生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第一章 基因工程和蛋白質(zhì)工程章末整合 中圖版選修3

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1、章章 末末 整整 合合作用作用應(yīng)用應(yīng)用限制酶限制酶催化磷酸二酯鍵的斷裂催化磷酸二酯鍵的斷裂切割載體和目切割載體和目的基因的基因DANDAN連接酶連接酶催化兩個催化兩個DNA片段之間片段之間磷酸二酯鍵的形成磷酸二酯鍵的形成用于重組載體用于重組載體的構(gòu)建的構(gòu)建DANDAN聚合物聚合物催化單個脫氧核苷酸與催化單個脫氧核苷酸與DNA片段之間磷酸二酯片段之間磷酸二酯鍵的形成鍵的形成用于用于DNA的復(fù)的復(fù)制制解旋酶解旋酶催化堿基對之間氫鍵的催化堿基對之間氫鍵的斷裂斷裂用于用于DNA的解的解旋旋(復(fù)制和轉(zhuǎn)錄復(fù)制和轉(zhuǎn)錄)與與DAN有關(guān)的各種酶的比較有關(guān)的各種酶的比較RANRAN聚合物聚合物催化單個核糖核苷酸與

2、催化單個核糖核苷酸與RNA片段之間磷酸二酯片段之間磷酸二酯鍵的形成鍵的形成用于用于DNA的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錄錄逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶催化單個脫氧核苷酸與催化單個脫氧核苷酸與DNA片段之間磷酸二酯片段之間磷酸二酯鍵的形成鍵的形成用于用于DNA的逆的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DANDAN酶酶催化催化DNA水解成單個脫水解成單個脫氧核苷酸氧核苷酸用于用于DNA的水的水解解TppTpp酶酶催化單個脫氧核苷酸與催化單個脫氧核苷酸與DNA片段之間磷酸二酯片段之間磷酸二酯鍵的形成鍵的形成用于用于DNA的擴的擴增增PCR技術(shù)技術(shù)名名稱稱原原理理方法方法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點基基因因工工程程育育種種基基因因重重組組目的基因的獲得目的基因的獲得重組載

3、體的構(gòu)建重組載體的構(gòu)建重組載體的導(dǎo)入和重組載體的導(dǎo)入和篩選篩選目的基因的目的基因的表達和鑒定表達和鑒定定向改變生物定向改變生物遺傳性狀遺傳性狀打打破物種界限破物種界限技術(shù)復(fù)雜，技術(shù)復(fù)雜，安全性問題安全性問題多，有可能多，有可能引起生態(tài)危引起生態(tài)危機機基因工程育種與其他育種方法的比較基因工程育種與其他育種方法的比較雜雜交交育育種種基基因因重重組組培育純合子品種：雜交培育純合子品種：雜交自交自交篩選出符合要篩選出符合要求的表現(xiàn)型，通過連續(xù)求的表現(xiàn)型，通過連續(xù)自交直到不發(fā)生性狀分自交直到不發(fā)生性狀分離為止離為止使分散在同使分散在同一物種不同一物種不同品種中的多品種中的多個優(yōu)良性狀個優(yōu)良性狀集中于同一

4、集中于同一個體個體育種時間育種時間一般比較長一般比較長局限于同局限于同種或親緣關(guān)種或親緣關(guān)系較近的個系較近的個體體誘誘變變育育種種基基因因突突變變物理：紫外線、物理：紫外線、X或或射線、微重力、激光射線、微重力、激光等處理、再篩選等處理、再篩選化學(xué)：亞硝酸、硫酸化學(xué)：亞硝酸、硫酸二乙酯處理，再選擇二乙酯處理，再選擇提高變異頻提高變異頻率，加快育率，加快育種進程，大種進程，大幅度改良某幅度改良某些性狀些性狀盲目性大，盲目性大，有利變異有利變異少，工作量少，工作量大，需要大大，需要大量的供試材量的供試材料料單單倍倍染染色色體體染染色色體體變變異異先將花藥離體培養(yǎng)，先將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體植株

5、；培養(yǎng)出單倍體植株；將單倍體幼苗經(jīng)一定濃將單倍體幼苗經(jīng)一定濃度的秋水仙素處理獲得度的秋水仙素處理獲得純合子；純合子；從中選擇優(yōu)從中選擇優(yōu)良植株良植株明顯縮短育明顯縮短育種年限，子種年限，子代均為純合代均為純合子，加速育子，加速育種進程種進程技術(shù)復(fù)雜技術(shù)復(fù)雜多多倍倍體體育育種種染染色色體體變變異異用一定濃度的秋水仙素用一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗處理萌發(fā)的種子或幼苗操作簡單，操作簡單，能較快獲得能較快獲得所需品種所需品種所獲品種發(fā)所獲品種發(fā)育延遲，結(jié)育延遲，結(jié)實率低，一實率低，一般只適用于般只適用于植物植物簡析簡析(1)用一種限制性內(nèi)切酶切割某用一種限制性內(nèi)切酶切割某DNA分子，當(dāng)只有

6、分子，當(dāng)只有一個切點時，若長度不變，則該一個切點時，若長度不變，則該DNA分子為環(huán)狀；否則為分子為環(huán)狀；否則為線形。具有兩個或多個切點時，可形成長度不等的多種線形。具有兩個或多個切點時，可形成長度不等的多種DNA片段。片段。(2)用兩種限制性內(nèi)切酶切割某用兩種限制性內(nèi)切酶切割某DNA分子，經(jīng)單獨切割和分子，經(jīng)單獨切割和共同切割可形成多種不同長度的共同切割可形成多種不同長度的DNA片段，據(jù)此可分析切片段，據(jù)此可分析切點的數(shù)量和位置。點的數(shù)量和位置。限制性內(nèi)切酶的切點與切割結(jié)果的關(guān)系限制性內(nèi)切酶的切點與切割結(jié)果的關(guān)系現(xiàn)有一長度為現(xiàn)有一長度為1 000個堿基對個堿基對(bp)的的DNA分子，用限分子

7、，用限制性核酸內(nèi)切酶制性核酸內(nèi)切酶EcoR酶切后得到的酶切后得到的DNA分子仍是分子仍是1 000bp，用，用Kpn單獨酶切得到單獨酶切得到400bp和和600bp兩種長度的兩種長度的DNA分子，用分子，用EcoR I、Kpn同時酶切后得到同時酶切后得到200bp和和600bp兩種長度的兩種長度的DNA分子。下圖中表示該分子。下圖中表示該DNA分子的酶分子的酶切圖譜正確的是切圖譜正確的是 ()?！镜淅淅?】解析解析根據(jù)題干信息可知：該根據(jù)題干信息可知：該DNA分子被分子被EcoR酶切之酶切之后還是一個后還是一個DNA分子且長度不變，說明該分子且長度不變，說明該DNA是環(huán)狀是環(huán)狀DNA，其中有

8、一個，其中有一個EcoR酶的切點；單獨用酶的切點；單獨用Kpn酶切酶切割該割該DNA形成兩個形成兩個DNA分子，說明該分子，說明該DNA中有兩個中有兩個Kpn酶的切點，故答案為酶的切點，故答案為D。另外，該題也可用代入法。另外，該題也可用代入法驗證來解：就是將驗證來解：就是將A、B、C、D四項一一代入驗證，看哪四項一一代入驗證，看哪個選項符合題意。個選項符合題意。答案答案D簡析簡析因為蛋白質(zhì)的合成由基因控制，蛋白質(zhì)工程最終還因為蛋白質(zhì)的合成由基因控制，蛋白質(zhì)工程最終還是回到基因工程上來，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的是回到基因工程上來，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工

9、程。但是，基因工程中的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。但是，基因工程中的目的基因一般為自然界中存在的基因，而蛋白質(zhì)工程中的目的基因一般為自然界中存在的基因，而蛋白質(zhì)工程中的基因不是自然界中存在的。二者的比較如下：基因不是自然界中存在的。二者的比較如下：基因工程與蛋白工程基因工程與蛋白工程基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境操作環(huán)境( (場所場所) )生物體外生物體外生物體外生物體外操作核心操作核心基因轉(zhuǎn)移基因轉(zhuǎn)移基因改造基因改造操作起點操作起點目的基因目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能操作過程操作過程剪切剪切拼接拼接導(dǎo)入導(dǎo)入表達表達預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能應(yīng)有的高級結(jié)應(yīng)有的高

10、級結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的應(yīng)有的氨基酸序列氨基酸序列應(yīng)有的堿基序列合應(yīng)有的堿基序列合成成DNADNA改造的蛋白質(zhì)改造的蛋白質(zhì)實質(zhì)實質(zhì)定向改造生物定向改造生物的遺傳特性，的遺傳特性，以獲得人類所以獲得人類所需要的生物類需要的生物類型或生物產(chǎn)品型或生物產(chǎn)品( (基因的異體基因的異體表達表達) )定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)質(zhì)結(jié)果結(jié)果生產(chǎn)自然界已生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)存在的蛋白質(zhì)人類需要的新基因，可以創(chuàng)造出人類需要的新基因，可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)自然界不存在的蛋白質(zhì)科學(xué)家將科學(xué)家將干擾素基因進行定點誘變導(dǎo)入大腸桿菌干擾素基因進行定點誘變導(dǎo)入

11、大腸桿菌表達，使干擾素第表達，使干擾素第17位的半胱氨酸改變成絲氨酸，結(jié)果大位的半胱氨酸改變成絲氨酸，結(jié)果大大提高大提高干擾素的抗病毒活性，并且提高了儲存穩(wěn)定性。干擾素的抗病毒活性，并且提高了儲存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為該生物技術(shù)為 ()。A.基因工程基因工程 B蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 C基因突變基因突變 D基因重組基因重組【典例典例2】解析解析基因工程是通過對基因的操作，將符合人們需要的基因工程是通過對基因的操作，將符合人們需要的目的基因?qū)脒m宜的生物體，使其高效表達，從中提取所目的基因?qū)脒m宜的生物體，使其高效表達，從中提取所需的目的基因控制合成的蛋白質(zhì)，或表現(xiàn)某種性狀，蛋白需的目的基因控制合成

12、的蛋白質(zhì)，或表現(xiàn)某種性狀，蛋白質(zhì)產(chǎn)品仍然為天然存在的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)工程卻是對控質(zhì)產(chǎn)品仍然為天然存在的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)工程卻是對控制蛋白質(zhì)合成的基因進行改造，從而實現(xiàn)對其編碼的蛋白制蛋白質(zhì)合成的基因進行改造，從而實現(xiàn)對其編碼的蛋白質(zhì)的改變，所得到的已不是天然的蛋白質(zhì)。題目中的操作質(zhì)的改變，所得到的已不是天然的蛋白質(zhì)。題目中的操作中涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的中涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的干擾素干擾素也不是天然也不是天然干擾素，而是經(jīng)過改造的，是具備人類所需干擾素，而是經(jīng)過改造的，是具備人類所需優(yōu)點的蛋白質(zhì)，因而整個過程利用的生物技術(shù)應(yīng)為蛋白質(zhì)優(yōu)點的蛋白質(zhì)，因而整個過程利

13、用的生物技術(shù)應(yīng)為蛋白質(zhì)工程。工程。答案答案B (天津理綜卷天津理綜卷)某致病基因某致病基因h位于位于X染色體上，該基因和染色體上，該基因和正?；蛘；騂中的某一特定序列經(jīng)中的某一特定序列經(jīng)Bcl酶切后，可產(chǎn)生大小酶切后，可產(chǎn)生大小不同的片段不同的片段(如圖如圖1，bp表示堿基對表示堿基對)，據(jù)此可進行基因診，據(jù)此可進行基因診斷。圖斷。圖2為某家庭遺傳病的遺傳系譜。為某家庭遺傳病的遺傳系譜。下列敘述錯誤的是下列敘述錯誤的是 ()?！纠?】A.h基因特定序列中基因特定序列中Bcl酶切位點的消失是堿基序列改變酶切位點的消失是堿基序列改變 的結(jié)果的結(jié)果B.1的基因診斷中只出現(xiàn)的基因診斷中只出現(xiàn)1

14、42bp片段，其致病基因來自片段，其致病基因來自 母親母親C.2的基因診斷中出現(xiàn)的基因診斷中出現(xiàn)142bp、99bp和和43bp三個片段，三個片段， 其基因型為其基因型為XHXh答案答案D (浙江理綜卷浙江理綜卷)ada(腺苷酸脫氨酶基因腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是是 ()。A.每個大腸桿菌細(xì)胞至少含一個重組質(zhì)粒每個大腸桿菌細(xì)胞至少含一個重組質(zhì)粒B.每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點C.每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少

15、插入一個每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個adaD.每個人的每個人的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子【例例2】解析解析本題考查基因工程的過程。每個大腸桿菌細(xì)胞至少本題考查基因工程的過程。每個大腸桿菌細(xì)胞至少含一個重組質(zhì)粒，才可能有含一個重組質(zhì)粒，才可能有ada表達腺苷酸脫氨酶。作為表達腺苷酸脫氨酶。作為目的基因目的基因ada的載體，質(zhì)粒的載體，質(zhì)粒DNA上至少要有一個限制酶切上至少要有一個限制酶切割位點才能供目的基因割位點才能供目的基因ada插入。根據(jù)浙科版教材，通常插入。根據(jù)浙科版教材，通常用相同的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和載體用相同的限制性核酸內(nèi)

16、切酶分別切割目的基因和載體DNA(質(zhì)粒質(zhì)粒)，因此目的基因和質(zhì)粒，因此目的基因和質(zhì)粒DNA重組后也至少會有重組后也至少會有一個仍能被原來的限制性核酸內(nèi)切酶識別的位點。如果有一個仍能被原來的限制性核酸內(nèi)切酶識別的位點。如果有多個限制酶切割位點，每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點究多個限制酶切割位點，每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點究竟插入幾個竟插入幾個ada，無法根據(jù)高中知識推理得出。，無法根據(jù)高中知識推理得出。答案答案C考情分析考情分析本專題與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及人類的身本專題與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及人類的身體健康聯(lián)系密切，歷年高考試題中都會涉及。命題形式既體健康聯(lián)系密切，歷年高考試題中都會涉及。

17、命題形式既有選擇題也有非選擇題，但以非選擇題為主要命題形式。有選擇題也有非選擇題，但以非選擇題為主要命題形式。從高考試題來看，限制酶的特點、目的基因的擴增、基因從高考試題來看，限制酶的特點、目的基因的擴增、基因表達載體的構(gòu)建、目的基因的表達與鑒定等知識是考查的表達載體的構(gòu)建、目的基因的表達與鑒定等知識是考查的重點，并且常常與細(xì)胞工程、胚胎工程等內(nèi)容進行綜合命重點，并且常常與細(xì)胞工程、胚胎工程等內(nèi)容進行綜合命題。在題。在2011年的高考試題中，山東理綜卷第年的高考試題中，山東理綜卷第35題考查了基題考查了基因表達載體的構(gòu)建和目的基因的表達與鑒定；北京理綜卷因表達載體的構(gòu)建和目的基因的表達與鑒定；北京理綜卷第第31題和安徽理綜卷第題和安徽理綜卷第31題第題第小題都考查了目的基因的小題都考查了目的基因的擴增與檢測；天津理綜卷第擴增與檢測；天津理綜卷第6題和浙江理綜卷第題和浙江理綜卷第6題都考查題都考查了限制酶的特點；廣東理綜卷第了限制酶的特點；廣東理綜卷第27題和重慶理綜卷第題和重慶理綜卷第31題題都考查了目的基因的表達與鑒定；四川理綜卷第都考查了目的基因的表達與鑒定；四川理綜卷第5題考查題考查了基因工程的基本過程；海南生物卷第了基因工程的基本過程；海南生物卷第31題考查了基因工題考查了基因工程的工具與過程。程的工具與過程。