2020年高中生物 专题1 基因工程章末整合体系构建课件 新人教版选修3

专题1基因工程章末整合体系构建|体系构建||知识整合|一、酶切DNA分子后的片段分析及限制酶的选择1．DNA分子经限制酶切割后的片段长度分两种情况(1)对于链状DNA分子而言，如果其上有1个酶切位点，用限制酶切割后形成2个DNA片段；如果有2个酶切位点，则用限制酶切割后形成3个DNA片段，以此类推。(2)对于环状DNA分子而言，如果其上有1个酶切位点，用限制酶切割后形成1个链状DNA片段，且长度不发生变化；如果有2个酶切位点，则用限制酶切割后形成2个DNA片段，以此类推。2．选择限制酶时要考虑目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。②不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的酶切位点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①所选限制酶与切割目的基因的限制酶一般相同，以确保具有相同的黏性末端。②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以选择的限制酶应不能切割质粒上的所有标记基因，即至少要保留一个标记基因，用于重组DNA的鉴定和选择。如图乙中质粒不能使用限制酶SmaⅠ切割，因为会破坏标记基因。二、基因工程中几种重要酶的比较1．限制酶与DNA连接酶的比较种类限制酶DNA连接酶作用使特定部位的磷酸二酯键断裂在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键应用用于提取目的基因和切割载体用于目的基因和载体的连接联系2.限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶的作用部位图解作用于a(磷酸二酯键)的酶有：限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶。作用于b(氢键)的酶有：解旋酶。三、比较DNA复制与PCR技术DNA复制PCR技术解旋方式解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)细胞外(主要在PCR扩增仪内)区别酶DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)DNA复制PCR技术温度条件细胞内的温度条件需控制温度，在较高温度下进行区别合成的对象DNA分子DNA片段或基因DNA复制PCR技术联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成；②原料：均为四种脱氧核苷酸；③酶：均需要DNA聚合酶进行催化；④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸四、解答有关基因工程基本操作程序的题目时的步骤1．分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点：在切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶切割。2．找出标记基因、目的基因及其插入位点：一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如抗生素抗性基因；明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是标记基因之外。3．分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因：如果质粒中有一个标记基因，插入后一般不能破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位点，如果有，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。4．理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法：一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌。如果有两种抗生素基因，还需判断用哪一种抗生素来判断。|链接高考|1．(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了____________(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的______方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与____________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是______。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用______________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。解析：(1)两位科学家将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中并进行了表达，因此该研究可以证明：质粒可以作为载体，真核细胞的基因在原核细胞中也可以表达(不同生物共用一套密码子)、体外重组的质粒可以进入受体细胞等。(2)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化，将质粒导入大肠杆菌时，常用的转化方法是：首先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其成为感受态。噬菌体DNA没有侵染能力，体外重组的噬菌体DNA通常需与外壳蛋白组装成完整噬菌体才能完成侵染过程。噬菌体多寄生在细菌中，但不能寄生在心肌细胞和叶肉细胞中。(3)若要使蛋白质不被降解，则大肠杆菌体内不能存在蛋白酶，因此实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞。同理，在蛋白质纯化过程中，也不能使蛋白质降解，因此应添加蛋白酶抑制剂。答案：(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达(2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶2．(2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_____________________。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用______作为载体，其原因是_______________。(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有____________________________(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是______________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_____________________。解析：(1)从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子，而大肠杆菌属于原核生物，故大肠杆菌不能切除基因A初始转录产物中与内含子对应的RNA序列，故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。(2)由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性，噬菌体只能寄生在细菌细胞中，不能感染家蚕细胞，故应选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比，大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。(4)检测基因A是否翻译出蛋白A，一般用抗原—抗体杂交的方法，即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交，观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型菌的DNA进入R型菌体内，并可在R型菌体内完成表达，这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，为基因工程奠定了基础。答案：(1)基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体3．(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是______________。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是___________。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_______________(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是______________。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是____________________。解析：(1)由于嫩叶组织细胞比老叶细胞易破碎，所以适合作为提取几丁质酶的mRNA的实验材料。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解，所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低RNA酶的活性，保护提取的RNA不被分解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录，即以mRNA为模板、以4种脱氧核糖核苷酸为原料，在逆转录酶的催化下，遵循碱基互补配对原则，合成cDNA的过程。(3)由于目的基因无复制原点，也无基因表达所需的启动子和终止子，所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中，但是植株抗真菌病的能力没有提高，从中心法则角度分析，可能是转基因植株细胞中几丁质酶基因不能转录或不能进行翻译导致的。答案：(1)嫩叶组织细胞易破碎防止RNA降解(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(3)目的基因无复制原点；目的基因不含启动子(4)磷酸二酯键(5)目的基因的转录或翻译异常4．(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被____________酶切后的产物连接，理由是________________________________________。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有___________，不能表达的原因是_________________________________________。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有__________和____________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是______________。解析：(1)分析图(a)可知，限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能被转录。(3)常见的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产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启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(3)E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶5.(2016·全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转