2022版高考生物一輪復習第十單元現(xiàn)代生物科技專題專題二十五基因工程課件202104222368

專題二十五基因工程專題二十五基因工程考點1基因工程的基本工具與操作程序考點幫·必備知識通關(guān)考法幫·解題能力提升考法1基因工程的基本工具與操作程序分析高分幫·“雙一流”名校沖刺

考法2基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程分析

考點1基因工程的基本工具與操作程序

考情解讀課標要求概述基因工程是在遺傳學、微生物學、生物化學和分子生物學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展而來的;闡明DNA重組技術(shù)的實現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具;闡明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細胞和目的基因及其表達產(chǎn)物的檢測鑒定等步驟;考情解讀課標要求

考情解讀舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應用改善了人類的生活品質(zhì)；概述人們根據(jù)基因工程原理,進行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造,可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì);舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行基因改造、生產(chǎn)目標蛋白的過程?？记榻庾x

考情解讀考情解讀

考情解讀高考怎么考本專題中基因工程的操作工具、操作程序及應用等是高考的高頻考點,對基因工程的操作工具、操作程序的考查主要側(cè)重基礎(chǔ)性和綜合性,對于基因工程應用的考查高考則側(cè)重創(chuàng)新性和應用性。新課標對情境創(chuàng)設(shè)和實際應用的要求較高,高考也越來越注重考生的遷移運用能力和解決實際問題的能力。預計2022年高考試題很可能結(jié)合科研實踐或科學實踐情境,分層設(shè)置問題,多角度培養(yǎng)考生的科學思維和科學探究等核心素養(yǎng)?？记榻庾x高考怎么考考點1基因工程的基本工具與操作程序考點1基因工程的基本工具與操作程序

考點幫·必備知識通關(guān)一、基因工程的概念和基本工具考點幫·必備知識通關(guān)一、基因工程的概念和基本工具名師提醒1.限制酶是一類酶,而不是一種酶。2.限制酶的本質(zhì)為蛋白質(zhì),其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件,高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。名師提醒二、基因工程的基本操作程序二、基因工程的基本操作程序注意

啟動子(DNA片段上)≠起始密碼子(mRNA上);終止子(DNA片段上)≠終止密碼子(mRNA上)。注意三、基因組文庫與cDNA文庫的比較三、基因組文庫與cDNA文庫的比較名師提醒1.目的基因插入位點位于啟動子和終止子之間,利于目的基因的表達。2.基因工程操作過程中,只有第三步和第四步的個體生物學水平的鑒定過程中沒有發(fā)生堿基互補配對現(xiàn)象。3.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法適用于雙子葉植物和裸子植物;基因槍法適用于單子葉植物。名師提醒四、PCR技術(shù)四、PCR技術(shù)辨析比較體內(nèi)DNA復制與PCR技術(shù)的比較辨析比較體內(nèi)DNA復制與PCR技術(shù)的比較

考法幫·解題能力提升考法1基因工程的基本工具與操作程序分析1.表格法辨析限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關(guān)酶考法幫·解題能力提升考法1基因工程的基本工具與操2.圖解限制酶的選擇依據(jù)(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點確定限制酶的種類①應選擇位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲中可選擇PstⅠ。②不能選擇目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲中不能選擇SmaⅠ。2.圖解限制酶的選擇依據(jù)(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類①通常選擇與切割目的基因相同的限制酶,以確保出現(xiàn)相同的黏性末端,如圖乙中的PstⅠ。②在只有一種標記基因時,選擇的限制酶不能破壞標記基因,如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因。(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類歸納總結(jié)四步法把控基因工程基本操作程序題歸納總結(jié)四步法把控基因工程基本操作程序題命題角度1基因工程的操作工具、操作程序分析示例1

[2016全國卷Ⅲ,40,15分]圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性核酸內(nèi)切酶的識別序列與切割位點,圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點是唯一的)。命題角度1基因工程的操作工具、操作程序分析根據(jù)基因工程的有關(guān)知識,回答下列問題:(1)經(jīng)BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被

酶切后的產(chǎn)物連接,理由是

。

(2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子,如圖(c)所示。這三種重組子中,不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物的有

,不能表達的原因是

。

根據(jù)基因工程的有關(guān)知識,回答下列問題:(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶,常見的有

和

,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是

。(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶,常見的有思路分析?解答本題需注意兩個關(guān)鍵,一是關(guān)鍵信息:圖(a)中三種酶的識別序列,圖(b)中終止子、啟動子的位置,圖(c)中目的基因的插入位置。二是關(guān)鍵知識:圖中只有兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的DNA片段具有相同的黏性末端,才能被DNA連接酶連接;啟動子是啟動目的基因轉(zhuǎn)錄的,終止子終止轉(zhuǎn)錄過程,插入二者之間的目的基因才能正常表達。思路分析?解答本題需注意兩個關(guān)鍵,一是關(guān)鍵信息:圖(a)中三解析?(1)由圖(a)可知,盡管BamHⅠ和Sau3AⅠ兩種限制酶的識別位點不相同,但兩種酶切割后產(chǎn)生的DNA片段具有相同的黏性末端,故被BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與圖(b)中表達載體被Sau3AⅠ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)載體上的啟動子和終止子具有調(diào)控目的基因表達的作用,由于甲和丙的目的基因分別插入在啟動子的上游和終止子的下游,故這兩個載體上的目的基因都不能被轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)常見的DNA連接酶是E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,但作用有所差別,T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端,而E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端。解析?(1)由圖(a)可知,盡管BamHⅠ和Sau3AⅠ兩種答案?(1)Sau3AⅠ兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在啟動子的上游,丙中目的基因插入在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄(3)E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶答案?(1)Sau3AⅠ兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏歸納總結(jié)對限制酶切割位點的三點要求1.位置要求:在只有一個標記基因的情況下,限制酶切割位點所處的位置必須在標記基因外,只有這樣才能保證標記基因的完整性。2.數(shù)量要求:選擇限制酶切割目的基因時,被選擇的限制酶在目的基因的兩側(cè)都要有識別序列,這樣才能切割出完整的目的基因。3.對象要求:為使目的基因與載體形成的DNA片段末端能夠連接,通常使用同一種限制酶將二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所產(chǎn)生的末端相同,則兩末端也可連接。歸納總結(jié)對限制酶切割位點的三點要求示例2[2018全國卷Ⅰ,38,15分]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)粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外,還證明了

(答出兩點即可)。

(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2+參與的

方法導入大腸桿菌細胞;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導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中,可作為重組噬菌體宿主細胞的是

。

示例2[2018全國卷Ⅰ,38,15分]回答下列問題:(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時,表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解,在實驗中應選用

的大腸桿菌作為受體細胞,在蛋白質(zhì)純化的過程中應添加

的抑制劑。解析?(1)兩位科學家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸桿菌細胞中并進行了表達,因此,該研究可以證明:質(zhì)粒可以作為載體、真核生物的基因在原核細胞中也可以表達(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞等。(2)將質(zhì)粒導入大腸桿菌時,常用的轉(zhuǎn)化方法是首先用Ca2+處理大腸桿菌細胞,使其處于感受態(tài)。噬菌體(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時,表達出DNA沒有侵染能力,體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過程。噬菌體多寄生在細菌中,不能寄生在心肌細胞和葉肉細胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解,則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶,因此,實驗中應選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞。同理,在蛋白質(zhì)純化過程中,也不能使蛋白質(zhì)降解,因此,應添加蛋白酶抑制劑。答案?(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞;真核生物基因可在原核細胞中表達(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶DNA沒有侵染能力,體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組命題角度2PCR技術(shù)的基本操作和應用示例3

[2020江蘇,33,8分]如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,簡捷地分析出已知序列兩側(cè)的序列,具體流程如圖(以EcoRⅠ酶切為例)所示:命題角度2PCR技術(shù)的基本操作和應用請據(jù)圖回答問題:(1)步驟Ⅰ用的EcoRⅠ是一種

酶,它通過識別特定的

切割特定位點。

(2)步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3'-羥基與5'-磷酸間形成

;PCR循環(huán)中,升溫到95℃是為了獲得

;TaqDNA聚合酶的作用是催化

。

請據(jù)圖回答問題:(3)若下表所列為已知的DNA序列和設(shè)計的一些PCR引物,步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是

(從引物①②③④中選擇,填編號)。

(3)若下表所列為已知的DNA序列和設(shè)計的一些PCR引物,步(4)對PCR產(chǎn)物測序,經(jīng)分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中(虛線處省略了部分核苷酸序列),結(jié)果正確的是

。

A.5'-AACTATGCG------AGCCCTT-3'B.5'-AATTCCATG------CTGAATT-3'C.5'-GCAATGCGT-----TCGGGAA-3'D.5'-TTGATACGC-----CGAGTAC-3'(4)對PCR產(chǎn)物測序,經(jīng)分析得到了片段F的完整序列。下列D解析?(1)根據(jù)題圖可知,步驟Ⅰ是獲取目的DNA片段,所用的酶EcoRⅠ是一種限制酶,其能識別特定的核苷酸序列,并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。(2)步驟Ⅱ是將目的DNA片段連接成環(huán)狀,其中DNA連接酶的作用是催化相鄰核苷酸之間的3'-羥基和5'-磷酸間形成磷酸二酯鍵。PCR循環(huán)中,升高溫度到95℃是為了打開氫鍵使雙鏈解開,獲得DNA單鏈,TaqDNA聚合酶的作用是催化游離的脫氧核苷酸連接到引物3'端,合成DNA子鏈。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始延伸DNA子鏈,因為DNA的合成方向總是從子鏈的解析?(1)根據(jù)題圖可知,步驟Ⅰ是獲取目的DNA片段,所用的5'端向3'端延伸,故為擴增未知序列,選擇的與模板鏈相結(jié)合的引物應為5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'(引物④)和5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3'(引物②)。(4)分析題意可知,片段F的兩端為限制酶EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的黏性末端,因此其5'端序列應為AATT-,3'端序列應為-TTAA,B正確。答案?(1)限制性核酸內(nèi)切(或限制)核苷酸序列(2)磷酸二酯鍵DNA單鏈以DNA為模板的DNA鏈的延伸(3)②④(4)B5'端向3'端延伸,故為擴增未知序列,選擇的與模板鏈相結(jié)合的拓展延伸DNA復制需要引物的原因及其要求歸納1.需要引物的原因:引物為一段已知脫氧核苷酸序列的DNA單鏈或RNA,它是子鏈合成、延伸的基礎(chǔ)。DNA復制時,DNA聚合酶不能從5'端開始合成DNA,而只能從3'端延伸DNA鏈,因此,DNA復制需要引物。2.引物必須符合的基本要求(1)與目的基因一端堿基互補;(2)3'端不能進行任何修飾,因為引物的延伸是從3'端開始的;(3)引物相互之間不能有多個連續(xù)的堿基互補;(4)引物自身不能有多個連續(xù)的堿基互補。拓展延伸DNA復制需要引物的原因及其要求歸納考點2基因工程的應用與蛋白質(zhì)工程考點2基因工程的應用與蛋白質(zhì)工程

考點幫·必備知識通關(guān)一、基因工程的應用1.植物基因工程:培育抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物,利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動物基因工程:提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體?？键c幫·必備知識通關(guān)一、基因工程的應用3.基因治療與基因診斷3.基因治療與基因診斷鏈接新教材

新教材在“基因工程的應用”部分增加了“基因工程在食品工業(yè)方面的應用”,需要引起考生關(guān)注。主要提到:(1)利用基因工程可以大規(guī)模生產(chǎn)組成阿斯巴甜(一種普遍使用的甜味劑)的主要氨基酸天冬氨酸和苯丙氨酸。(2)奶酪是一種被廣泛食用的發(fā)酵奶制品,大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶,傳統(tǒng)制備凝乳酶的方法無法滿足日益增長的市場需求?？茖W家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌基因組中,通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶,已經(jīng)得到廣泛應用。鏈接新教材二、蛋白質(zhì)工程二、蛋白質(zhì)工程鏈接新教材

新教材在“蛋白質(zhì)工程的應用”部分增加了一些蛋白質(zhì)工程在醫(yī)藥工業(yè)和臨床上的應用,這些很可能以新情境的形式出現(xiàn)在試題中。需要重點關(guān)注的有:(1)天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體,皮下注射胰島素往往要經(jīng)歷一個逐漸解離為單體的過程。研究人員通過改變胰島素基因使β鏈第28位脯氨酸替換為天門冬氨酸或者使β鏈第28位的脯氨酸與第29位的賴氨酸交換位置,從而有效抑制了胰島素的聚合。(2)小鼠單克隆抗體會使人產(chǎn)生免疫反應,從而導致治療效果降低?？茖W家將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域“嫁接”到人的抗體上,大大降低了抗體誘發(fā)免疫反應的強度。鏈接新教材三、表格法比較蛋白質(zhì)工程與基因工程三、表格法比較蛋白質(zhì)工程與基因工程核心素養(yǎng)·科學思維[批判性思維]蛋白質(zhì)工程為什么通過基因工程來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造?[提示](1)蛋白質(zhì)具有十分復雜的空間結(jié)構(gòu),基因的結(jié)構(gòu)相對簡單,容易改造;(2)改造后的基因可以遺傳給下一代,被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳。核心素養(yǎng)·科學思維

考法幫·解題能力提升考法2基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程分析命題角度3結(jié)合實例考查基因工程的應用示例4[2018全國卷Ⅱ,38,15分]某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達。某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5'末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下,圖中E1~E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?？挤◣汀そ忸}能力提升考法2基因工程的應用和蛋白質(zhì)回答下列問題:(1)據(jù)圖推斷,該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時,使用了兩種限制酶,這兩種酶是

。使用這兩種酶進行酶切是為了保證

,也是為了保證

。

(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后,若在該細胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了

和

過程。

(3)為了獲得含有甲的牛,該團隊需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的

移入牛的

中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。

(4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中,某同學用PCR方法進行鑒定,在鑒定時應分別以該牛不同組織細胞中的

(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。回答下列問題:思路分析?解答第(1)小題的關(guān)鍵是掌握目的基因在受體細胞內(nèi)正確表達的條件:目的基因的首端應有啟動子,尾端應有終止子。據(jù)此可確定只有使用E1和E4這兩種限制酶才能保證甲的完整并使其與載體正確連接。解析?(1)據(jù)圖示信息分析:將L1-GFP融合基因(甲)插入質(zhì)粒時使用酶E1和E4進行酶切,既能保證L1-GFP融合基因的完整,又能保證L1-GFP融合基因與載體的正確連接。(2)目的基因在受體細胞中的表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程。(3)將體外培養(yǎng)的含有目的基因的動物體細胞核移入該動物的去核卵母細胞中,經(jīng)過體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)可獲得轉(zhuǎn)思路分析?解答第(1)小題的關(guān)鍵是掌握目的基因在受體細胞內(nèi)正基因動物。(4)檢測目的基因是否存在于克隆牛的不同組織細胞中,采用PCR技術(shù)鑒定時,應以該牛不同組織細胞中的核DNA作為PCR模板。答案?(1)E1和E4甲的完整甲與載體正確連接(2)轉(zhuǎn)錄翻譯(3)細胞核去核卵母細胞(4)核DNA基因動物。(4)檢測目的基因是否存在于克隆牛的不同組織細胞中命題角度4基因工程與蛋白質(zhì)工程的關(guān)系分析示例5[新課標全國卷Ⅱ,40,15分]已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運蛋白,由305個氨基酸組成。如果