2012届高三生物二轮复习基因的结构与基因工程教案人教版

用心爱心专心-1-基因的结构与基因工程【本章知识框架】用心爱心专心-2-【疑难精讲】1．外显子与内含子一般来说，结构基因都是由外显子和内含子组成，但是，外显子和内含子的关系不是完全固定不变的。有时同一条DNA链上的某一段DNA序列，当它作为编码某多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多肽链的基因时，则是内含子，结果是同一基因可以同时转录为两种或两种以上的mRNA。2．原核细胞的基因结构与真核细胞的基因结构的异同点原核细胞的基因真核细胞的基因不同点编码区连续；结构简单编码区有间隔，不连续；结构复杂相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNA聚合酶结合的位点3．基因组与染色体组密切相关一个染色体组携带着生物生长发育、遗传变异的全部信息，可称为基因组。人类基因组计划为什么要测定24条染色体？人类体细胞共有23对染色体，其中有22对染色体，它们的形态、大小基本相同，另有两条性染色体，其形态、结构有较大的差别，其基因和碱基排列顺序有明显的不同，所以人类单倍体基因组由22条常染色体DNA分子和X、Y两条性染色体DNA分子组成。4．基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物5．基因工程中的运载体在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。现在所用的运载体主要有两类；一类是细菌细胞质的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA（一般有1～200kb左右，kb为千碱基对），有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌染色体DNA中，随着染色体DNA的复制而复制。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体。作为运载体必须具备三个条件：（1）能在宿主细胞中保存下来并大量复制。（2）有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR332就有多种限制酶的单一识别位点，可适于多种限制酶切割的DNA插入。（3）有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌pBR332质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒载体几乎都是经过改建的。用心爱心专心-3-【学法指导】本部分复习2～3课时，复习该部分知识要以必修本《遗传的物质基础》为基础，进一步深化有关概念，并明确以下问题。第1～2课时可复习相关内容，第3课时做相应练习题。1．基因是有遗传效应的DNA片段，此中遗传效应是指能转录为mRNA，继而翻译为蛋白质，或转录为核糖体RNA、转运RNA的功能。2．原核生物的基因结构包括编码区与非编码区（即调控序列）。3．编码区上游的非编码区中有重要的RNA聚合酶结合位点。4．真核生物的基因结构与原核生物的基因结构基本相似，只是编码区是间隔的、不连续的，可编码蛋白质的序列（即外显子）被不能编码蛋白质的序列（即内含子）隔开。而且外显子序列在整个基因中所占的比例较小。5．关于人类基因组计划要明确：研究对象是人体的22条常染色体和两条性染色体的全部基因，研究内容是得到四张图，启动时间是90年，共有美英法德日中六个参与国，我国承担其中1%的测序任务。2000年6月26日颁布的基因组草图不等于人类基因的全部碱基序列。6．了解我国科学家除了积极参与国际人类基因组的研究外，还积极开展水稻与家猪基因序列的研究以及中华民族基因组若干位点基因结构的研究。7．人类基因组的四张图是指什么？有哪些含义？遗传图：是以有遗传多态性的遗传标记作为“位标”，以遗传学距离为“图距”的基因组图。遗传标记是指在基因组中有一定位置，并能用检测涉及该座位的遗传重组体在群体出现的几率来反映，一般两个座位之间的距离越近，两个座位之间发生重组的几率越高。物理图：是以一段已知核苷酸序列的DNA片段为“位标”，以Mb（兆对碱基）Kb（千对碱基）作为图距的基因组图。转录图：所有生物的性状，包括疾病，都是由蛋白质决定的。而已知的所有蛋白质都是由RNA聚合酶指导的mRNA依照“遗传密码”编码的。在整个人类基因组中，只有1%～5%的DNA序列为编码序列。在人体特别是成年人体的每一特定组织中，细胞内一般只有10%的基因是表达的。如果把mRNA先分离、定位，就抓住了基因的主要部分（可转录的部分），所以一张人类基因的转录图或“表达序列图”，就是人类的“基因图”的雏形。其意义：为估计人类基因的数目提供较可靠的依据；它提供了不同组织（空间）、不同发育阶段（时间）基因表达的数目、种类及结构，特别是序列的信息，提供了鉴定的基因的探针。序列图：人类基因组的核苷酸序列图也是分子水平的最高层次的、最详尽的物理图。测定的总长度约为一米，由30亿核苷酸组成的序列图是人类基因组计划中最明确、最为艰巨的定量、定质（准确性）、定时（2005年前完成）的任务。人类基因组计划所提供的四张“图”，组成了不同层次的、最终为分子水平的人类“解剖图”，它揭开了决定人类生、老、病、死的所有遗传信息——基因组之谜，将成为人类认识自我的用之不竭的知识源泉。国际人类基因组计划合作组织、美国塞莱拉遗传信息公司、美国《科学》杂志和英国《自然》杂志于2001年2月12日联合宣布：继去年成功绘制人类基因组工作框架后，科学家又绘制出了更加准确、完整的人类基因组图谱，并在此基础上对人类基因组的内容又有了新的发现。由科学家提供的初步分析中，格外引人关注的是：原来预计多达10万多个的人类基因总数被最终确定为3万个左右，而与蛋白质编码无关的非编码序列却达到人类基因组序列的98%之多。这些新的发现提示，那些原来在人类基因组中被认为是“垃圾”“废物”的非编码序列应该进一步研究。地球上形形色色的生命现象不仅与基因有关，竟然还同基因以外的序列有关。8．基因操作的基本步骤用心爱心专心-4-（1）提取目的基因提取目的基因的途径：（2）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。（3）将目的基因导入受体细胞。受体细胞：细菌↓氯化钙细胞壁的通透性增大↓重组质粒进入受体细胞↓目的基因随受体细胞的繁殖而复制（4）目的基因的检测和表达。检测：通过检查标志基因的有无，来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。【典型例题精讲】［例1］下列有关基因工程技术的正确叙述是用心爱心专心-5-A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达【解析】基因操作的工具有限制酶、连接酶，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。运载体是基因的运输工具，目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因完成了表达，基因工程的结果是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物，选择受体细胞的重要条件就是能够快速繁殖。【答案】C［例2］应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到探测疾病的目的。基因探针是指A．用于检测疾病的医疗器械B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C．合成β—球蛋白的DNAD．合成苯丙羟化酶DNA片段【解析】基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。【答案】B［例3］基因是由A．编码区和非编码区两部分组成B．RNA聚合酶结合位点、外显子、内含子组成C．外显子和内含子两部分组成D．RNA聚合酶结合位点、外显子组成【解析】本题虽然未告诉我们是哪一类细胞的基因，实际上考查了两类细胞基因结构的共同点。【答案】A［例4］人的一种凝血因子基因，有186000个碱基对，能够编码2552个氨基酸、试计算凝血因子基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例，该数据说明什么问题？【解析】此题涉及真核细胞的基因结构和基因表达的知识。人是由真核细胞构成的生物，其基因中的编码区由外显子和内含子组成，只有外显子能够编码氨基酸，根据编码的氨基酸数目计算出编码区外显子含的碱基，而非编码区和内含子中的碱基数目则不能计算出来。根据题意，mRNA的碱基数为2552×3=7656个，基因中的碱基数为7656对。7656÷186000=0.04=4%。该基因中有近20万个碱基对，能编码蛋白质的只占4%，说明调控序列所占的比例较大，反映出真核细胞基因结构和功能的复杂性。【答案】4%；编码序列的比例小，调控序列的比例大，真核细胞基因结构和功能的复杂性。［例5］人的一种凝血因子的基因，含186000个碱基对，有26个外显子，25个内含子，能编码2552个氨基酸，这个基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例为A．4%B．51.76%C．1.3%D．25.76%【解析】真核细胞的基因中，只有外显子是能编码蛋白质中氨基酸序列的碱基序列。已知能编码2552个氨基酸，而每编码一个氨基酸需要3个碱基对，所以该基因中外显子的碱基对数就是2552×3=7656个，用此数除以基因碱基对186000个，就可得出答案。【答案】A［例6］下面对真核生物基因结构的认识中，不正确的是用心爱心专心-6-A．编码区能够转录为相应的信使RNA，经加工参与蛋白质的合成B．在非编码区有RNA聚合酶结合点C．真核细胞与原核细胞的基因结构完全一样D．内含子不能够编码蛋白质序列【解析】真核细胞的基因结构比原核细胞的复杂，编码区包括内含子和外显子，内含子没有编码蛋白质序列，因而转录的信使RNA必须经过剪切掉内含子的转录部分，再拼接起来，才能翻译成蛋白质。因而A、D正确，C错误。而在非编码区，不仅原核细胞有RNA聚合酶结合位点，真核细胞也有，故B正确。【答案】C【达标训练】一、选择题1．对真核细胞基因结构的正确叙述是A．不同基因的内含子长度相同B．每个基因中的外显子和内含子数目相同C．不同基因的外显子长度相同D．不同基因编码区的数目、长度不同【解析】真核细胞基因结构包括编码区和非编码区，编码区又包括许多外显子和内含子，不同基因，编码区的数目、长度不同。【答案】D2．下列关于基因结构中“与RNA聚合酶结合位点”的错误叙述是A．是起始密码B．是转录RNA时与RNA聚合酶的结合点C．调控mRNA的转录D．准确识别转录的起始位点并开始转录【解析】基因结构中，与RNA聚合酶结合位点是转录RNA时与RNA聚合酶的结合点，调控mRNA的转录，能准确识别转录的起始位点并开始转录。【答案】A3．关于真核细胞基因结构的正确叙述是A．不同基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占比例很大B．外显子所含碱基对的数目一般多于内含子所含碱基对的数目C．内含子是不能转录、不能编码蛋白质序列的核苷酸序列D．非编码区对基因的表达起调控作用【解析】真核细胞基因结构中的非编码区对基因的表达起调控作用。【答案】D4．（2003年新课程理综高考题）采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行用心爱心专心-7-组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵A．①②B．②③C．③④D．①④【解析】基因工程一般要经历四个步骤：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测和表达。所以在导入目的基因前，首先要获得目的基因即本题中的编码毒素蛋白的DNA序列，然后要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。完成上述两部以后才将目的基因导入受体细胞即棉的体细胞或受精卵，目的基因导入受体细胞后，