專題一基因工程高考要求1.基礎理論艾弗里證明：沃森和克里克：克里克：尼倫貝格：DNA是遺傳物質DNA雙螺旋結構的發現中心法則的確立遺傳密碼的破譯研討問題一：基因工程實施的基礎基因工程的理論基礎

1.基因拼接的理論基礎（1）DNA是主要的遺傳物質；（2）DNA的基本組成單位都是四種脫氧核糖核苷酸；（3）DNA雙螺旋結構。

2.外源基因表達的理論基礎（1）基因是控制生物性狀獨立遺傳的單位；（2）遺傳信息的傳遞都遵循中心法則；（3）生物界共用一套遺傳密碼。基因工程的誕生和發展2.工具基礎酶：載體：

3.誕生限制性核酸內切酶、DNA連接酶、逆轉錄酶質粒等1973年，美國斯坦福大學分子生物學家科恩第一個建成“基因工程菌”。科學界把這一年定為“基因工程元年”基因工程的概念基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產物剪切→拼接→導入→表達基因重組1.概念：按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。優點：根據人們的需要，定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的生物類型或生物產品。例1.下列敘述符合基因工程概念的是A．B淋巴細胞與腫瘤細胞融合，雜交瘤細胞中含有B淋巴細胞中的抗體基因B．將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發生改變，通過篩選獲得青霉素高產菌株D．自然界中天然存在的噬菌體自行感染細菌后其DNA整合到細菌DNA上B原核細胞的基因結構編碼區非編碼區非編碼區編碼區上游編碼區下游調控遺傳信息的表達(調控序列)編碼蛋白質(編碼序列)【拓展】基因的結構原核細胞的基因結構編碼區非編碼區非編碼區與RNA聚合酶結合位點RNA聚合酶是一種蛋白質，能識別并與調控序列中的結合位點結合，能催化DNA轉錄為RNA編碼區啟動子原核細胞的基因結構非編碼區能夠轉錄為相應的信使RNA，進而指導蛋白質的合成，也就是說能夠編碼蛋白質的區段不能編碼蛋白質的區域，調控遺傳信息的表達終止子位置功能位置功能編碼區上游緊靠著轉錄起點引導RNA聚合酶與基因的正確部位結合編碼區下游緊靠著轉錄的終點的位置阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來真核細胞的基因結構編碼區非編碼區非編碼區編碼區下游調控遺傳信息的表達(調控序列)外顯子(能編碼蛋白質)內含子(不能編碼蛋白質)真核生物的基因結構編碼區非編碼區非編碼區RNA聚合酶結合位點外顯子內含子信使RNA成熟的信使RNA編碼區啟動子

真核細胞的基因結構非編碼區間隔的、不連續的不能編碼蛋白質的區域，調控遺傳信息的表達終止子外顯子內含子位置功能編碼區中能夠編碼蛋白質的序列引導RNA聚合酶與基因的正確部位結合編碼區下游緊靠著轉錄的終點的位置阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來編碼區中不能夠編碼蛋白質的序列位置功能編碼區上游緊靠著轉錄起點例2.北極比目魚中有抗凍基因，其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列重復次數越多，抗凍能力越強，下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正確的是A過程①獲取的目的基因，可用于基因工程和比目魚基因組測序B多個抗凍基因編碼區依次相連成能表達的新基因，不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白，C過程②構成的重組質粒缺乏標記基因，需要轉入農桿菌才能進行篩選D應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達B基因工程的基本操作工具2.限制性內切酶的來源？作用特點？作用部位？作用結果？主要分布：原核生物細胞內（約4000種）作用特點：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并使每一條鏈中

特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。作用部位：磷酸二酯鍵作用結果：形成黏性末端或平末端SmaⅠ平末端平末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端

E.coliDNA連接酶黏性末端黏性末端Goback重復演示3、基因工程中常用同種的限制性內切酶切割目的基因和運載體的原因？如果用不同的限制酶切割目的基因和運載體能否起到相同的作用？試舉例說明。目的基因兩端若有不同的黏性末端可否與運載體結合？如何結合？其優點是？⑴用同種的限制性內切酶切割的目的是——產生相同的黏性末端⑵用不同的限制酶切割目的基因和運載體有時也能起到相同的作用,如：限制酶Ⅰ識別和切割的位點如圖所示：—↓GATCC—

限制酶Ⅱ識別和切割的位點如圖所示：—G↓GATCC—⑶與只使用EcoRI相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質粒、外源DNA的優點在于可以

。防止質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環化【思維拓展】關于限制酶的問題一般來說，不同的限制酶有不同的識別序列，有不同的切點位置，切出不同的黏性末端，但也有兩種特殊情況：1.不同的限制酶有不同的識別序列，但可以切出相同的黏性末端，如以下兩種酶處理得到黏性末端均為AATT：酶I識別序列GAATTCCTTAAG酶IIAAAATTTTTTTTAAAA兩種酶經常用于同一個基因工程中限制酶的選擇使用例3基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質粒，便于重組和篩選。已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。根據下圖示判斷下列操作正確的是A．目的基因和質粒均用限制酶Ⅱ切割B．目的基因和質粒均用限制酶Ⅰ切割C．質粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割D．質粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割D限制酶的選擇使用變式訓練1抗四環素基因EcoBBamHⅠHinDⅢBamHⅠ應選擇哪種限制酶？HinDⅢ限制酶的選擇使用變式訓練2抗四環素基因EcoBHinDⅢBamHⅠ抗青霉素基因×√√×√√關于限制酶的問題2.不同的限制酶有相同的識別序列，但可以切出不同的黏性末端，如：酶I識別序列GGAATTCCCCTTAAGG酶IIGGAATTCCCCTTAAGG黏性末端GAATTCAATT這兩種酶不會在同一個基因工程中采用4.DNA連接酶的類別及其作用的區別？DNA連接酶作用：恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。E.coliDNA連接酶:只能連接黏性末端T4DNA連接酶:連接黏性末端或平末端（平末端效率低）T1234512345A磷酸二酯鍵4.DNA連接酶的類別及其作用的區別？DNA連接酶作用：恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。E.coliDNA連接酶:只能連接黏性末端T4DNA連接酶:連接黏性末端或平末端（平末端效率低）5.作為載體的必備條件？常用的載體有？最常用的是？1)能夠在宿主細胞中自我復制并穩定地保存。2)具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3)具有某些標記基因，便于進行篩選和鑒定。如抗菌素的抗性基因、產物具有顏色反應的基因等。4）對受體細胞無害常用的運載體主要有三類：1）質粒2）λ噬菌體的衍生物3)動植物病毒最常用的是:質粒例4（2011年浙江卷）ada（酸脫氨酶基因）通過質粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是A.每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質粒B.每個重組質粒至少含一個限制性核酸內切酶識別位點C.每個限制性核酸內切酶識別位點至少插入一個adaD.每個人的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子C研討問題二：基因工程操作的基本過程（四步曲）6.獲取目的基因的方法有那些？(1)從基因文庫中獲取目的基因基因組文庫部分基因文庫（cDNA文庫）基因組文庫的構建模式圖通過對受體菌的培養而儲存基因6.比較基因組文庫和cDNA文庫的區別小可以部分基因可以某種生物的全部基因有無有無大某種生物的部分基因(2)利用PCR(多聚酶鏈式反應)技術擴增目的基因在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。可以獲得大量的目的基因。包括：變性、退火、延伸三部曲①變性(95℃):雙鏈DNA解聚成為單鏈DNA②退火(55℃):部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補部位相配對和結合③延伸(72℃):以目的基因為模板，在DNA聚合酶的作用下，合成互補的新DNA鏈PCR緩沖溶液中：DNA模板、4種脫氧核苷酸、兩種引物、

TaqDNA聚合酶(耐高溫)、ATP【思維拓展】關于PCR技術中的原料和能量問題：PCR技術也是合成DNA分子的過程，屬于合成反應，是消耗能量的，但圖1—8中未提到能量。圖1—8分析：PCR的原料是dCTP、dGTP、dATP、dTTP。這四種物質并不是必修二中我們熟悉的四種游離的脫氧核苷酸，而是脫氧核苷酸連接上了兩個磷酸，和ATP一樣，是高能化合物，在PCR過程中是可以提供能量的。試題中，若指出原料是dCTP、dGTP、dATP、dTTP，則條件中不再另寫能量，若原料是四種游離的脫氧核苷酸，則另外還需要ATP提供能量。(2)利用PCR(多聚酶鏈式反應)技術擴增目的基因(3)人工合成目的基因在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。可以獲得大量的目的基因。包括：變性、退火、延伸三部曲①變性(95℃):雙鏈DNA解聚成為單鏈DNA②退火(55℃):部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補部位相配對和結合③延伸(72℃):以目的基因為模板，在DNA聚合酶的作用下，合成互補的新DNA鏈PCR緩沖溶液中：DNA模板、4種脫氧核苷酸、兩種引物、

TaqDNA聚合酶(耐高溫)、ATP基因比較小，核苷酸序列已知，可以通過DNA合成儀人工合成DNA①逆轉錄法：以目的基因轉錄成的信使RNA為模板，反轉錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。②化學方法合成：已知核苷酸序列的小片段基因，直接利用DNA合成儀用化學方法合成，不需要模板。如人的血紅蛋白基因、胰島素基因等就可以通過人工合成基因的方法獲得。7.基因工程的核心步驟？構建基因表達載體的目的？基因表達載體的組成及各部分的作用是什么？如何利用標記基因篩選出重組質粒？基因表達載體的構建----基因工程的核心目的：①使目的基因在受體細胞中穩定存在并且可以遺傳給下一代②使目的基因能