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1、1专题专题 1 1 基因工程基因工程总结提升总结提升知识建网要语必背1限制性核酸内切酶可识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA 分子。2质粒作为基因工程的载体需具备的条件有：能在宿主细胞内稳定保存并自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有标记基因。3基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。4将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2处理法)。5检测目的基因是否导入受体细胞染色体 DNA
2、 上常用 DNA 分子杂交技术；检测是否转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原抗体杂交技术。6蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。7蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。2一、几种重要酶的比较种类项目 限制酶DNA 连接酶DNA 聚合酶解旋酶作用底物DNA 分子DNA 分子片段脱氧核苷酸DNA 分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用特点切割目的基因及载体，能专一性识别双链 DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷
3、酸之间的磷酸二酯键断开将双链 DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上将 DNA 两条链之间的氢键打开作用结果形成黏性末端或平末端形成重组 DNA 分子形成新的 DNA分子形成单链 DNA分子特别提醒 在基因工程中反(逆)转录酶也常被使用。反(逆)转录酶又称 RNA 指导的 DNA 聚合酶，是以 RNA 为模板合成 DNA 所需的酶。反(逆)转录酶催化的反应叫反(逆)转录。在这个过程中，遗传信息流动的方向是从 RNA 到 DNA，正好与转录过程相反，故称反转录。例 1 下图为 DNA 分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作
4、用部位，则相应的酶依次是( )ADNA 连接酶、限制酶、解旋酶B限制酶、解旋酶、DNA 连接酶C解旋酶、限制酶、DNA 连接酶D限制酶、DNA 连接酶、解旋酶答案 C解析 限制酶能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位3的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端或平末端；DNA 连接酶是在两个 DNA片段之间形成磷酸二酯键；解旋酶能使 DNA 分子双螺旋结构解开，氢键断裂；所以处是解旋酶作用部位，处是限制酶作用部位，处是 DNA 连接酶作用部位。二、易混概念辨析基因工程的基本操作程序中存在多组易混的概念，它们是学习中的难点；只有把它们的区别和联系搞清楚，才能
5、正确掌握关于基因工程的基本操作程序的知识。下面是对几组易混概念的辨析。1基因文库、基因组文库、部分基因文库(1)从定义上区分基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。基因文库是指储存有某种生物基因的菌群的总称。基因组文库：如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。部分基因文库：指含有一种生物的一部分基因的基因文库，如 cDNA 文库。(2)从范围上区分：基因文库包含基因组文库和部分基因文库。基因组文库有某一种生物的全部基因，它的范围要大于部分基因文库。2启动子、终止子、起始密码子、
6、终止密码子(1)从定义上区分启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导 RNA 聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA 聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍 RNA聚合酶的移动，并使其从 DNA 模板链上脱离下来。密码子：指信使 RNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使 RNA 上四种碱基的组合方式有 64 种，其中，决定氨基酸的密码子有 61 种，3 种是终止密码子。终止密码子：是信使 RNA 上能够终止蛋白质合成的密码子。起始密码子：位于信使 RNA 上，是
7、蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。(2)从本质上区分：启动子和终止子都是 DNA 分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使 RNA 上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码4子不能决定任何一种氨基酸。例 2 下列关于 cDNA 文库和基因组文库的说法，不正确的是( )AcDNA 文库中的 DNA 来源于 mRNA 的反转录过程B如果某种生物的 cDNA 文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同CcDNA 文库中的基因都没有启动子D一种生物的 cDNA 文库可以有许多种，但基因组文库只有一种答案 B
8、解析 由于基因转录时只有编码区段才能转录，所以以 mRNA 反转录成的 DNA 就只有外显子区段，而缺少内含子和启动子等非编码区段，和原来的基因结构不相同。1EcoR和Sma限制酶识别的序列均由 6 个核苷酸组成，但切割后产生的结果不同，其识别序列和切割位点(图中箭头处)分别如下图所示，请据图分析下列说法正确的是( )A所有限制酶的识别序列均由 6 个核苷酸组成BSma切割后产生的是黏性末端C用 DNA 连接酶连接平末端和黏性末端的效率一样D细菌细胞内的限制酶可以切割外源 DNA，防止外源 DNA 入侵答案 D解析 限制酶的识别位点一般由 4、5、6 或 8 个核苷酸序列组成，故 A 错误；据
9、图分析，Sma限制酶切割后产生的是平末端，故 B 错误；用 DNA 连接酶连接平末端的效率比黏性末端低，故 C 错误；细菌细胞内限制酶可以切割外源 DNA，防止外源 DNA 入侵，是一套完善的防御机制，故 D 正确。2科学家将来自于大鼠的编码一种离子通道蛋白的基因转入果蝇体内，培养出一种转基因果蝇，人们可以通过照射激光来遥控它们的行为，让懒散的果蝇活动起来。以下叙述正确的是( )A获取编码离子通道蛋白的基因的方法有从基因文库中获取、人工合成法等B为了保持基因的完整性，应该将目的基因直接导入果蝇细胞C将该基因导入果蝇细胞最常用的方法是基因枪法D该转基因果蝇有性生殖的后代能保持该性状的稳定遗传5答
10、案 A解析 基因工程中获取目的基因的方法有从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增、人工合成；将目的基因导入受体细胞前需要构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达；将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；转基因果蝇有性生殖的后代可能会发生性状分离，该性状不一定能稳定遗传。3下列有关基因工程的叙述正确的是( )ADNA 连接酶的作用是使互补的黏性末端之间发生碱基 A 与 T，C 与 G 之间的配对B基因工程中使用的载体最常见的是大肠杆菌C载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞并可促进目的基因的表达D基因工程造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定
11、向变异答案 D解析 DNA 连接酶的作用对象是磷酸二酯键，A 错误；基因工程中使用的载体最常见的是质粒，B 错误；载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞，但是不能促进目的基因的表达，C 错误；基因工程能按照人们的意愿定向地改造生物的遗传性状，其原理是基因重组，D 正确。4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入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抗虫基因的提取和运输需要专用的工具和载体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到近缘作物，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
12、检测棉花对抗生素抗性来确定的答案 D解析 抗虫基因的提取和运输都需要工具酶(限制酶和 DNA 连接酶)和载体，故 A 正确；一种氨基酸可以由几种不同的密码子编码，且增加的碱基对可能位于非编码区或内含子中，所以 DNA 分子中增加一个碱基对，不一定影响蛋白质的功能，故 B 正确；转基因作物可通过花粉将外源基因传递到近缘作物，从而造成基因污染，故 C 正确；转基因棉花是否具有抗虫特性，应该直接用害虫来食用棉花叶片，做毒性检测，抗生素抗性检测往往用于对标记基因进行检测，以确定外源基因是否导入受体细胞，故 D 错误。5下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是( )A基因表达载体构建过程中需要
13、限制酶和 DNA 连接酶6B图中愈伤组织分化产生的再生植株的基因型一般都相同C卡那霉素抗性基因中含有相关限制酶的识别和切割位点D转基因抗虫棉有性生殖产生的部分后代不能稳定保持抗虫性状答案 C解析 基因表达载体构建过程中需要限制酶对目的基因和载体进行切割，需要 DNA 连接酶将目的基因和载体进行连接，A 正确；愈伤组织分化产生的再生植株的基因型不发生突变的话都是一样的，B 正确；卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的识别和切割位点，否则破坏了抗性基因，C 错误；进行有性生殖会发生基因重组，部分后代抗虫性状不能稳定遗传，D 正确。6下列有关蛋白质工程的说法错误的有几项( )蛋白质工程无需构建基因表达载
14、体 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质 蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶 蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的A1 B2 C3 D4答案 C解析 蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，其核心是基因工程，故蛋白质工程需要构建基因表达载体，错误；通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，错误；蛋白质工程的核心是基因工程，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶，正确；对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造
15、蛋白质，错误，故 C 正确。7科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第 352 位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第 104 位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )A直接通过分子水平改造蛋白质B直接改造相应的 mRNAC对相应的基因进行操作D重新合成新的基因答案 C解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操
16、作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。78下列关于基因工程技术的叙述，正确的是( )A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别 6 个核苷酸序列BPCR 反应中温度的周期性改变是为了 DNA 聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达答案 D解析 限制酶的识别序列多数为 6 个核苷酸序列，也有少数为 4、5 或 8 个核苷酸序列的，A 错误；DNA 聚合酶只能催化脱氧核苷酸合成 DNA 片段，不能催化其他反应，B 错误；控制抗生素合成的基因不在质粒上，通常采用载体质粒
17、上的抗生素抗性基因作为筛选标记基因，C 错误；抗虫基因成功插入到植物细胞染色体上后，是否能正常表达，还需要其他控制元件如启动子、终止子等控制，D 正确。9某重点实验室课题研究组欲将一株野生杂草的抗病基因转移给一双子叶农作物。该农作物含有高茎基因，植株过高容易倒伏，科学家欲通过基因工程操作抑制高茎基因的表达。基于上述目的科学家进行了基因工程的相关操作，结合所学知识分析下列问题：(1)课题研究组已经获得了抗性基因，在体外大量扩增该目的基因需采用_技术，该技术的基本反应过程：目的基因受热变性后解链为单链，_与单链相应互补序列结合，然后在_的作用下进行延伸。(2)基因工程操作的核心是_，该过程用到的工
18、具酶有_。本研究中，欲将目的基因转入受体细胞，常采用_法。答案 (1)PCR 引物 Taq酶(热稳定性 DNA 聚合酶)(2)基因表达载体的构建 DNA 连接酶和限制酶 农杆菌转化解析 (1)体外大量扩增目的基因需采用 PCR 技术，该技术的基本反应过程：目的基因受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在Taq酶(热稳定性 DNA 聚合酶)的作用下进行延伸。(2)基因工程操作的核心是基因表达载体的构建，该过程用到的工具酶有 DNA 连接酶和限制酶。将目的基因转入植物细胞常采用农杆菌转化法。10菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。下图是获得转基因
19、菊花的技术流程，请据图回答：注：卡那霉素抗性基因(Kanr)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。(1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒，可用_处理土壤农杆菌，使其处于感受态。8(2)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够_的特点，使目的基因进入受体细胞中，并插入到菊花细胞的_上，最终形成转基因植株。(3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和_的培养基中，在适宜条件下进行培养，筛选转基因菊花。(4)用 PCR 方法检测转基因菊花是否含有目的基因时，需根据_的核苷酸序列设计特异引物，以_为模板进行第一轮扩增。(5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛 2 龄幼虫
20、，实验结果如下表所示。组别死亡率(%)转基因植株 160.00实验组 转基因植株 253.33对照组13.33对照组应饲喂等量的_。据表分析，_差异显著，说明转基因菊花对菊天牛 2 龄幼虫有较强的毒杀作用。答案 (1)Ca2(或 CaCl2溶液) (2)感染菊花(或植物)细胞，并将 T-DNA 转移至受体细胞 染色体 DNA (3)卡那霉素 (4)抗虫基因(目的基因) 转基因菊花的 DNA(或含目的基因的菊花 DNA) (5)非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物 实验组与对照组死亡率解析 (1)通常用 Ca2处理细菌，使之处于感受态。(2)根据农杆菌的 Ti 质粒中的 T-DNA 可以整合到受体细胞的染色体 DNA 上的特点，通常用农杆菌转化法将目的基因导入受体 细胞。(3)基因表达载体的构建中，需要标记基因，根据题意可知该标记基因为卡那霉素抗 性基因，因此需要在加入卡那霉素的培养基中选择出成功转入目的基因的菊花。(5)实验设 计遵循对照原则，因此对照组应该加入非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物；根据 实验组比对照组的死亡率高，说明转基因菊花对菊天牛 2 龄幼虫有较强的毒杀作用。