高三生物测试题29

基因工程专题复习撰稿教师：李文强责编：陈莉章节概述本专题主要内容包括基因工程的诞生、基因工程的原理及技术、基因工程的应用、蛋白质工程等。对于本专题的学习，要牢记DNA重组技术的基本工具，基因工程的基本操作程序，并了解基因工程的应用。在复习中不要注重单纯概念的记忆，要注重实际的应用，特别是知识的迁移和应用。高考中对于本专题的考察和遗传的基本知识联系比较密切，并且通常结合新情境、新材料考察有关基因工程的基本步骤、基本工具、相关应用等。目标认知学习目标：基因工程的原理及技术；基因工程的应用；蛋白质工程重点：基因工程的原理及应用难点：基因工程的应用知识要点梳理知识网络图：知识链接：DNA重组技术的基本工具本部分内容主要介绍了限制性内切酶、DNA连接酶、运载体等有关基本工具的种类和用途基因工程的基本操作程序主要介绍基因工程的基本操作程序：目的基因的获取；基因表达载体的构建；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测和表达，其中对于目的基因的获取方法作了重点介绍。基因工程的应用本部分内容介绍了基因工程在植物、动物、医药等方面的应用。蛋白质工程的崛起主要介绍蛋白质工程与基因工程的关系，以及蛋白质工程前景。知识结构梳理：基因工程对运载体的要求（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。基因工程中的DNA连接酶和聚合酶基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同规律方法指导基因工程的基本技术第一步：获得符合人类意愿的基因，即获得目的基因。目的基因是依据基因工程设计中所需要的某些DNA分子片段，含有所需要的完整的遗传信息。获得目的基因的方法很多，目前采用的分离、合成目的基因的方法主要有：超速离心法：根据不同基因的组成不同，即其内的碱基对的比例不同，其浮力、密度等理化性质也不同的原理，应用密度梯度超速离心机，直接将特殊的目的基因分离出来。分子杂交法：采用加碱或加热的方法使DNA变成单链，而后加入有放射性标记的RNA，让DNA在特定的条件下，结合成DNA和RNA的杂交分子，再用多聚酶制备出足够数量的双链DNA分子，进而获得DNA反转录酶法：先分离出特定的mRNA，再用反转录酶做催化剂，以RNA为模板合成所需要的DNA目的基因。合成法：如果已知目的基因的碱基排列顺序，可用酶法或化学法，直接合成目的基因。目前此法已很少采用。第二步：把目的基因接到某种运载体上，常用的运载体有能够和细菌共生的质粒、温和噬菌体（病毒）等。DNA重组技术：重组DNA就是让DNA片段和载体连接。外源DNA是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的。即使进入受体细胞之中，也会受到细胞内限制性内切酶的作用而分解。目的基因结合到经过改造的细菌中的质粒（细菌细胞中的小环状DNA分子）或温和噬菌体（病毒）上后形成的组合体称为重组体DNA。在这一技术中，限制性内切酶是一种常用的工具酶，它能“切开”质粒的环形DNA，也能切取目的基因，然后把目的基因DNA片段与质粒DNA分子的两端，在连接酶的作用互补连接形成重组体DNA。第三步：通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使它得到表达。目的基因的表达是指目的基因进入受体细胞后能准确地转录和翻译。目的基因能否表达是基因工程是否成功的关键。目前，人类已经利用外源基因，如人的生长激素基因、人胸腺激素基因、人干扰素基因、牛生长激素基因等，导入细菌中，生产出相应的产品，在临床上得到了广泛的应用，取得了可观的经济效益和社会效益。细菌中的限制性内切酶迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵.基因文库的构建构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。基因工程载体的构建主要考虑以下几方面的因素。（1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工的，而细菌无这些细胞器。（2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。（3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。经典例题透析1采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是A．人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C．在该转基因样中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA解析：在人体细胞中凝血因子编码区既有内含子，也有外显子。内含子不能决定氨基酸，所以凝血因子编码区的碱基对数目要大于凝血因子氨基酸数目的3倍。而多细胞生物的个体发育起点为受精卵，经有丝分裂形成一个完整的个体。所以转基因羊中，人凝血因子基因不仅存在于乳腺细胞中，其它体细胞中也有，只是没有表达。人凝血因子基因开始转录后，以DNA分子的一条链为模板，合成mRNA，在这一过程中用的是RNA聚合酶，而不是DNA连接酶。参考答案：B2用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是A．常用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒B．DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达解析：从基本识记的内容可以知道构建重组质粒（重组DNA分子）必需的工具酶是DNA连接酶和限制性内切酶。RNA聚合酶的作用是催化DNA转录为RNA。一般都可以通过排除法可以选出答案B。对于D选项也要说明一下，对于大肠杆菌这个受体细胞而言，只有大肠杆菌表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程，反之，没有表现出特定性状，目的基因就没有成功表达了。参考答案：B3我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导人棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是A．基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作用，从而造成基因污染D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的解析：课本中指出：非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达是不可缺少的。所以非编码区增加一个碱基对不一定导致毒蛋白的毒性丧失，因为非编码区不能编码蛋白质，转基因棉花是否具有抗虫特性是通过让棉红铃虫来食用棉花的叶片来检测的。检测棉花对抗生素抗性是来确定目的基因是否进入到了受体细胞。所以答案选D。抗生素的检测和抗虫特性的检测目的是不同的。重组质粒中的抗生素基因只是标记基因，检测棉花细胞对抗生素的抗性是来判断受体细胞是否获得了目的基因，转基因棉花是否具有抗虫特性，还要看目的基因是否进行表达，这要通过棉红铃虫食用棉的叶片，看棉红铃虫是否被杀死来判断。参考答案：D４基因工程又叫基因拼接技术。(1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一是：以目的基因转录的__________为模板，__________成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成________。(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、________。若将真核基因在原核细胞中表达，对该目的基因的基本要求是________。(3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切酶切种环状DNA分子，它们分割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有种环状DNA分子，它们分别是。解析：真核细胞的基因中有内含子，在转录过程中内含子和外显子都要转录，在形成成熟RNA时，要把与内含子相应的RNA片断切除掉，而原核细胞中没有这类酶，所以若将真核基因在原核细胞中表达，先要把真核细胞基因的内含子去掉。当把切割后的运载体与目的基因片段混合，在加入DNA连接酶后，有可能是两个目的基因片段相连成一个环状DNA，或是可能是一个目的基因片段与运载体相连成一个环状DNA或是两个运载体相连，所以会产生三种环状DNA分子。参考答案：（1）信使RNA（mRNA）逆转录（反转录）双链DNA（目的基因）（2）动植物细胞除去内含子（3）3运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子