1、 1 基因工程 最新考纲 1基因工程的诞生 () 2.基因工程的原理及技术 () 3.基因工程的应用 () 4.蛋白质工程 () 对应学生用书 P198 考点一 基因工程的操作工具 1基因工程的概念理解 (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：目的基因在 受体 体内表达。 (7)优点 与杂交育种相比：克服了 远缘杂交不亲和 的障碍。 与 诱变育种相比： 定向 改造生物遗传性状。 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 ) 来源：主要是从 原核
2、 生物中分离纯化出来的。 作用：识别特定的 核苷酸序列 并切开相应两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 。 结果：产生 黏性末端 或平末端。 (2)DNA 连接酶 种类：按来源可分为 E coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶。 作用：在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键以连接 两段 DNA 片段 。 (3)载体 种类： 质粒 、 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 质粒特点 能自我复制有一个至多个 限制酶切割位点有特殊的 标记基因深度思考 (1)限制酶与 DNA 连接酶的关系。 提示： 限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 2 限制酶不切割自身 DNA 的原因：原核生物中不存在该酶的识别
3、序列或识别序列已经被修饰。 (2)载体所具备条件的目的性。 提示： 条件 目的性 稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大 有一个至多个限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因 具有特殊的标记基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择 (3)几种酶的比较。 提示： 比较项目 限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶 解旋酶 作用底物 DNA 分子 DNA 分子片段 脱氧核苷酸 DNA 分子 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对间的氢键 模板 不需要 不需要 需要 不需要 作用结果 形成黏性末端或平末端 形成重组 DNA 分子 形成新的 DNA 分子 形成单链 DNA分子 题组一 考点
4、诊断 (1)切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别 6 个核苷酸序列。 (2014 高考江苏卷 )( ) (2)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。 (2014 高 考江苏卷 )( ) (3)限制酶只能用于切割目的基因。 ( ) (4)DNA 连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。 ( ) (5)E coli DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。 ( ) (6)质粒是小型环状 DNA 分子，是基因工程常用的载体。 ( ) 答案： (1)() (2)() (3)() (4)() (5)() (6)() 题组二 基因工程操作工具的分析 1若要利用某目的基因 (见图甲 )
5、和 P1 噬菌体载体 (见图乙 )构建重组 DNA(见图丙 )，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是 Bgl (A GATCT)、 EcoR(G AATTC)和 Sau3A( GATC)。下列分析合理的是 ( ) 3 A用 EcoR 切割目的基因和 P1 噬菌体载体 B用 Bgl 和 EcoR 切割目的基因和 P1 噬菌体载体 C用 Bgl 和 Sau3A 切割目的基因和 P1 噬菌体载体 D用 EcoR 和 Sau3A 切割目的基因和 P1 噬菌体载体 解析：选 D。解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用 EcoR 和Sau3A 切割目的基因和 P1 噬菌体载体，构建的重组 DN
6、A中 RNA 聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定 与图丙相同。 2下列关于载体的叙述中，错误的是 ( ) A载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组 DNA 分子 B对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点 C目前常用的载体有质粒、 噬菌体的衍生物和动植物病毒 D载体具有某些标记基因，便于对其进行切割 解析：选 D。标记基因的作用是便于筛选出重组载体，不是便于对其切割。 3如图为 DNA 分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、 DNA 聚合酶、 DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ( ) A B C D 解析：选 C。限制酶可在特定位点对 DN
7、A 分子进行切割； DNA 聚合酶在 DNA 分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链； DNA 连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将 DNA 双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。 1.限制酶是一类酶，而不是一种酶。 2.限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。 3.为使目的基因与载体形成相同的 DNA 片段末端连接，通常使用同一种限制酶将二者切割，但如果不同的限制酶切 割 DNA 分子所产生的末端也存在互补关系时，则两末端也可连接。 考点二 基因工程的操作过程及其应用 4 1基因工程的操作程序 (1)基
8、因工程的操作步骤 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 构建基因表达载体 组成 a.目的基因b.启动子c.终止子d.标记基 因 将目的基因导入受体细胞 方法 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 法c.微生物：感受态细胞法检测和鉴定目的基因 a.利用 DNA分子杂交 法检测目的基因是否插入转基因生物染色体的 DNA中b.利用 分子杂交 技术检测目的基因是否转录出相应的 mRNA分子c.利用 抗原 抗体杂交 技术检测目的基因是否已表达出相应的蛋白质d.有时还需从个体水平对其 生物学特定性状进行检测2基因工程的应
9、用 (1)植物基因工程：主要用于提高农作物的 抗逆能力 ，以及改良 农作物的品质 和利用植物 生产药物 等方面。 (2)动物基因工程：主要应用于动物品种改良、建立 生物反应器 、 器官移植 等方面。 (3)基因工程药物：来源于转基因的 工程菌 。 (4)基因治疗：把 正常基因 导入病人体内，使该基因的 表达产物 发挥功能。 深度思考 (1)在目的基因的获取方法上有怎样的区别？ 提示：直接 分离法 从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或 cDNA 文库中获取。 5 如果需要大量增加目的基因，且目的基因的核苷酸序列仅部分已知，则利用 PCR 技术扩增。 人工合成目的基因 如果基因比较小，核苷酸
10、序列又已知，可以通过 DNA 合成仪用化学方法直接人工合成。 以 RNA 为模板，在逆转录酶的作用下人工合成。 (2)基因表达载体的构建。 提示： 基因表达载体的组成及作用： 基因表达载体的构建过程： (3)将目的基因导入受体细胞。 提示： 转化：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。 将目的基因导入受体细胞： 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入到 Ti 质粒的 TDNA上 转入农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的染色体 DNA 上 将含有目的基因的表达载体提
11、纯 取卵 (受精卵 ) 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动Ca2 处理细胞 感受态细胞 重组表达载体 DNA分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收 DNA分6 表达 物 子 (4)目的基因的检测与鉴定。 提示： 方法 检测或鉴 定目的 水平 DNA 分子杂交技术 检测目的基因的有无 分子水平 分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交技术 目的基因是否翻译 生物性状的表达与否 目的基因是否表达 个体水平 , 题组一 考点诊断 (1)抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达。 (2014 高考江苏卷 )( ) (2)应用 DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的
12、基因的存在及其完全表达。(2011 高考四川卷 )( ) (3)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株。 ( ) (4)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。 ( ) (5)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。 ( ) 答案： (1)() (2)() (3)() (4)() (5)() 题组二 基因工程的操作过程及应用分析 1 (2014 高考广东卷 )(多选 )利用基因工程技术生产羧酸酯酶 (CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的是 ( ) A过程
13、需使用逆转录酶 B过程 需使用解旋酶 和 PCR 获取目的基因 C过程 使用的感受态细胞可用 NaCl 溶液制备 D过程 可利用 DNA 分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 解析：选 AD。本题考查基因工程。由 mRNA 获得 DNA 的过程是逆转录，需要逆转录酶，A 项正确。过程 表示用 PCR 扩增目的基因，此过程不需要解旋酶，通过控制温度达到解旋的目的， B 项错误。过程 感受态的大肠杆菌是使用 CaCl2 处理的， C 项错误。鉴定目的基7 因是否导入受体细胞，可以采用 DNA 分子杂交技术， D 项正确。 2 (2014 高考新课标全国 卷 )植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某
14、 个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。 回答下列问题： (1)理论上，基因组文库含有生物的 _基因；而 cDNA 文库中含有生物的 _基因。 (2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中 _出所需的耐旱基因。 (3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物 _的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的 _，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的 _是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱
15、植株的数量比为31 时，则可推测该耐旱基因整合到了 _(填 “ 同源染色体的一条上 ” 或“ 同源染色体的两条上 ”) 。 解析： (1)基因组文库包含某种生物的全部基因， cDNA 文库又称为部分基因文库，含有生物的部分基因。 (2)植物甲基因组文库中有该种植物的全部基因，从中可筛选出耐旱基因。(3)植物乙的耐旱性低，所以植物乙体细胞作为受体细胞； 要确定耐旱基因是否正确表达，应检测该基因的表达产物，对于个体水平的检测，应在干旱的田间进行试验，检测植物乙耐旱性是否得到了提高。 (4)将耐旱基因看作 A，不耐旱基因看作 a， AaAa 耐旱与不耐旱数量比为 31 ，则耐旱基因整合到了同源染色体
16、的一条上。 答案： (1)全部 部分 (2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性 (4)同源染色体的一条上 基因工程操作程序易错点剖析 1基因表达载体 载体：基因表达载体与载体相比增加了目的基因。 2目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入启动子内部，启动子将失去原功能。 3启动子 起始密码子，终止子 终止密码子：启动子和终止子位于 DNA 片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上，分别控制翻译的启动和终止。 8 4切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切
17、割后形成的黏性末端相同时，在 DNA 连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。 5基因工程操作过程中只有第三步没有碱基互补配对现象：第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现 象，第四步存在检测分子水平杂交。 考点三 蛋白质工程及其与基因工程的关系 1流程图 写出流程图中字母代表的含义： A 转录 ， B.翻译 ， C.分子设计 ， D.多肽链 ， E.预期功能 。 2结果：改造了现有蛋白质或制造出 新的蛋白质 。 3应用：主要集中应用于对 现有蛋白质 进行改造，改良生物性状。 深度思考 蛋白质工程与基因工程的关系 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
18、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 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 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 题组一 蛋白质工程的分析 1 (2013 高考广东卷 )从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽 P1。目前在 P1 的基础上研发抗菌性强
19、但溶血性弱的多肽 药物，首先要做的是 ( ) A合成编码目的肽的 DNA 片段 B构建含目的肽 DNA 片段的表达载体 C依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽 D筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 9 解析：选 C。由题中信息 “ 在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物 ” 可推知本题考查蛋白质工程的相关知识。根据蛋白质工程的基本途径：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 )，可推知答案为 C。 2 (2016 湖南师大附中月考 )干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治 疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，
20、如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在 70 条件下保存半年，请根据以上信息回答下列问题： (1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成 “ 可以保存的干扰素 ” 的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产 “ 可以保存的干扰素 ” 。写出下列方框中相应实验步骤。 _ ， _ ， _ ， _ 。 (2)基因工程与蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产 _的蛋白质，不一定符合 _需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过 _或 _，对现有蛋白质进行 _，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。 (3)蛋白质工
21、程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的 _结构。 解析：蛋白质工程的操作流程是：预期蛋白质的功能 预期蛋白质结构 推测氨基酸序列 确定相对应的脱氧核苷酸 序列。基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程却可以生产自然界不存在的蛋白质。蛋白质工程直接操作的对象是基因。 答案： (1)预期蛋白质的功能 预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列 相对应的脱氧核苷酸序列 (基因 ) (2)自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间 (或高级 ) 题组二 蛋白质工程与基因工程的关系分析 3 (2015 高考全国 卷 )已知生物体内有一种蛋白质 (P)，该蛋白质是一种转运蛋
22、白，由 305 个氨基酸组成。如果将 P 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸， 240 位的谷氨酰胺 变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质 (P1)不但保留 P 的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的 _进行改造。 (2)以 P基因序列为基础，获得 P1 基因的途径有修饰 _基因或合成 _基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括 _的复制，以及遗10 传信息在不同分子之间的流动，即： _。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和 _，进而确定相对应的脱氧核苷酸序
23、列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物 _进行鉴定。 解析： (1)从题中所述资料可知，将 P 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸， 240 位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。 (2)在蛋白质工程中，目的基因可以以 P 基因序列为基础，对生物体内原有 P 基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的 P1 基因。 中心法则的 内容如下图所示： 由图可知，中心法则的全部内容包括： DNA 以自身为模板进行的复制， DNA 通过转录将遗传信息传递给
24、RNA，最后 RNA 通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中 RNA 可自我复制 (如烟草花叶病毒等 )，在某些病毒中能以 RNA 为模板逆转录合成 DNA(如 HIV)，这是对中心法则的补充。 (3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 合成 DNA 表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。 答案： (1)氨基酸序列 (或结 构 ) (2)P P1 DNA 和 RNA(或遗传物质 ) DNARNA 、 RNADNA 、 RNA 蛋白质 (或转录、逆转录、翻译 ) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸
25、序列 功能 对应学生用书 P202 1 (2012 高考新课标全国卷 )根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制性内切酶切割 DNA 分子后产生的片段，其末端类型有 _和 _。 (2)质粒运载体用 EcoR 切割后产生的片段如下： AATTCG GCTTAA 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的 DNA 除可用 EcoR 切割外，还可用另一种 限 制 性 内 切 酶 切 割 ， 该 酶 必 须 具 有 的 特 点 是_。 (3)按其来源不同，基因工程中所使用的 DNA 连接酶有两类，即 _DNA 连接酶和_DNA 连接酶。 (4)反转录作用的模板是 _，产物是 _。若要在体外获得大量反转录产物，
