2024届高三生物一轮复习 基因工程导学案

这是一份2024届高三生物一轮复习 基因工程导学案，共8页。学案主要包含了回归教材，高考真题等内容，欢迎下载使用。
2024年高考生物学一轮复习   基因工程导学案一、回归教材   知识点1、DNA重组技术的基本工具            1、限制酶——“分子手术刀”        （1）特点：能够识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，在特定位点切开两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键 （2）DNA末端：限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式：黏性末端、平末端。2、DNA连接酶——“分子缝合针”（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（2）种类：① E.coliDNA连接酶：只能“缝合”双链DNA互补的黏性末端。②T4DNA连接酶：既可“缝合”双链DNA互补的黏性末端，又可“缝合”双链DNA的平末端。3、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（1）载体种类①质粒：一种裸露的结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制的能力的环状DNA分子；②入噬菌体的衍生物；③动植物病毒（2）载体的特点①能够在细胞内自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行自我复制；②具有一个或多个限制酶切点，便于供外源DNA插入；③具有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。【注意】（1）获取目的基因和切割载体时一般使用两种不同的限制酶，目的是为了防止目的基因或载体的自环，以及目的基因与载体的正确连接（2）获取一个目的基因需要限制酶切割两次，产生4个黏性末端或平末端。（3）限制酶切位点的选择必须保证启动子、终止子和标记基因等的部位完整性，以便于检测。4、与DNA有关的4种酶的比较比较项目限制酶DNA连接酶耐高温DNA聚合酶解旋酶RNA聚合酶逆转录酶作用底物DNA分子DNA片段脱氧核苷酸DNA分子核糖核苷酸脱氧核苷酸作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键磷酸二酯键磷酸二酯键形成产物黏性或平末端重组DNA新的DNA分子单链DNAmRNAcDNA知识点2、基因工程的基本操作步骤          第一步：目的基因的筛选与获取 （1）利用PCR获取和扩增目的基因：PCR（聚合酶链式反应）是利用DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。（2）人工合成：序列数据库、序列比对工具等的应用。第二步：基因表达载体的构建（核心）（1）表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因等。（2）表达载体的功能：①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；②使目的基因能够表达和发挥作用（3）启动子：位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。有时会在载体中构建诱导型启动子，当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达（4）终止子：位于基因的尾端，使转录在所需要的地方停下来（5）标记基因：便于重组DNA分子的筛选（6）构建步骤一般用同种或能产生相同末端的限制酶分别切割载体和含有目的基因的DNA片段，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处(如图所示)。第三步：将目的基因导入受体细胞细胞类型方法操作步骤  植物细胞农杆菌转化法（最常用）将目的基因插入到Ti质粒的T—DNA上——通过农杆菌的转化作用——进入植物细胞并整合到植物细胞中的染色体DNA上——目的基因表达花粉管通道法含目的基因的溶液——滴加在柱头上——花粉粒吸入目的基因——授粉——目的基因表达动物细胞显微注射法目的基因片段——受精卵的核内——受精卵经胚胎早起培养一段时间后移植到雌性动物的输卵管或子宫内——使其使其发育成转基因生物微生物感受态细胞法Ca2+ 处理的生物细胞——感受态细胞——将基因表达载体在缓冲溶液中与感受态细胞混合——一定温度下促使感受态细胞吸收DNA分子第四步：目的基因的检测与鉴定（1）分子水平的检测①PCR技术：检测目的基因是否成功导入受体细胞或目的基因是否成功转录出mRNA②抗原—抗体杂交：检测目的基因是否翻译出目的蛋白（2）个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。知识点3、蛋白质工程和基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质功能—设计预期蛋白质的结构—推测应有的氨基酸序列—找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因—获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取—基因表达载体的构建—将目的基因导入到受体细胞—目的基因的检测和鉴定实质定向改造或生产人类需要的蛋白质定向的改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品原理中心法则的逆推基因重组结果产生自然界中没有的蛋白质产生自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有的蛋白质的改造或制造出新的蛋白质，必须通基因修饰或基因合成来实现。知识点4、DNA的粗提取与鉴定(1)DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精；(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液，在0.14mol/L的NaCl溶液中DNA的溶解度最小；(3)DNA+二苯胺试剂（沸水浴）→蓝色二、高考真题1.（2022山东卷）关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是A. 粗提取的DNA中可能含有蛋白质      B. 过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解C. 离心研磨液是为了加速DNA的沉淀    D. 在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色2.(2022辽宁卷)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是A. 预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制B. 后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分C. 延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制D. 转基因品种经检测含有目的基因后即可上市3.（2022广东卷）“绿水逶迤去，青山相向开”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气（含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业）为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。（1）研究者针对每个需要扩增的酶基因（如图）设计一对_____       利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。    （2）研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是________________                     ，终止子的作用是________________                                                          。（3）培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是________________                                                                        ，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。（4）这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了________________                            ，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于                                  ________________                                     ，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。4.（2021广东卷） 非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线（如图），可直接用淀粉生产肌醇（重要的医药食品原料），以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。（1）研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有___________  。（2）高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，方法有___________                                  。（答出两种即可）（3）研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备___________          细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法是___________                        。（4）依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是___________                             。在分子水平上，可以通过改变___________           ，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。5.（2022海南卷） 以我国科学家为主的科研团队将OSNL（即4个基因Oct4／Sox2／Nanog／Lin28A的缩写）导入黑羽鸡胚成纤维细胞（CEFs），诱导其重编程为诱导多能干细胞（iPS），再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞（iPGCs），然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管中，最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代，实验流程如图。      （1）CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的，为了获得单细胞悬液，鸡胚组织剪碎后需用___________处理。动物细胞培养通常需要在合成培养基中添加______等天然成分，以满足细胞对某些细胞因子的需求。（2）体外获取OSNL的方法有______________           （答出1种即可）。若要在CEFs中表达外源基因的蛋白，需构建基因表达载体，载体中除含有目的基因和标记基因外，还须有启动子和____________ 等。启动子是_____________识别和结合的部位，有了它才能驱动____________________________        。（3）iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是______________               。（4）该实验流程中用到的生物技术有________________                        （答出2点即可）。6.(2022辽宁卷)某抗膜蛋白治疗性抗体药物研发过程中，需要表达N蛋白胞外段，制备相应的单克隆抗体，增加其对N蛋白胞外段特异性结合的能力。Ⅰ．N蛋白胞外段抗原制备，流程如图1   （1）构建重组慢病毒质粒时，选用氨苄青霉素抗性基因作为标记基因，目的是___________                                                  。用脂质体将重组慢病毒质粒与辅助质粒导入病毒包装细胞，质粒被包在脂质体__________           （填“双分子层中”或“两层磷脂分子之间”）。（2）质粒在包装细胞内组装出由___________                                                  组成的慢病毒，用慢病毒感染海拉细胞进而表达并分离、纯化N蛋白胞外段。Ⅱ．N蛋白胞外段单克隆抗体制备，流程如图2   （3）用N蛋白胞外段作为抗原对小鼠进行免疫后，取小鼠脾组织用___________                酶处理，制成细胞悬液，置于含有混合气体的___________              中培养，离心收集小鼠的B淋巴细胞，与骨髓瘤细胞进行融合。（4）用选择性培养基对融合后的细胞进行筛选，获得杂交瘤细胞，将其接种到96孔板，进行___________培养。用___________                    技术检测每孔中的抗体，筛选既能产生N蛋白胞外段抗体，又能大量增殖的单克隆杂交瘤细胞株，经体外扩大培养，收集___________        ，提取单克隆抗体。（5）利用N蛋白胞外段抗体与药物结合，形成___________                      ，实现特异性治疗。7.（2021山东卷）PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列（简称phb2基因），大小为0.9kb（1kb=1000碱基对），利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题：（1）为获取phb2基因，提取该动物肝脏组织的总RNA，再经_____            过程得到cDNA，将其作为PCR反应的模板，并设计一对特异性引物来扩增目的基因。（2）图1为所用载体图谱示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点见下表。为使phb2基因（该基因序列不含图1中限制酶的识别序列）与载体正确连接，在扩增的phb2基因两端分别引入_________  和__________  两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时，可选用__________                      （填“E．coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”）。相关限制酶的识别序列及切割位点名称识别序列及切割位点名称识别序列及切割位点HindⅢA↓AGCTTTTCGA↑AEcoRIG↓AATTCCTTAA↑GPvitⅡCAG↓CTGGTC↑GACPstICTGC↓AGGA↑CGTCKpnIG↓GTACCCCATG↑GBamHIG↓GATCCCCTAG↑G注：箭头表示切割位点（3）转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞，使其处于__________       的生理状态，以提高转化效率。（4）将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养，随机挑取菌落（分别编号为1、2、3、4）培养并提取质粒，用（2）中选用的两种限制酶进行酶切，酶切产物经电分离，结果如图2，________号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。注：M为指示分子大小的标准参照物；小于0．2kb的DNA分子条带未出现在图中（5）将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中，培养24小时后，检测处于细胞周期（示意图见图3）不同时期的细胞数量，统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的__________（填“G1”或“S”或“G2/M”）期。  2024年高考生物学一轮复习   基因工程导学案参考答案1C 2B  3.（1）引物 （2）作为标记基因，筛选含有基因表达载体的受体细胞   终止转录，使转录在需要的地方停下来    （3）二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长    （4）废物的资源化   不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳4.（1）人工合成法  （2）盐析法、酶解法或高温变性   （3）感受态    抗原-抗体杂交技术  （4）有的酶失活而使反应中断    基因的碱基序列5.（1）胰蛋白酶、胶原蛋白酶等    动物血清    （2）PCR技术、人工合成法  终止子  RNA聚合酶  目的基因转录出mRNA，最终表达出所需要的蛋白质    （3）基因的选择性表达   （4）基因工程、动物细胞培养6（1）检测目的基因是否成功导入受体细胞 双分子层中（2）蛋白质外壳和含N蛋白胞外段基因的核酸    （3）胰蛋白酶或胶原蛋白   CO2培养箱  （4）克隆化   抗原抗体杂交    细胞培养液    （5）抗体-药物偶联物或ADC7.（1）逆转录  （2）EcoRI   PvitⅡ  T4DNA连接酶   （3）感受态  （4）3  （5）G2/M