1可以看出，質(zhì)粒上只含有一個(gè)SmaⅠ的切點(diǎn)，因此被該酶切割后，質(zhì)粒變?yōu)榫€性雙鏈DNA分子，因每條鏈上含有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，因此切割后含有兩個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。50(2)由題目可知，SmaⅠ識(shí)別的DNA序列只有G和C，而G和C之間可以形成三個(gè)氫鍵，A和T之間可以形成兩個(gè)氫鍵，所以SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，熱穩(wěn)定性就越高。(3)質(zhì)粒抗生素抗性基因?yàn)闃?biāo)記基因，由圖2可知，標(biāo)記基因和外源DNA的目的基因中均含有SmaⅠ酶切位點(diǎn)，都可以被SmaⅠ破壞，故不能使用該酶剪切質(zhì)粒和含有目的基因的外源DNA。51(4)只使用