【2021春】讲义-第四讲-基因工程精讲精练（二） .pdf

【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版第4讲基因工程精讲精练（二）知识脑图基因工程精 讲精练（二）基因工程的操作步骤目的基因的获取基因表达载体的构建（核心步骤）将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定蛋白质工程蛋白质工程的基本思路蛋白质工程和基因工程对比课程目标1能从整体上把握基因工程的四个步骤以及各个步骤的操作方法；2回忆人教版生物必修2中所学的中心法则，理解蛋白质工程的原理；3会比较蛋白质工程和基因工程。核心概念1限制性核酸内切酶作用是识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列；使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。2DNA连接酶将切下的DNA片段“缝合”，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，拼接成新的DNA分子。3载体作用是携带目的基因进入受体细胞，使目的基因在受体细胞稳定存在并表达。4质粒-1-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。5PCR技术PCR是多聚酶链式反应的缩写，它是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。6目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。7基因文库的含义将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。8启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。9终止子一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端，作用是使转录过程停止。10标记基因作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。模块一基因工程的操作步骤知识精讲一、目的基因的获取1.目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。2.常见方法（1）从基因文库中获取基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。基因文库的种类：基因组文库和部分基因文库。基因组文库包含一种生物所有的基因，部分基因文库只包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。练一练：（2017全国卷，38）（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_。知识能量槽-2-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版（2）人工合成法：如基因比较小，核苷酸序列又已知，可借助DNA合成仪用化学方法直接人工合成。（3）利用PCR技术扩增目的基因PCR原理：DNA双链复制。扩增过程：变性复性延伸，多次循环。i.变性：加热至90-95，DNA解开双链；ii.退火：冷却至55-60，引物结合到互补DNA单链上；iii.延伸：加热至70-75，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下进行互补链的合成。示意图如下：（4）扩增条件：模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定性DNA聚合酶（Taq酶）。二、基因表达载体的构建（核心步骤）1.过程在构建基因表达载体时，首先会用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同一种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。2.基因表达载体的组成：（1）目的基因：外源DNA 分子的有效片段。（2）启动子：一段有特殊结构的DNA 片段，位于基因的首端，它是RNA 聚合酶识别和结合部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（3）终止子：位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA 短片段，使转录到此终止。（4）标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。练一练：-3-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版（2017全国卷，38）（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）。知识能量槽三、将目的基因导入受体细胞1.将目的基因导入植物细胞（1）花粉管通道法花粉管穿入胚珠的情形（2）农杆菌转化法：利用农杆菌细胞中Ti质粒上的T-DNA将目的基因导入受体细胞。（3）基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。2.将目的基因导入动物细胞方法：显微注射技术。常用受体细胞：受精卵（全能性容易体现）。3.将目的基因导入微生物细胞-4-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版第一步：首先用Ca处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。2第二步：将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。四、目的基因的检测与鉴定1.分子水平检测（1）检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。方法：DNA分子杂交、PCR。（2）检测目的基因是否转录方法：分子杂交技术、PCR。（3）检测目的基因是否表达出蛋白质方法：抗原抗体杂交。练一练：（2017全国卷，38）（4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是_（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。知识能量槽2.个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。经典例题【两种基因文库对比】-5-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版例1下列关于文库和基因组文库的说法中，不正确的是（）A.文库中只含有某种生物的部分基因，基因组文库中含有某种生物的全部基因B.如果某种生物的文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同C.文库中的基因都没有启动子D.一种生物的文库可以有许多种，但基因组文库只有一种【PCR的过程】例2基因工程中可以通过技术扩增目的基因。回答下列问题。（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括 和。（2）生物体细胞内的复制开始时，解开双链的酶是。在体外利用技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了双链分子中的。（3）目前在反应中使用酶而不使用大肠杆菌聚合酶的主要原因是。【PCR的过程】-6-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版例3（多选）以下为形成的过程和扩增过程的示意图。据图分析，下列说法错误的是（）A.催化过程的酶是聚合酶B.过程发生的变化是引物与单链结合C.催化过程的酶都是聚合酶，都能耐高温D.对同一目的基因而言，通过过程获得和过程获得的目的基因结构完全相同【PCR的过程】例4下图表示利用技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内复制类似。下列叙述错误的是（）A.每次循环可分为变性、复性和延伸三步B.引物之间或引物自身发生碱基互补配对则不能扩增目的基因C.从理论上推测，第二轮循环产物中含有引物的片段占D.在第二轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的片段-7-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版【基因表达载体的构建和筛选】例5口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一种动物传染病，目前常用接种弱毒疫苗的方法预防。疫苗的主要成分是该病毒的一种结构蛋白。科学家尝试利用转基因番茄来生产口蹄疫疫苗。请回答下列问题：（1）上图是基因、农杆菌质粒结构示意图，若用以构建具有基因的基因表达载体，还需要在质粒中插入。（2）口蹄疫病毒的遗传物质为，则获得可重组到质粒上的基因必须用到酶。要获得大量该基因，可利用技术进行扩增。（3）要筛选出含有该目的基因表达载体的农杆菌，首先需要在含的培养基上进行。-8-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版【基因表达载体的构建和筛选】例6补充正常凝血因子可以治疗甲型血友病，因此可以利用转基因技术人工生产。某种大肠杆菌的质粒中含有半乳糖苷酶片段序列（图），而大肠杆菌的分子中含有半乳糖酶片段序列（图），由于天然大肠杆菌同时具备这两种片段序列，可以使培养基中的底物转变成蓝色产物，当缺少或片段序列中的任意一个时，底物不能转变成蓝色产物。、分别为三种限制酶，图 中箭头所指为三种限制酶的切点。（1）要筛选出转基因菌种，应选用的限制酶是，选择的依据是切断序列，为重组分子的筛选提供标记，但又不破坏和基因。（2）限制酶作用于的部位是。氢键糖苷键磷酸二酯键肽键（3）控制的基因也可以通过人体细胞相应的来合成，该合成的过程称为。（4）将经转基因技术处理过的质粒导入经处理过的处于态的大肠杆菌后，再将大肠杆菌接种到含有底物的培养基中培养一段时间后，培养基中出现较多的蓝色菌落，这是因为同一种限制酶作用的目的基因、质粒具有相同的，因此会出现质粒自身环化的现象，即空载，空载质粒含有，能利用培养基中的底物产生蓝色产物。-9-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版【农杆菌转化法】例7（多选）我国国产的转基因抗虫棉种植面积已经超过抗虫棉种植面积的。将抗虫基因导入棉花细胞的方法主要是农杆菌转化法，以下相关操作及结果的叙述，错误的是（）A.一般需用相同的限制酶切割毒蛋白基因和农杆菌的质粒B.限制酶和连接酶分别催化磷酸二酯键的水解和形成C.目的基因应插入片段外，以防止破坏D.抗虫基因转移至受体细胞染色体上获得抗虫棉属于染色体变异【将目的基因导入受体细胞】-10-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版例8下列有关将目的基因导入受体细胞的相关叙述，正确的是（）A.将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是花粉管通道法B.植物的受体细胞可以是受精卵，也可以是叶肉细胞等体细胞C.基因枪法是将目的基因导入动物细胞中最为有效的方法D.将某种药用蛋白基因导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器【DNA分子杂交应用】例9如图为通过分子杂交鉴定含有某特定的细菌克隆示意图。下列叙述正确的是（）A.根据培养皿中菌落数可以准确计算样品中含有的活菌实际数目B.外源必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制C.重组质粒与探针能进行分子杂交是因为分子脱氧核糖和磷酸交替连接D.放射自显影结果可以显示原培养皿中含有特定的细菌菌落位置-11-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版【目的基因的检测与鉴定】例10科学家通过农杆菌中的质粒将多种耐盐基因导入水稻，分析正确的是（）A.只要目的基因进入水稻细胞，水稻就会表现出抗盐性状B.用分子杂交法检测目的基因已插入染色体上，此技术的原理是碱基互补配对C.要检测目的基因是否成功翻译，要提前制备好抗原D.将水稻种植到含有农杆菌的土壤中可检测目的基因是否表达【基因工程操作步骤综合】-12-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版例11如图为培育转基因抗虫棉的两种思路，请据图回答问题：（1）与思路 相比，思路 的优点是筛选出的目的植株。（2）构建重组质粒时，需要使用的限制酶是，还需要使用的工具酶是。（3）图中过程获取的完整的重组质粒，除了图中标出的特殊片段外，还应该有等部分；过程常用的方法是；过程常用的试剂为；培育获取棉株 或棉株 采用的生物学技术是。（4）为检测棉株、棉株 的抗虫特性，常使用的方法是。模块二蛋白质工程-13-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版知识精讲一、蛋白质工程的基本思路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并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因获得所需要的蛋白质。二、蛋白质工程和基因工程对比项目基因工程蛋白质工程操作起点目的基因预期蛋白质功能核心环节基因表达载体的构建目的基因（人类所需新基因）操作对象基因经典例题【蛋白质工程的基本步骤】例12某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽，科研人员预期在的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是（）A.构建含目的肽片段的表达载体B.设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构C.合成编码多肽的片段D.利用分子杂交的方法对表达产物进行检测-14-【2021春】逻辑生物|高二讲义|选修+0.5轮复习|通用版【蛋白质工程与基因工程对比】例13下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（）A.基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质B.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C.当得到可以在条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、条件下，干扰素可以大量自我合成D.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的-15-