高中生物第一章基因工程章末整合提升同步備課教學(xué)案浙科版

1、-1 - / 8第一章基因工程章末整合提升必背要語 11 限制性核酸內(nèi)切酶可識別雙鏈DNA 分子的某種特定核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。2.質(zhì)粒作為基因工程的載體需具備的條件有：能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并自我復(fù)制；具有一 個至多個限制酶切割位點；具有標(biāo)記基因。SATR顯比的朕因卜$檢側(cè)和歩定百冏貳閔一過禪知識系統(tǒng)構(gòu)建-2 - / 83基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心，一個基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還 必須有啟動子、終止子以及標(biāo)記基因等。4將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法。將目的基因 導(dǎo)入動物細(xì)胞常用顯微注射法，導(dǎo)入微生物細(xì)胞常用感受態(tài)細(xì)胞

2、法（Ca2+處理法）。5 檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞常用DNA 分子雜交法；檢測是否轉(zhuǎn)錄，常用分子雜交法;檢測是否翻譯，常用抗原一抗體雜交技術(shù)。6蛋白質(zhì)工程并不是直接改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，而是通過基因操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的 改造。7蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)T設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)T推測應(yīng)有 的氨基酸序列T找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列T利用基因工程技術(shù)合成新的蛋白質(zhì)。規(guī)律方法整合整合一 幾種重要酶的比較、種類項目、限制酶DNA 連接酶DNA 聚合酶解旋酶作用底物DNA 分 子DNA 分子片段脫氧核苷酸DNA 分 子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用特點

3、切割目的基因及載 體，能專一性識別雙 鏈 DNA分子的某種 特定的核苷酸序列， 并且使每一條鏈中 特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二 酯鍵斷開將雙鏈 DNA 片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切 開了的兩個核苷 酸之間的磷酸二 酯鍵只能將單個脫 氧核苷酸添加 到脫氧核苷酸 鏈上將 DNA 兩條鏈之間的氫鍵打開作用結(jié)果形成黏性末端或平口末端形成重組 DNA 分子形成新的 DNA分子形成單鏈 DNA 分子特別提醒在基因工程中逆轉(zhuǎn)錄酶也常被使用。逆轉(zhuǎn)錄酶又稱RNA 指導(dǎo)的 DNA 聚合酶，是以RNA 為模板合成 DNA 所需的酶。逆轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng)叫逆轉(zhuǎn)錄。在這個過程中，遺傳信息流動 的方向是從 RNA

4、到 DNA 正好與轉(zhuǎn)錄過程相反，故稱逆轉(zhuǎn)錄。I 例 1 下圖為 DNA 分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶、DNA 聚合酶、DNA 連接酶、解旋酶、RNA 聚合酶作用的正確順序是（）一- - 一 -3 - / 8A.B .C.D .答案 C解析圖中是限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA 分子；是 DNA 連接酶將兩個 DNA 分子的縫隙縫合起來；是在解旋酶的作用下DNA 分子雙鏈解開成單鏈；為DNA 復(fù)制時以解開的兩條單鏈為模板，在 DNA 聚合酶的作用下合成脫氧核苷酸子鏈；是以DNA 的一條鏈為模板，在 RNA聚合酶作用下轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生 RNA整合二易混概念辨析基因工程的基本操作

5、程序中存在多組易混的概念，它們是學(xué)習(xí)中的難點，只有把它們的區(qū)別 和聯(lián)系搞清楚，才能正確掌握關(guān)于基因工程的基本操作程序的知識。下面是對幾組易混概念 的辨析。1. 基因文庫、基因組文庫、部分基因文庫(1)從定義上區(qū)分1基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA 片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫?；蛭膸焓侵竷Υ嬗心撤N生物基因的 菌群的總稱。2基因組文庫：如果基因文庫中含有一種生物的所有基因，這種基因文庫叫做基因組文庫。3部分基因文庫：指含有一種生物的一部分基因的基因文庫，如cDNA 文庫。從范圍上區(qū)分：基因文庫包含基因組文庫和部分基因文庫。基因組

6、文庫有某一種生物的全 部基因，它的范圍要大于部分基因文庫。2. 啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子(1)從定義上區(qū)分1啟動子：位于編碼區(qū)上游緊靠轉(zhuǎn)錄起點的位置。它的主要功能是引導(dǎo)RNA 聚合酶與基因的正確部位結(jié)合。只有在啟動子存在時，RNA 聚合酶才能準(zhǔn)確地從轉(zhuǎn)錄起點開始，沿著編碼區(qū)正常地進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。2終止子：位于編碼區(qū)下游緊靠轉(zhuǎn)錄終點的位置。它的特殊的堿基排列順序能夠阻礙RNA 聚合酶的移動，并使其從 DNA 模板鏈上脫離下來。-4 - / 8RNA 上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基。信使RNA 上四種堿基的組合方式有 64 種，其中，決定氨基酸的密碼子有61 種，3 種是終止密碼子。4終

7、止密碼子：是信使 RNA 上能夠終止蛋白質(zhì)合成的密碼子。5起始密碼子： 位于信使 RNA上，是蛋白質(zhì)合成開始的信號，有兩種：AUG GUG（2）從本質(zhì)上區(qū)分：啟動子和終止子都是DNA 分子中具有調(diào)控作用的脫氧核苷酸序列，而起始密碼子和終止密碼子都位于信使RNA 上，分別是翻譯的起始位置和終止位置，終止密碼子不能決定任何一種氨基酸。對于相似或相關(guān)概念，通過比較分析的方法找出區(qū)別與聯(lián)系，會加 深對這些知識的理解與掌握。I 例 2：基因表達(dá)載體中啟動子的作用是（）A. 使目的基因的導(dǎo)入更容易B. 具有 RNA 聚合酶的結(jié)合部位，啟動轉(zhuǎn)錄過程C. 鑒別受體細(xì)胞是否導(dǎo)入目的基因D. 具有 DNA 聚合酶

8、的結(jié)合部位，啟動復(fù)制過程答案 B解析 啟動子在表達(dá)載體中位于目的基因的首端，具有RNA 聚合酶的結(jié)合部位，可啟動轉(zhuǎn)錄過程。鑒別受體細(xì)胞是否導(dǎo)入目的基因是標(biāo)記基因的作用。故B 正確。熱點考題集訓(xùn)1.EcoRI和Smal限制酶識別的序列均由6 個核苷酸組成，但切割后產(chǎn)生的結(jié)果不同，其識別序列和切割位點（圖中箭頭處）分別如下圖所示，請據(jù)圖分析下列說法正確的是（）1 -GAATTC-CCCGGG-CTTAAG-GGGCCC -i1 識別序列及切割位點1皿識別序列攻切割位點A.所有限制酶的識別序列均由6 個核苷酸組成B.Smat切割后產(chǎn)生的是黏性末端C. 用 DNA 連接酶連接平口末端和黏性末端的效率一

9、樣D.細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的限制酶可以切割外源DNA 防止外源 DNA 入侵 答案 D4、5 或 8 個核苷酸序列組成，故 A 錯誤；據(jù)圖分析，SmatB 錯誤；用 DNA 連接酶連接平口末端的效率比黏性末端密碼子：指信使解析 也有少數(shù)限制酶的識別位點由限制酶切割后產(chǎn)生的是平口末端，故-5 - / 8低，故 C 錯誤；細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)限制酶可以切割外源DNA 防止外源 DNA 入侵，是一套完善的防御- 6 - / 8機制，故 D 正確。2.下面是 3 種限制酶對 DNA 分子的識別序列和剪切位點圖(箭頭表示切點，切出的斷面為黏性末端 ) 。相關(guān)敘述錯誤的是 ()限制酶 1：GAT 限制酶 2: CCGCGG-

10、限制酶 3: &GATCA. 不同的限制酶有不同的識別序列和切割位點，體現(xiàn)了酶的專一性B. 限制酶 2 和 3 識別的序列都包含 6 個堿基對C. 限制酶 1 和 3 剪出的黏性末端相同D.能夠識別和切割 RNA 分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2答案 D解析 酶具有專一性，不同的限制酶有不同的識別序列和切割位點，A 項正確；據(jù)圖可知，限制酶 2 和 3 識別的序列分別是一 CCGCGG 和一 GGATC，均為 6 個堿基對，B 項正確；限制酶 1 和 3剪出的黏性末端相同，均為 GATC C 項正確；限制酶只能識別特定的 DNA 序列，因此三 種限制酶均不能識別和切割 RNA 中

11、核糖核苷酸序列，D 項錯誤。3.下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是()A.DNA 連接酶的作用是使互補的黏性末端之間發(fā)生堿基A 與 T, C 與 G 之間的配對B. 基因工程中使用的載體最常見的是大腸桿菌C.載體上的抗性基因有利于篩選含重組 DNA 勺細(xì)胞并可促進(jìn)目的基因的表達(dá)D. 基因工程造成的變異，實質(zhì)上相當(dāng)于人為的基因重組，但卻產(chǎn)生了定向變異答案 D解析 DNA 連接酶的作用對象是磷酸二酯鍵，A 錯誤；基因工程中使用的載體最常見的是質(zhì)粒，B 錯誤；載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA 的細(xì)胞，但是不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)，C錯誤；基因工程能按照人們的意愿定向地改造生物的遺傳性狀，其原理是基

12、因重組，D 正確。4我國科學(xué)家運用基因工程技術(shù)，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞并成功表達(dá)， 培育出了抗蟲棉。下列敘述不正確的是 ()A. 抗蟲基因的提取和運輸需要專用的工具和載體B. 重組 DNA 分子中增加一個堿基對，不一定導(dǎo)致毒蛋白的毒性喪失C. 抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞到近緣作物，從而造成基因污染D. 轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的答案 D解析 抗蟲基因的提取和運輸都需要工具酶(限制酶和 DNA 連接酶)和載體，故 A 正確；DNA 分子包括內(nèi)含子和外顯子，所以DNA 分子中增加一個堿基對，不一定影響蛋白質(zhì)的功能，故B-7 - / 8正確；轉(zhuǎn)基

13、因作物可通過花粉將外源基因傳遞到近緣作物，從而造成基因污染，故C 正確；轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性，應(yīng)該直接用害蟲來食用棉花葉片，做毒性檢測，抗生素抗性 檢測往往用于對標(biāo)記基因進(jìn)行檢測，以確定外源基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，故D 錯誤。5下面是獲得抗蟲棉的技術(shù)流程示意圖。有關(guān)敘述錯誤的是（）A.基因表達(dá)載體構(gòu)建過程中需要限制酶和 DNA1接酶B. 圖中愈傷組織分化產(chǎn)生的再生植株的基因型一般都相同C. 卡那霉素抗性基因中含有相關(guān)限制酶的識別和切割位點D. 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性生殖產(chǎn)生的部分后代不能穩(wěn)定保持抗蟲性狀答案 C解析基因表達(dá)載體構(gòu)建過程中需要限制酶對目的基因和載體進(jìn)行切割，需要DNA 連接酶將目的

14、基因和載體進(jìn)行連接， A 正確。愈傷組織分化產(chǎn)生的再生植株若不發(fā)生突變，其基因型都 是一樣的，B 正確。卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的識別和切割位點，否則破壞了抗性 基因，C 錯誤。進(jìn)行有性生殖會發(fā)生基因重組，部分后代抗蟲性狀不能穩(wěn)定遺傳，D 正確。6. 隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，“基因污染”應(yīng)運而生，下列關(guān)于基因污染的說法中，不正確的是（）A. 轉(zhuǎn)基因作物可能通過花粉擴散到它的近親作物上，從而污染生物基因庫B. 雜草、害蟲從它的近親獲得抗性基因，可能破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性C. 基因污染是一種不可以增殖的污染D. 基因污染難以清除答案 C解析 基因污染指基因工程中的目的基因轉(zhuǎn)移到生物體內(nèi)可能對生

15、物多樣性、生態(tài)環(huán)境和人 體健康造成潛在風(fēng)險和威脅，而且會隨著生物的繁殖過程不斷增殖，故C 項是錯誤的。7.科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸含量， 計劃將天冬氨酸激酶的第352 位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中104 位的氨基酸由天冬酰胺變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5 倍和 2 倍。下列對蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是（）A. 直接通過分子水平改造蛋白質(zhì)B. 直接改造相應(yīng)的 mRNAC. 對相應(yīng)的基因進(jìn)行操作D. 重新合成新的基因-8 - / 8答案 C解析 蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而使蛋白質(zhì)功能可以滿足人們需求。而蛋白質(zhì)功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相

16、關(guān)，蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)又非常復(fù)雜，所以直接對蛋白質(zhì)改造非常困難，而蛋白質(zhì)是由基因控制合成的，對基因進(jìn)行操作卻容易得多。另外，改造后的基因可以遺傳，如對蛋白質(zhì)直接改造，即使成功也不能遺傳。8下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述，正確的是 （）A.切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均特異性地識別6個核苷酸序列B.PCF 反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了DNA 聚合酶催化不同的反應(yīng)C. 載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因D. 抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)答案 D解析 限制酶的識別序列多數(shù)為 6 個核苷酸序列，也有少數(shù)為4、5 或 8 個核苷酸序列，A 錯誤；DNA 聚合酶只能催化脫氧核

17、苷酸合成DNA 片段，不能催化其他反應(yīng)，B 錯誤；控制抗生素合成的基因不在質(zhì)粒上，通常采用載體質(zhì)粒上的抗生素抗性基因作為篩選標(biāo)記基因，C 錯誤；抗蟲基因成功插入到植物細(xì)胞染色體上后，是否能正常表達(dá)，還需要其他控制元件如啟動子、 終止子等控制，D 正確。9.某些適應(yīng)寒冷環(huán)境的生物，能夠產(chǎn)生一類抑制冰晶生長（ 能降低水溶液冰點的大分子 ） 的蛋白質(zhì)，即抗凍蛋白?？茖W(xué)家利用昆蟲抗凍蛋白（AFPS ）基因的異源表達(dá)，現(xiàn)已成功地提高了雙子葉植物煙草的抗凍能力。請分析回答下列相關(guān)問題：（1）為使抗凍蛋白基因在煙草細(xì)胞中高效表達(dá)，需要把來自cDNA 文庫的抗凍蛋白基因片段正確插入基因表達(dá)載體的 _ 和 _之

18、間。利用 PCR 技術(shù)擴增 DNA 時，需要在反應(yīng)體系中添加的有機物質(zhì)有_、_、4 種脫氧核糖核苷酸和 DNA 模板，擴增過程可以在 PCF 擴增儀中完成。（3）_將 AFPS 基因?qū)霟煵菁?xì)胞中，常用法，此操作過程中使用的載體是_。若要檢測煙草是否產(chǎn)生了抗凍蛋白，一般采用 _ 法檢測雜交帶。（4）假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因抗凍植株自交，子代中抗凍與不抗凍植株的數(shù)量比為15： 1,可推測該抗凍基因整合到了 _ （ 填“一對同源染色體的一條上”“兩條非同源染色體上”或“一對同源染色體的兩條上” ）。-9 - / 8答案（1）啟動子 終止子（2）引物 耐熱性的 DNA 聚合酶（或TaqDNA 聚合酶

19、）（兩空位置可 互換）（3）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化Ti 質(zhì)粒 抗原一抗體雜交（4）兩條非同源染色體上解析（1）為使抗凍蛋白基因在煙草細(xì)胞中高效表達(dá)，需要把來自cDNA 文庫的抗凍蛋白基因片段正確插入基因表達(dá)載體的啟動子和終止子之間。（2）利用 PCR 技術(shù)擴增 DNA 時，需要在反應(yīng)體系中添加一對引物、 耐熱性的 DNA 聚合酶（或TaqDNA 聚合酶）、4 種脫氧核糖核苷酸和 DNA 模板。 （3） 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞中,常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,此操作過程中使用的載體是Ti質(zhì)粒。檢測目的基因是否翻譯成相應(yīng)的蛋白質(zhì),可采用抗原抗體雜交技術(shù)。（4） 假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因抗凍植株自交, 子代中抗凍與不抗凍植株的數(shù)量比為 15： 1（為 9： 3： 3：1的 變式） ,說明該抗凍基因整合到了兩條非同源染色體上,遵循基因的自由組合定律。10. 如圖所示為正常人和鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者血紅蛋白基因的部分區(qū)域及鐮刀型細(xì)胞貧血-10 - / 8癥的基因治療過程，請據(jù)圖回答下列問題:限制昭 F 呆制聽 E 識別并対說別甘列d、H-丄”時MJH -*t*iHI護(hù)GAACTOGAGOC7IGACCTCC（1）根據(jù)圖 1 正常人與患者血紅蛋白基因堿基序列比