高二生物基因工程知識點梳理

　　基因工程是高二學生在學習生物學科時要掌握的重要知識點。為了幫助學生掌握基因工程知識點，下面小編為高二學生整理了生物基因工程知識點，希望對大家有所幫助!

　　高二生物基因工程知識點

　　一、基因工程的概念

　　基因工程是指按照人們的願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物型別和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。

　　二、基因工程的原理及技術

原理：基因重組技術

　　基因工程的基本工具

　　1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶***限制酶***

　　***1***來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

　　***2***功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，並且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，因此具有專一性。

　　***3***結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端.

　　2.“分子縫合針”——DNA連線酶

　　***1***兩種DNA連線酶***E•coliDNA連線酶和T4DNA連線酶***的比較：

　　①.相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

　　②.區別：E•coliDNA連線酶來源於T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連線起來;而T4DNA連線酶能縫合兩種末端，但連線平末端的之間的效率較低。

　　***2***與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連線酶是連線兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。

　　3.“分子運輸車”——載體

　　***1***載體具備的條件：

　　①能在受體細胞中複製並穩定儲存。

　　②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。

　　③具有標記基因，供重組DNA的鑑定和選擇。

　　***2***最常用的載體是質粒：

　　它是一種裸露的、結構簡單的、獨立於細菌染色體之外，並具有自我複製能力的雙鏈環狀DNA分子。

　　***3***其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒

　　基因工程的基本操作程式

　　第一步：目的基因的獲取

　　1.目的基因是指：編碼蛋白質的結構基因。

　　2.原核基因採取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。

　　3.PCR技術擴增目的基因

　　***1***原理：DNA雙鏈複製

　　***2***過程：①加熱至90～95℃DNA解鏈;

　　②冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈;

　　③加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成

　　第二步：基因表達載體的構建

　　1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，並且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。

　　2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因

　　***1***啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位於基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。

　　***2***終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位於基因的尾端。

　　***3***標記基因的作用：是為了鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。

　　第三步：將目的基因匯入受體細胞

　　1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，並且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

　　2.常用的轉化方法：將目的基因匯入植物細胞：採用最多的方法是農桿菌轉化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。

　　3.將目的基因匯入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。將目的基因匯入微生物細胞：

　　4.重組細胞匯入受體細胞後，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是

　　標記基因是否表達.

　　第四步：目的基因的檢測和表達

　　1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是採用 DNA分子雜交技術.

　　2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是採用用標記的目的基因作探針與mRNA

　　雜交。

　　3.最後檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取

　　蛋白質，用相應的抗體進行抗原-抗體雜交。

　　4.有時還需進行個體生物學水平的鑑定。如轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。

　　基因工程的應用:

　　1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。

　　2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。

　　3.基因治療：把正常的外源基因匯入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。

　　蛋白質工程的概念：

　　蛋白質工程：

　　是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關係作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或製造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。***基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質***

　　***1***蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質

　　***2***蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。

　　***3***基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列***基因***以上是蛋白質工程特有的途徑;以下按照基因工程的一般步驟進行。***注意：目的基因只能用人工合成的方法***

　　***4***設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列

　　高二生物基因工程練習

　　1.***2018年高考浙江理綜***在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因菸草過程中，下列操作錯誤的是***　　***

　　A.用限制性核酸內切酶切割菸草花葉病毒的核酸

　　B.用DNA連線酶連線經切割的抗除草劑基因和載體

　　C.將重組DNA分子匯入菸草原生質體

　　D.用含除草劑的培養基篩選轉基因菸草細胞

　　解析：構建重組DNA分子時，需用同種限制性核酸內切酶切割目的基因和載體，再用DNA連線酶連線形成重組DNA分子，而菸草花葉病毒的遺傳物質是RNA，所以A項錯誤。重組DNA分子形成後要匯入受體細胞***若是植物細胞，則可匯入其原生質體***，若匯入的受體細胞是體細胞，經組織培養可獲得轉基因植物。目的基因為抗除草劑基因，所以未成功匯入目的基因的細胞不具有抗除草劑的能力，可用含除草劑的培養基篩選轉基因菸草細胞。

　　答案：A

　　2.***2018年高考江蘇卷***下列關於轉基因植物的敘述，正確的是***　　***

　　A.轉入到油菜的抗除草劑基因，可能通過花粉傳入環境中

　　B.轉抗蟲基因的植物，不會導致昆蟲群體抗性基因頻率增加

　　C.動物的生長激素基因轉入植物後不能表達

　　D.如轉基因植物的外源基因來源於自然界，則不存在安全性問題

　　解析：轉入到油菜的抗除草劑基因可能會通過花粉被油菜的近緣物種接受，造成意料之外的抗除草劑基因傳播，形成基因汙染，有可能會對生態系統的平衡和穩定構成威脅，A項正確;在轉入抗蟲基因後，不能適應這種抗蟲植物的昆蟲的死亡率將大大增加，只有存在對應的抗性基因的昆蟲才能生存下來，增加了昆蟲群體中抗性基因的頻率，B項錯誤;生物界中所有物種基因的轉錄和翻譯用同一套密碼子和相同的氨基酸，所以動物的生長激素基因可以在植物體內得到表達，C項錯誤;即便轉基因植物的外源基因來自於自然界，通過轉基因工程後，可能會使目標生物出現非正常進化過程中的性狀改變，有可能會影響生態系統的穩定性，D項錯誤。

　　答案：A

　　3.***2018年高考全國理綜Ⅱ***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後匯入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株

　　C.用紫外線照射青黴菌，使其DNA發生改變，通過篩選獲得青黴素高產菌株

　　D.自然界中天然存在的噬菌體自行感染細菌後其DNA整合到細菌DNA上

　　解析：基因工程是指按照人們的意願，進行嚴格的設計，並通過體外DNA重組和轉基因等技術，創造出符合人們需要的新的生物型別和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的。選項中A項屬於細胞工程，C項屬於人工誘變，D項屬於基因重組，只有B項符合基因工程的概念，其中人的干擾素基因是目的基因，質粒是運載體，大腸桿菌是受體細胞，人們需要的生物產品是人干擾素。

　　答案：B

　　4.下列關於基因工程應用的敘述，正確的是***　　***

　　A.基因治療就是把缺陷基因誘變成正常基因

　　B.基因診斷的基本原理是DNA分子雜交

　　C.一種基因探針能檢測水體中的各種病毒

　　D.利用基因工程生產乙肝疫苗時，目的基因存在於人體B淋巴細胞的DNA中

　　解析：基因治療是把正常基因匯入有基因缺陷的細胞中;基因診斷是讓正常人的DNA與病人基因組中分離出的DNA進行雜交來診斷疾病;一種基因探針只能檢測水體中的一種病毒;利用基因工程生產乙肝疫苗時的目的基因是乙肝病毒的核酸。

　　答案：B

　　5.***2018年海淀檢測***近年來基因工程的發展非常迅猛，科學家可以用DNA探針和外源基因匯入的方法進行遺傳病的診斷和治療，下列做法中不正確的是***　　***

　　A.用DNA探針檢測鐮刀型細胞貧血症

　　B.用DNA探針檢測病毒性肝炎

　　C.用匯入外源基因的方法治療半乳糖血症

　　D.用基因替換的方法治療21三體綜合徵

　　解析：鐮刀型細胞貧血症是由於基因突變引起的疾病，用β-珠蛋白的DNA探針可以檢測到;用DNA探針也可以很方便地檢測出肝炎患者的病毒;半乳糖血症是由於體內缺少半乳糖苷轉移酶，將帶有半乳糖苷轉移酶的基因匯入半乳糖血症患者的體內，可以治療這種疾病;21三體綜合徵是由於患者多了一條21號染色體，不能用基因替換的方法治療。

　　答案：D

　　6.　線性DNA分子的酶切示意圖

　　***2008年高考全國理綜Ⅰ***已知某種限制性內切酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如右圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經該酶酶切後，這些線性DNA分子最多能產生長度不同的DNA片段種類數是***　　***

　　A.3　　　B.4　　　C.9　　　D.12

　　解析：若每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則多個線性DNA可以切得的種類有：a、b、c、d、ab、bc、cd、abc、bcd九種。

　　答案：C

　　7.***2018年南京模擬***如圖是將人的生長激素基因匯入細菌B細胞內製造“工程菌”的示意圖。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因。判斷下列說法正確的是***　　***

　　A.將重組質粒匯入細菌B常用的方法是顯微注射法

　　B.將完成匯入過程後的細菌塗布在含有氨苄青黴素的培養基上，能生長的只是匯入了重組質粒的細菌

　　C.將完成匯入過程後的細菌塗布在含有四環素的培養基上，能生長的就是匯入了質粒A的細菌

　　D.目的基因成功表達的標誌是受體細胞能在含有氨苄青黴素的培養基上生長

　　解析：若匯入了質粒，由於含有抗四環素基因，細菌可在含有四環素的培養基上生長。

　　答案：C

　　8.質粒是基因工程中最常用的運載體，它存在於許多細菌體內。質粒上有標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因***目的基因***是否轉移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養基上的生長情況也不同，下表是外源基因插入位置***插入點有a、b、c***，請根據表中提供的細菌生長情況，推測①②③三種重組後細菌的外源基因插入點，正確的一組是***　　***

　　A.①是c;②是b;③是a

　　B.①是a和b;②是a;③是b

　　C.①是a和b;②是b;③是a

　　D.①是c;②是a;③是b

　　解析：對①細菌來說，能在含青黴素的培養基上生長，也能在含四環素的培養基上生長，說明抗青黴素基因和抗四環素基因沒有被破壞，插入點是c;對②細菌來說，能在含青黴素的培養基上生長，說明其抗青黴素基因正常，不能在含四環素的培養基上生長，說明其抗四環素基因被破壞，插入點應為b;對③細菌來說，不能在含青黴素的培養基上生長，說明其抗青黴素基因被插入而破壞，故插入點為a。

　　答案：A