【生物】2018届一轮复习人教版基因工程教案

【生物】2018届一轮复习人教版基因工程教案

专题37　基因工程 讲考纲 考纲概要 考纲解读 高考真题 ‎1．基因工程的原理及技术（Ⅱ）；‎ ‎2．基因工程的应用（Ⅱ）；‎ ‎3．蛋白质工程（Ⅰ）。‎ ‎1．理解基因工程的原理及技术；‎ ‎2．理解基因工程在动物、植物及微生物方面的应用；‎ ‎3．了解蛋白质工程的基本原理。‎ ‎1．2017北京卷（5）、2017新课标Ⅰ卷（38）、2017新课标Ⅲ卷（38）、‎ ‎2016江苏卷（33）、2016新课标Ⅲ卷（40）、2015重庆卷（6）、2016海南卷（31）‎ ‎2．2017新课标Ⅱ卷（38）、2016新课标Ⅰ卷（40）、2016天津卷（7）、2015福建卷（33）、2015四川卷（9）‎ ‎3．2015课标Ⅱ卷（40）‎ 讲考点 考点一　基因工程的原理及技术 ‎1．基因工程的概念 ‎（1）供体：提供目的基因。‎ ‎（2）操作环境：体外。‎ ‎（3）操作水平：分子水平。‎ ‎（4）原理：基因重组。‎ ‎（5）受体：表达目的基因。‎ ‎（6）本质：性状在受体体内的表达。‎ ‎（7）优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。‎ ‎2．DNA重组技术的基本工具 ‎（1）限制性核酸内切酶（简称：限制酶）‎ ‎①主要是从原核生物中分离纯化出来的。‎ ‎②作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。‎ ‎③结果：产生黏性末端或平末端。‎ ‎（2）DNA连接酶 ‎①种类：按来源可分为E•coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。‎ ‎②作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。‎ ‎③DNA连接酶和限制酶的关系 ‎（3）载体 ‎①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。‎ ‎②质粒的特点：能自我复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因。‎ ‎3．基因工程的操作过程 ‎（1）基因工程的操作步骤 ‎①获取目的基因—a.从基因文库中获取；b.利用PCR技术扩增c.通过化学方法人工合成。‎ ‎②基因表达载体的构建—a.目的基因；b.启动子；c.终止子；d.标记基因。‎ ‎③将目的基因导入受体细胞—a.植物：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法；b.动物：显微注射技术；c.微生物：感受态细胞法。‎ ‎④目的基因的检测与鉴定—a.利用DNA分子杂交技术检测目的基因的有无；b.利用分子杂交技术检测目的基因的转录； c.利用抗原—抗体杂交技术检测目的基因的翻译；d.利用个体生物学水平的鉴定检测重组性状的表达。‎ ‎【例1】（2017年北京卷，5）为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。‎ 下列操作与实验目的不符的是（　　）‎ A．用限制性核酸内切酶EcoRI和连接酶构建重组质粒 B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上 ‎【答案】C ‎【跟踪训练1】下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，直线所示为BamH I、HindⅢ、SmaⅠ三种限制酶的酶切位点。下列叙述错误的是（　　）‎ A．将人乳铁蛋白基因插入载体，需用HindⅢ和BamH I限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 B．筛选含有重组载体的受体细胞首先需要在含四环素的培养基上进行 C．能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是启动子等 D．进行②过程前，需要对早期胚胎进行性别鉴定 ‎【答案】B ‎【解析】外源DNA分子上含有限制酶BamHⅠ、HindⅢ、SmaI的切割位点，其中限制酶SmaI的切割位点位于目的基因上，所以获取目的基因和构建基因表达载体时，应用限制酶HindⅢ和BamHⅠ，A正确；用限制酶HindⅢ和BamHⅠ 切割质粒后，会破坏质粒上的四环素抗性基因，但不会破坏氨苄青霉素抗性基因，因此筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含氨苄青霉素的培养基上进行，B错误；能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是启动子、终止子等，C正确；进行②胚胎移植前，需要对早期胚胎进行性别鉴定，D正确。‎ 考点二　基因工程的应用及蛋白质工程 ‎1．基因工程的应用 培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。‎ ‎2．蛋白质工程 ‎（1）概念理解 ‎①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。‎ ‎②操作：基因修饰或基因合成。‎ ‎③结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。‎ ‎④目的：满足人类的生产和生活的需求。‎ ‎（2）操作过程：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）→基因表达→产生需要的蛋白质。‎ ‎【例2】（2017年新课标Ⅱ卷，38）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：‎ ‎（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是__________________________。‎ ‎（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是__________________________。‎ ‎（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是__________________________（答出两点即可）。‎ ‎（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是__________________________。‎ ‎（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__________________________。‎ ‎【答案】（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 ‎（2）在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA ‎（3）目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子 ‎（4）磷酸二酯键 ‎（5）目的基因的转录或翻译异常 ‎【解析】（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是嫩叶组织细胞易破碎。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。‎ ‎（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。‎ ‎（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点、目的基因无表达所需启动子。‎ ‎（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。‎ ‎（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。‎ ‎【跟踪训练2】下列关于基因工程的叙述中错误的是（　　）‎ A．基因工程技术的成熟使人类可以定向改造生物的性状，培育新的生物品种 B．基因工程技术是唯一能冲破远源杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法 C．基因工程的实施需要限制酶、DNA连接酶和运载体等基本工具 D．利用微生物生产人的胰岛素、某些单克隆抗体等必须先利用基因工程获得工程菌 ‎【答案】B 讲方法 ‎1．基因表达载体中启动子、终止子的来源 ‎（1）如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，目的基因中已含有启动子、终止子。在构建基因表达载体时，不需要在质粒上接上特定的启动子、终止子，‎ ‎（2）如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。‎ ‎2．与DNA相关的五种酶的比较 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 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 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 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链 ‎3．选择限制酶的方法 ‎（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 ‎①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。‎ ‎②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。‎ ‎③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，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。‎ ‎（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类 ‎①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。‎ ‎②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后将不能自主复制。‎ ‎4．蛋白质工程与基因工程 项目 区别与联系 蛋白质工程 基因工程 区别 过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋 白质结构→推测应有的氨基酸序 列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因→构建基因表达载体 ‎→将目的基因导入受体细胞→目 的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 联系 ‎①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造 讲易错 ‎1．载体和膜载体 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是质粒或动植物病毒等，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的选择透过性有关。‎ ‎2．基因工程误区警示：‎ ‎（1）一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。‎ ‎（2）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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。‎ ‎（3）标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因（表达产物为带颜色的物质）等。‎ ‎（4）受体细胞常用植物受精卵或体细胞（经组织培养）、动物受精卵（一般不用体细胞）、微生物（大肠杆菌、酵母菌）等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌（需内质网、高尔基体的加工、分泌）；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。‎ ‎（5）基因表达载体中，启动子（DNA片段）≠起始密码子（RNA）；终止子（DNA片段）≠终止密码子（RNA）。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。‎ ‎ ‎