2021届高考生物二轮复习-专题十七-基因工程与细胞工程学案.doc
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1、2021届高考生物二轮复习 专题十七 基因工程与细胞工程学案2021届高考生物二轮复习 专题十七 基因工程与细胞工程学案年级:姓名:- 21 -专题十七 基因工程与细胞工程考纲要求1基因工程的诞生()2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()3.基因工程的应用()4.蛋白质工程()5.植物的组织培养()6.动物细胞培养与体细胞克隆()7.细胞融合与单克隆抗体()授课提示:对应学生用书第104页细节拾遗1教材选修3 P4“寻根问底”:限制酶为何不切割自身DNA?提示:限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割;限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存
2、在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。2教材选修3 P10“生物技术资料卡”:cDNA文库的基因中为什么不含有启动子和内含子?提示:cDNA文库是以某一发育时期细胞中的mRNA为模板反转录形成的,mRNA中不含有启动子和内含子对应的碱基序列。3教材选修3 P27“异想天开”:为什么到目前为止还没有生产出人类需要的蛋白质的结构?提示:因为蛋白质的高级结构非常复杂,人们对蛋白质的高级结构及其在生物体内如何行使功能知之甚少。4教材选修3 P36“小知识”:说出植物组织培养的培养基组成。提示:一般由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。5教材选修3 P52“生物技术资料卡”:病毒灭活的含义
3、是什么?提示:灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。易错诊断1用限制酶能切割烟草花叶病毒的核酸()2如果要将人生长激素基因导入大肠杆菌,应从cDNA文库中获取目的基因,或用人工化学合成的方法获取()3基因治疗是指将缺陷基因诱变为正常基因;基因诊断依据的原理是DNA分子杂交;一种基因探针能够检测水体中的各种病毒()4生物体内DNA 分子的解旋一定需要解旋酶,在体外则只需要高温()5愈伤组织的细胞排列整齐而紧密,且为高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞()6同一株绿色开花植物不同部分的细胞经组织培养获得的愈伤组织细胞基因都是相同的()7在动物细胞培养与植物
4、组织培养中,都需要对培养基灭菌,还都需要用到CO2培养箱()8将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合,在培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞()授课提示:对应学生用书第105页考点 基因工程与蛋白质工程1基因工程常考的3种基本工具(1)限制性核酸内切酶: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)DNA连接酶:EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端;T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。(3)运载体:能在宿主细胞内稳定存在并大量复制;有一个至多个限制酶切割位点;具有特殊的标记基因以便对含目的基因的受体细胞筛选。2.基因工程的4大操作程序(1)目的基因的获取(三种方
5、法)从基因文库中获取。利用PCR技术扩增:其实质是在体外对目的基因进行大量复制,其过程如下:用化学方法人工合成。(2)基因表达载体的构建(此为“核心步骤”)基因表达载体的组成基因表达载体目的基因启动子终止子标记基因复制原点构建过程注:目的基因插入位置:插入至启动子下游,终止子上游。(3)将目的基因导入受体细胞的“3大方法”导入植物细胞农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法)。导入动物细胞显微注射法(一般导入受精卵)。导入微生物细胞使用Ca2处理细胞。(4)理清目的基因的检测与鉴定导入检测:DNA分子杂交技术(使用DNA探针)。表达检测a检测转录:分子杂交技术检测mRNA。b检测翻译:用相应的抗体
6、进行抗原抗体杂交。个体生物学水平鉴定:如对转基因作物进行抗虫或抗病等的接种实验。3蛋白质工程4DNA的粗提取与鉴定特别提醒澄清基因工程的4个“”(1)DNA连接酶DNA聚合酶:DNA连接酶连接两个DNA片段,而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。(2)限制酶DNA酶解旋酶:限制酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列,并使两条链在特定的位置断开;DNA酶可将DNA水解为其组成单位;解旋酶将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。(3)启动子起始密码子,终止子终止密码子起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止;启动子和终止子位于DNA上,分别控制转录的启动和终止
7、。(4)基因治疗基因诊断基因治疗:将正常基因导入有基因缺陷的细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,以达到治疗的目的其原理为基因重组及基因表达。基因诊断:制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况其原理为DNA分子杂交。1(2020新高考山东卷)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需的酶是_,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为_。(2)根
8、据启动子的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影响了_,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列_(填“发生”或“不发生”)改变,原因是_。(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经_过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA,原因是_。(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为_,原因是_。解析:(1)构建基因表达载体需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶,
9、可以对目的基因和载体进行切割和连接,重组载体进入受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合后启动转录,启动子的序列改变会影响与RNA聚合酶的识别和结合,从而改变基因的转录,3个突变品系中改变的是启动子的序列,影响mRNA的转录,而编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子的序列,所以编码合成的直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。(3)通过mRNA获得cDNA是逆转录(或反转录)过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物等,其中引物是根据已知基因上的一段序列合成的,这样要从总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA,关键是要根据Wx基因的一段已知序列合成出相应的
10、引物。(4)据题中信息可知,水稻胚乳中直链淀粉所占比例越小,糯性越强,题图中品系3中Wx的mRNA量最少,这样合成的直链淀粉合成酶的量最少,则合成的直链淀粉所占比例最小,糯性最强。答案:(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶转化(2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合不发生编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子(3)逆转录(或:反转录)引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或:引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)(4)品系3品系3的Wx mRNA最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强2基因工程可以按照人们的意愿赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物
11、类型和生物产品。图甲是基因工程的基本操作流程,图乙是定量PCR技术中的一种常用探针。请回答下列有关问题:(1)图中、所需酶在作用上的主要区别是_(答出一点即可)。与基因组文库中的基因相比,cDNA文库中的基因在结构上的特点是_。(2)图中过程需要借助PCR技术,该过程所需的酶为_。若利用PCR技术扩增目的基因的过程中消耗了126个引物分子,则该过程DNA扩增了_次。图乙的Taq Man探针是定量PCR技术中的一种常用探针,其5末端连接荧光基团(R),3末端连接淬灭剂(Q)。当探针完整时,R发出的荧光信号被Q吸收而不发荧光。在定量PCR扩增过程中,当扩增DNA遇到探针时,探针就会被水解而释放出游
12、离的R和Q,随PCR扩增次数的增加,荧光信号_。(3)若过程为将目的基因导入植物细胞,最常用的方法是农杆菌转化法,该方法选择Ti质粒作为运载体的原因是_。(4)图中过程是_。要检测目的基因是否成功表达,首先从转基因生物个体中提取蛋白质,用相应的抗体进行_杂交。解析:(1)图甲中参与过程的逆转录酶的作用是促进形成磷酸二酯键,参与过程的限制性核酸内切酶的作用是促进磷酸二酯键的水解/断裂;cDNA文库来源于这种生物体内的mRNA的逆转录,而mRNA实质上来源于基因的转录,基因不包括内含子和非编码区(启动子和终止子等)序列。(2)PCR技术过程中所需的酶为Taq酶,即热稳定DNA聚合酶。若PCR技术扩
13、增目的基因的过程中消耗了126个引物分子,说明DNA复制产生了(1262)264个DNA分子,6426,因此DNA扩增了6次。随着PCR次数的增加,R与Q不断被水解释放,荧光信号不断增强。(3)目的基因导入植物细胞时,由于Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体的DNA上,以保证目的基因稳定存在和表达,故选择Ti质粒作为载体。(4)过程为目的基因的检测与鉴定;从转基因生物个体中提取蛋白质,可通过抗原抗体杂交检测目的基因是否表达成功。答案:(1)参与过程的酶催化形成磷酸二酯键,参与过程的酶催化磷酸二酯键的水解没有内含子、启动子和终止子等序列(2)Taq酶(热稳定DNA聚合酶
14、)6(逐渐)增强(3)Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体的DNA上,以保证目的基因稳定存在和表达(4)目的基因的检测与鉴定抗原抗体3人体内的tPA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓,是心梗和脑血栓的急救药,但是大剂量使用会诱发颅内出血。如果将tPA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,能显著降低出血副作用。先对天然的tPA基因进行序列改造,然后再采取传统的基因工程方法表达改造后的基因,可制造出性能优异的改良tPA蛋白。下图表示通过重叠延伸PCR技术获取tPA改良基因和构建含tPA改良基因重组质粒的过程示意图。图中重叠延伸PCR过程中,引物a、b被用来扩增含有突变位点
15、及其上游序列的DNA片段,引物c、d被用来扩增含突变位点及其下游序列的DNA片段。请回答:(1)已知tPA蛋白第84位是半胱氨酸,相应的基因模板链(图中tPA基因的上链)上的碱基序列是ACA,丝氨酸的密码子是UCU。重叠延伸PCR示意图中的黑点表示突变部位的碱基,引物b中该部位的碱基是_,引物c该部位的碱基是_。PCR中需要引物的原因是_。(2)重叠延伸PCR中,PCR1和PCR2分别进行,产物混合后再进行PCR3。PCR1和PCR2需要分别进行的原因是_。(3)构建重组质粒时,选用的限制酶是_。重组质粒中的新霉素抗性基因的作用是_。(4)在加入新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞并非都是目的菌
16、株,需选择呈_色的菌落,进一步培养、检测和鉴定,以选育出能生产改良tPA蛋白的工程菌株。上述生产改良tPA蛋白的技术属于_工程。解析:(1)已知tPA蛋白第84位是半胱氨酸,相应的基因模板链(图中tPA基因的上链)上的碱基序列是ACA,丝氨酸的密码子是UCU。由此可知基因模板链第84位发生了碱基替换,即ACAAGA,则tPA基因的上链中相应位置的ACAAGA,图中显示引物b与tPA基因的下链互补,故其中相应部位的碱基与上链相同,即该部位的碱基是G,引物c与tPA基因的上链互补,故其中相应部位的碱基与下链相同,即该部位的碱基是C。由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3端延伸DNA链,
17、因此 PCR中需要加入合适的引物来完成子链延伸。(2)图中信息显示,引物b和引物c可以互补配对,因此,如果PCR1和PCR2同时进行,无法达到预期目的。(3)根据图中目的基因两端的黏性末端以及各种限制酶的切割位点可知,在构建重组质粒时,选用限制酶Xma和Bgl切割质粒,才能与目的基因tPA改良基因高效连接。在构建重组质粒时,其中的新霉素抗性基因没有被破坏,因此可以根据对新霉素的抗性将成功导入质粒的大肠杆菌筛选出来,即该基因的作用是便于将成功导入质粒的大肠杆菌筛选出来。(4)在加入新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞应该包含两种类型,一类是导入质粒的大肠杆菌,这类大肠杆菌细胞因为含有mlacZ基因
18、而呈蓝色;一类是导入重组质粒的大肠杆菌,因为其中不含mlacZ基因,该细菌表现为白色,因此需选择呈白色的菌落,进一步培养、检测和鉴定,以选育出能生产改良tPA蛋白的工程菌株。上述生产改良tPA蛋白的技术属于蛋白质工程。答案:(1)GCDNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3端延伸DNA链(2)引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效(3)Xma和Bgl便于将导入质粒的大肠杆菌筛选出来(4)白蛋白质考点 细胞工程1植物组织培养过程(1)植物组织培养的2个关键(2)针对三类目标(试管苗、人工种子、细胞产物)的培养流程2植物体细胞杂交技术(1)酶解方法:用纤维素酶和果胶酶处理。(2)促融方法:
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