2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第一章 基因工程和蛋白質(zhì)工程 微專題突破 基因工程的操作工具與操作步驟總結(jié)學案 中圖版選修3

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1、 微專題突破 基因工程的操作工具與操作步驟總結(jié) 1．基因工程是分子水平上的生物工程，其原理是基因重組。 2．基因工程的基本工具是限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶和運載體，其中前兩種工具是蛋白類的酶。 3．基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定。其中，目的基因的獲取中構(gòu)建基因文庫實際上涉及基因工程的全過程。cDNA 文庫只是部分基因文庫的一種，cDNA文庫中的目的基因通過反轉(zhuǎn)錄法人工合成，無啟動子和內(nèi)含子。PCR技術(shù)中解旋不用解旋酶。構(gòu)建基因表達載體時，一般用同種限制性內(nèi)切酶剪切目的基因和載體，再用DNA連

2、接酶連接。目的基因的檢測與鑒定中有分子水平檢測和個體水平鑒定，其中檢測目的基因是否導入受體細胞、是否轉(zhuǎn)錄出mRNA、是否翻譯成蛋白質(zhì)都屬于分子水平檢測。 1．據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述錯誤的是(　　) A．限制性內(nèi)切酶可以切斷a處 B．DNA聚合酶可以連接a處 C．解旋酶可以使b處解開 D．DNA連接酶可以連接c處 【解析】　限制性內(nèi)切酶切割DNA分子時破壞的是DNA鏈中的磷酸二酯鍵，如圖a處。DNA聚合酶是將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵，因此，DNA聚合酶可以連接a處。解旋酶解開堿基對之間的氫鍵，即使b處解開。DNA連接酶連接的是兩個

3、相鄰的脫氧核苷酸的磷酸和脫氧核糖，形成磷酸二酯鍵，如a處，而圖示的c處連接的是同一個脫氧核苷酸的磷酸和脫氧核糖。 【答案】　D 2．利用外源基因在受體細胞中表達，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列選項中能說明目的基因完成了在受體細胞中表達的是(　　) A．棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因 B．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNA C．山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNA序列 D．酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白 【解析】　目的基因的表達是指在受體細胞中產(chǎn)生了目的基因所控制合成的蛋白質(zhì)。在受體細胞中檢測到目的基因或其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA，并不能表明目的基因已經(jīng)成功表達。 【答案】　D

4、 3．目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是(　　) ①檢測受體細胞是否有目的基因 ②檢測受體細胞是否有致病基因 ③檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA ④檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì) A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 【解析】　目的基因的檢測包括：檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交；檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是用基因探針與mRNA雜交；最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是進行抗原—抗體雜交。 【答案】　C 4．

5、科學家已能運用基因工程技術(shù)，讓羊合成并由乳腺分泌抗體，相關(guān)敘述中正確的是(　　) ①該技術(shù)將導致定向變異?、贒NA連接酶把目的基因與載體黏性末端的堿基對連接起來?、鄣鞍踪|(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因提供資料?、苁芫咽抢硐氲氖荏w A．①②③④ B．①③④ C．②③④ D．①②④ 【解析】　基因工程可將控制特定性狀的外源基因?qū)胧荏w細胞，從而定向改造生物的性狀，而且操作過程不受親緣關(guān)系遠近的制約，即克服遠緣雜交不親和的障礙。在基因工程操作程序中，所用的DNA連接酶連接的不是目的基因與載體黏性末端的堿基對，而是目的基因與載體的DNA兩條鏈的骨架，即核苷酸與磷酸的連接，也就是說，DNA連接

6、酶只能催化斷開的DNA雙鏈重新形成磷酸二酯鍵。由蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可推知相應的mRNA中核苷酸序列，進而可推測相應基因中核苷酸排序，從而可以用化學合成方法人工合成目的基因。轉(zhuǎn)基因羊的乳腺細胞及全身所有的組織細胞均來自受精卵的有絲分裂，遺傳物質(zhì)都與受精卵完全相同，而受精卵體積較大，操作較容易，也能保障發(fā)育成的個體所有細胞都含有外源基因。 【答案】　B 5．已知SARS是由一種RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康復后，其血清中有抗S蛋白的特異性抗體。某研究小組為了研制預防SARS病毒的疫苗，開展了前期研究工作。其簡要的操作流程如下圖所示：

7、 (1)實驗步驟①所代表的反應過程是_________________________________。 (2)步驟②構(gòu)建重組表達載體A和重組表達載體B必須使用限制性內(nèi)切酶和________酶，后者的作用是將限制性內(nèi)切酶切割的________和________連接起來。 (3)如果省略步驟②而將大量擴增的S基因直接導入大腸桿菌，一般情況下，不能得到表達的S蛋白，其原因是S基因在大腸桿菌中不能________，也不能__________________。 (4)為了檢驗步驟④所表達的S蛋白是否與病毒S蛋白有相同的免疫反應特性，可用________________與____________

8、____進行抗原—抗體特異性反應實驗，從而得出結(jié)論。 (5)步驟④和⑥的結(jié)果相比，原核細胞表達的S蛋白與真核細胞表達的S蛋白的氨基酸序列________(填“相同”或“不相同”)，根據(jù)的原理是_________。 【解析】　(1)以RNA為模板合成DNA的過程，稱之為逆轉(zhuǎn)錄。(2)利用同一種限制性內(nèi)切酶將目的基因和載體切割出相同的黏性末端，再用DNA連接酶將目的基因(S基因)和載體進行縫合，合成重組DNA。(3)直接將S基因?qū)胧荏w細胞，S基因在宿主細胞內(nèi)不能復制，也不能表達，所以基因工程中一定要用載體。(4)一種抗原只能和一種抗體發(fā)生特異性的結(jié)合，所以用大腸桿菌中表達的S蛋白與SARS康

9、復病人血清(含有抗體)進行特異性反應實驗，來進行檢測基因工程表達的S蛋白和病毒S蛋白是否相同。(5)在研制疫苗過程中，④和⑥中所用的目的基因即S基因是相同的，轉(zhuǎn)錄的mRNA是相同的，翻譯合成的蛋白質(zhì)的氨基酸序列也相同。該題以研制SARS病毒疫苗的過程為素材，考查基因工程的過程。 【答案】　(1)逆轉(zhuǎn)錄　(2)DNA連接　載體　S基因　(3)復制　合成S基因的mRNA　(4)大腸桿菌中表達的S蛋白　SARS康復病人血清　(5)相同　表達蛋白質(zhì)所用的基因相同 6．酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可生產(chǎn)食品和藥品等。科學家將大麥細胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可產(chǎn)生LTP1蛋

10、白，并釀出泡沫豐富的啤酒。基本的操作過程如下： (1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于________。 (2)從大麥細胞中可直接分離獲得LTP1基因，還可采用________方法獲得目的基因。本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇毎麅?nèi)，所用的載體是________。 (3)此操作中可以用分別含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培養(yǎng)基進行篩選，則有C進入的酵母菌在選擇培養(yǎng)基上的生長情況是_______________________。 (4)除了看啤酒泡沫豐富與否外，還可以怎樣檢測LTP1基因在啤酒酵母菌中的表達？__________________________

11、__________________________________ _______________________________________________________________。 【解析】　(1)基因重組一般是指在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。題目中將大麥的LTP1基因重組入啤酒酵母菌中，也屬于基因重組。(2)獲得目的基因有兩條途徑：一是用“鳥槍法”直接分離獲得目的基因，一種是用人工合成的方法獲得目的基因?；蚬こ讨谐Ｓ玫妮d體是質(zhì)粒。(3)重組質(zhì)粒中含有抗青霉素基因，如果成功導入受體細胞，有C進入的酵母菌在有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上存活。(4)目的基因是否表達，可以通過檢測特定的性狀或者目的基因是否合成相應的蛋白質(zhì)進行確定。 【答案】　(1)基因重組　(2)人工合成　質(zhì)?！?3)在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上存活　(4)檢驗轉(zhuǎn)基因啤酒酵母菌能否產(chǎn)生LTP1蛋白 4