2023高考生物二輪復(fù)習(xí)-專題九-現(xiàn)代生物科技專題-考點(diǎn)1-基因工程學(xué)案

考點(diǎn)1基因工程1．基因工程的3種基本工具(1)限制性核酸內(nèi)切酶：識別特定核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)上切割DNA分子。(2)DNA連接酶：①E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端；②T4DNA連接酶能連接黏性末端和平末端。(3)載體：①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在并大量復(fù)制；②有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)；③具有特殊的標(biāo)記基因，以便對含目的基因的受體細(xì)胞進(jìn)行篩選。提醒(1)限制酶≠DNA酶≠解旋酶限制酶是切割某種特定的脫氧核苷酸序列，并使兩條鏈在特定的位置斷開；DNA酶是將DNA水解為基本組成單位；解旋酶是將DNA的兩條鏈間的氫鍵打開形成兩條單鏈。(2)使用限制酶的注意點(diǎn)：a.一般用同種限制酶切割載體和目的基因；b.不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。(3)DNA連接酶≠DNA聚合酶DNA連接酶連接兩個DNA片段，而DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上。2．基因工程的操作流程(1)目的基因的獲?。孩購幕蛭膸熘蝎@取。②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。③化學(xué)方法人工合成。提醒①PCR技術(shù)擴(kuò)增a．原理：DNA雙鏈復(fù)制。b．條件：模板DNA、引物、游離的脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定DNA聚合酶。c．過程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(變性：90～95℃，DNA解鏈,↓,復(fù)性：55～60℃，引物與單鏈DNA結(jié)合,↓,延伸：70～75℃，在熱穩(wěn)定DNA聚合酶Taq酶,作用下合成子鏈))②化學(xué)方法人工合成：已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學(xué)方法合成，不需要模板。(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建——重組質(zhì)粒的構(gòu)建①基因表達(dá)載體的組成②構(gòu)建過程提醒①基因工程中的載體與細(xì)胞膜上的載體不同。②啟動子、終止子a．啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(位于mRNA上)。b．終止子(DNA片段)≠終止密碼子(位于mRNA上)。③目的基因插入位置：啟動子與終止子之間。(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞根據(jù)受體種類確定基因工程的受體細(xì)胞及導(dǎo)入方法。①植物：植物體細(xì)胞或受精卵——導(dǎo)入方法常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法、基因槍法(本法針對單子葉植物)。②動物：受精卵——導(dǎo)入方法為顯微注射法。③微生物：細(xì)菌——導(dǎo)入方法為感受態(tài)法。(4)目的基因的檢測與鑒定的方法①檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞：DNA分子雜交技術(shù)。②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA：分子雜交技術(shù)。③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)：抗原—抗體雜交技術(shù)。④個體生物學(xué)水平鑒定：根據(jù)表達(dá)性狀判斷。3．蛋白質(zhì)工程1．(2023·全國Ⅰ，38)回答下列問題：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)粒可以作為載體外，還證明了________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2＋參與的________方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與______________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是________。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應(yīng)選用________________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加________的抑制劑。答案(1)體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或噬菌體蛋白)細(xì)菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶解析(1)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌中，該過程利用的技術(shù)是基因工程。該研究除了證明質(zhì)?？勺鳛檩d體外，還證明了體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞，真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)等。(2)重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞可采用Ca2＋參與的轉(zhuǎn)化方法；體外重組噬菌體要通過將體外重組的噬菌體DNA和外殼蛋白(或噬菌體蛋白)進(jìn)行組裝獲得；因為噬菌體是專門寄生在細(xì)菌中的病毒，所以宿主細(xì)胞選用細(xì)菌。(3)為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞；在蛋白質(zhì)純化過程中，為防止目的蛋白質(zhì)被降解，需要添加蛋白酶的抑制劑。方法技巧(1)基因工程常用工具有3種——限制酶、DNA連接酶、載體；(2)常用載體有3種——質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒；(3)獲取目的基因有3種方法——基因文庫、PCR擴(kuò)增、人工合成；(4)常用3類受體細(xì)胞及導(dǎo)入方法：植物細(xì)胞——農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；動物細(xì)胞——顯微注射法；微生物細(xì)胞——Ca2＋處理轉(zhuǎn)化法。2．(2023·全國Ⅰ，38)真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達(dá)出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)。回答下列問題：(1)某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若用家蠶作為表達(dá)基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用________________作為載體，其原因是_____________________________________。(3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體，因為與家蠶相比，大腸桿菌具有________________(答出兩點(diǎn)即可)等優(yōu)點(diǎn)。(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質(zhì)是________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，也可以說是基因工程的先導(dǎo)，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列不能被切除，無法表達(dá)出蛋白A(2)噬菌體噬菌體的宿主是細(xì)菌，而不是家蠶(3)繁殖快、容易培養(yǎng)(4)蛋白A的抗體(5)DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體解析(1)細(xì)菌是原核生物，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制，將完整的基因A導(dǎo)入大腸桿菌后，無法表達(dá)出蛋白A。(2)噬菌體是細(xì)菌病毒，專門寄生在細(xì)菌體內(nèi)；家蠶是動物。因此用家蠶作為表達(dá)基因A的受體，不選用噬菌體作為載體。(3)原核生物常作為基因工程中的受體細(xì)胞的原因是繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少，最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌。(4)檢測目的基因A是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉(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。(5)艾弗里實驗表明加熱殺死的S型細(xì)菌的DNA可轉(zhuǎn)入R型菌中，這充分顯示“DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體”，因此，可為基因工程理論的建立提供啟示。方法技巧(1)基因組文庫中目的基因因有內(nèi)含子部分，所以在真、原核細(xì)胞之間只能部分基因可以交流，但cDNA文庫中基因無內(nèi)含子部分，可以在不同物種之間交流。(2)病毒做載體時，運(yùn)載目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞時具有特異性。(3)要提取細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)如mRNA、色素、H2O2酶等要做的是破碎細(xì)胞這一步，常用的方法為研磨，為研磨充分常加SiO2。3．(2023·全國Ⅱ，38)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力。回答下列問題：(1)在進(jìn)行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是_________________________________________________。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是__________________________。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是________________________________________________________________________________________________________。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。(4)當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是__________________。(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。答案(1)嫩葉中基因表達(dá)強(qiáng)烈，相應(yīng)的mRNA多(或嫩葉組織細(xì)胞易破碎)防止提取的mRNA被RNA酶降解(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對原則合成cDNA(3)質(zhì)粒載體中有啟動子、終止子，便于目的基因的表達(dá)；質(zhì)粒中有標(biāo)記基因，便于篩選；質(zhì)粒中含有復(fù)制原點(diǎn)等(4)磷酸二酯鍵(5)幾丁質(zhì)酶基因沒有轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄的mRNA沒有翻譯解析(1)由于嫩葉中幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)錄的mRNA較多，因此在進(jìn)行基因工程操作時，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是防止提取的mRNA被RNA酶降解。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，原理是mRNA可根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是質(zhì)粒載體中有啟動子、終止子，便于目的基因的表達(dá)；質(zhì)粒中有標(biāo)記基因，便于篩選；質(zhì)粒中含有復(fù)制原點(diǎn)等。(4)DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。(5)基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟，若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，其可能的原因是幾丁質(zhì)酶基因沒有轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄的mRNA沒有翻譯。4．(2023·湖北七市教科研協(xié)作體高三聯(lián)考)基因工程是從分子水平對基因進(jìn)行操作，從而實現(xiàn)人們定向改造生物，得到人們所需要的生物性狀或生物產(chǎn)品的技術(shù)。目的基因的獲取是基因工程的第一步，常見的方法是構(gòu)建基因組文庫。請分析并回答下列問題：(1)構(gòu)建基因組文庫的一般步驟：①提取某種生物體內(nèi)的__________________，用適當(dāng)?shù)南拗泼柑幚恚玫揭欢ǚ秶笮〉腄NA片段；②DNA片段分別與載體結(jié)合，得到重組載體；③重組載體導(dǎo)入到________的群體中儲存，基因組文庫構(gòu)建完成。(2)與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。其原因是___________________________________________________________________。(3)載體與DNA片段結(jié)合前，需要使用同種限制酶處理。其目的是________________________________________________________________________。(4)將重組DNA導(dǎo)入受體菌之前，常用________處理，提高導(dǎo)入的成功率。答案(1)①全部DNA或全部基因③受體菌(2)cDNA文庫只能收集到生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉(zhuǎn)錄的基因，而基因組文庫能收集到全部基因(3)以獲得與DNA片段相同的黏性末端(4)Ca2＋解析(1)構(gòu)建基因組文庫的一般步驟為：①提取某種生物體內(nèi)的全部DNA或全部基因，用適當(dāng)?shù)南拗泼柑幚恚玫揭欢ǚ秶笮〉腄NA片段；②DNA片段分別與載體結(jié)合，得到重組載體；③重組載體導(dǎo)入到受體菌的群體中儲存，基因組文庫構(gòu)建完成。(2)cDNA文庫只能收集到生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉(zhuǎn)錄的基因，而基因組文庫能收集到全部基因，因此與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。(3)載體與DNA片段結(jié)合前，需要使用同種限制酶處理，以獲得與DNA片段相同的黏性末端。(4)將重組DNA導(dǎo)入受體菌群之前，常用鈣離子(Ca2＋)處理，以提高導(dǎo)入的成功率。5．(2023·菏澤高三模擬)乙肝病毒是一種DNA病毒。中國的乙肝病毒攜帶者約占總?cè)丝诘?0%。我國科學(xué)家通過基因工程生產(chǎn)出乙型肝炎病毒疫苗，為預(yù)防乙肝提供了有力的保障。回答下列問題：(1)乙肝病毒專一侵染肝細(xì)胞的原因是________________________________________________________________。(2)乙肝病毒的基因組可編碼的蛋白質(zhì)及功能如下：Core蛋白是外殼蛋白；Pre—core與抑制宿主的免疫反應(yīng)有關(guān)；X蛋白與病毒復(fù)制有關(guān)；S蛋白是病毒的包膜蛋白，與病毒進(jìn)入細(xì)胞有關(guān)。通過基因工程生產(chǎn)的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的________________________________________________________________________。(3)通過基因工程生產(chǎn)乙肝疫苗的過程如圖所示：乙肝病毒eq\o(→,\s\up7(①),\s\do5(分離))有關(guān)基因eq\o(→,\s\up7(②),\s\do5(導(dǎo)入))細(xì)菌eq\o(→,\s\up7(③),\s\do5(發(fā)酵))大量生產(chǎn)疫苗a．若要獲得大量的目的基因，可采用PCR技術(shù)進(jìn)行體外擴(kuò)增，該技術(shù)中使用的引物有________________________________________________________________________種，其作用是____________________________________________________________________。b．在①②過程中需使用的工具酶是________________。②過程中常用的載體是________________。c．為提高②過程的轉(zhuǎn)化效率，常采用的方法是______________________________。(4)使用酵母菌作為受體菌生產(chǎn)乙肝疫苗的效果更好，從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度分析，原因是____________________。答案(1)肝細(xì)胞表面有乙肝病毒的受體(2)Core蛋白和S蛋白(3)a.2使DNA聚合酶能夠從引物的結(jié)合端開始連接脫氧核苷酸b．限制酶和DNA連接酶質(zhì)粒c．用Ca2＋(CaCl2)溶液處理細(xì)菌(4)酵母菌具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，可以對核糖體合成的肽鏈進(jìn)行剪切、折疊、加工、修飾等處理解析據(jù)題圖分析可知，①表示從乙肝病毒中分離有關(guān)抗原基因；②過程包括基因表達(dá)載體的構(gòu)建以及導(dǎo)入細(xì)菌；③可用特定抗體篩選含目的基因的細(xì)菌，并作為微生物發(fā)酵的工程菌。(1)由于肝細(xì)胞表面有乙肝病毒的受體，所以乙肝病毒專一侵染肝細(xì)胞。(2)根據(jù)題意分析可知，乙肝病毒作為抗原的部分應(yīng)該是其外殼蛋白和包膜蛋白，即通過基因工程生產(chǎn)的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的Core蛋白和S蛋白。(3)a.PCR技術(shù)中，需要2種不同的引物，使DNA聚合酶能夠從引物的結(jié)合端開始連接脫氧核苷酸。b．在構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程中，需要使用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，常用的載體是質(zhì)粒。c．為了提高將重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌的轉(zhuǎn)化效率，常用Ca2＋(CaCl2)溶液處理細(xì)菌，使之成為感受態(tài)細(xì)胞。(4)酵母菌具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，可以對核糖體合成的肽鏈進(jìn)行剪切、折疊、加工、修飾等處理，因此使用酵母菌作為受體菌生產(chǎn)乙肝疫苗的效果更好。6．(2023·咸陽二模)科學(xué)家從某細(xì)菌中提取抗鹽基因，轉(zhuǎn)入煙草并培育成轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草。下圖是轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草的培育過程，含目的基因的DNA和質(zhì)粒上的實線箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)，虛線箭頭表示轉(zhuǎn)錄的方向。請分析回答下列問題：(1)在該過程中，研究人員首先獲取了抗鹽基因(目的基因)，并采用______________技術(shù)對目的基因進(jìn)行擴(kuò)增，該技術(shù)需要的條件是______________、酶、原料、模板，該技術(shù)必須用__________________酶；然后構(gòu)建基因表達(dá)載體，基因表達(dá)載體中除了具有目的基因、啟動子和終止子之外，還需具有__________________。(2)用圖中的質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ酶切割，原因是____________________________。圖中①②過程為防止質(zhì)粒和含