第4章第1节第2课时基因结构及目的基因的获取.docx

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1、第2课时基因结构及目的基因的获E课标内容要求核心素养对接阐明基因工程的基本操作程序主要包 括目的基因的获取、基因表达载体的构 建、目的基因导入受体细胞和目的基因 及其表达产物的检测鉴定等步骤。1 .科学思维结合实例，采用文字和 图示方式说明基因工程的基本操作程 序。2 .生命观念一运用结构与功能观等观 念理解PCR技术的过程、原理、条件 等。一、基因工程的一系列操作可使生物获得新的遗传特性1 .基因工程的基本操作步骤包括：获取目的基因、构建重组DNA分子、 将重组DNA分子导入受体细胞、检测目的基因及其表达产物等步骤。2.基因结构(1)原核基因编码蛋白质的核昔酸序列是连续的。启动子(promo

2、ter)位于基因的“上游”，有RNA聚合酶结合的位点,控 制转录的开始。终止子(terminator)位于基因末端，当RNA聚合酶到达时,释放出RNA 产物，转录结束。(2)真核基因真核细胞基因也具有启动子、终止子等调控序列,但是编码蛋白质的核昔 酸序列是不连续的。编码蛋白质的序列称为处显壬(exon),外显子之间不能编码蛋白质的序列 称为内含子(intron)。不同基因内含子和外显子的数目及长度是不同的。(3)真核细胞与原核细胞中基因表达过程示意图原核细胞真核细胞：外显子和内含子均会被转录成RNA,再经过切去内含子对应 部位、连接外显子对应部位等RNA加工过程，形成可以直接用于翻译的 mRN

3、A(如图)。BPCR过程中，可以通过设计特定的引物来扩增特定的DNA片段。49 号是转基因植株，理论上应包含目的基因，结合2号野生型和10号蒸脩水组的 结果，推测包含目的基因的片段大小应为250500 bp, A正确；3号PCR结果 包含250500 bp片段，应包含目的基因，B错误；9号PCR结果不包含250 500 bp片段，所以不是所需转基因植株，C正确；10号放入蒸储水，可排除反 应体系等对结果的干扰，由图可知，10号的电泳结果能确定反应体系等对实验 结果没有干扰，D正确。在基因工程操作中科研人员对用点别两种不同识别序列的限制酶（R1和 R2）处理基因表达载体，进行聚丙烯酰胺凝胶电泳检

4、测，结果如图所示。本案例考查学生演绎与推理的科学思维及对实验结果交流与讨论的科学探 究能力。（1）该载体是环形DNA还是链状DNA?说明理由。（科学思维）提示：该载体应为环形DNA,因为仅用一种限制酶切割载体时，仅产生一 种长度为800 bp的DNA片段。（2）两种限制酶在载体上的酶切位点各有几个？（科学思维）提示：两种限制酶在载体上的酶切位点各有1个。（3）限制酶R1与R2的酶切位点的最短距离是多少？（科学思维）提示：限制酶R1与R2的酶切位点的最短距离为200 bpo课堂小结知识网络构建核心语句背诵厂原核细胞基因结构真核细胞弟因结 构及目 JfcHn M的比因|化学合成法 的基因-一获取目

5、的基因T建立基因文库 的获取PCR技术PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定1 ,基因工程的基本操作程序包括：获取 目的基因、构建重组DNA分子，将重 组DNA分子导入受体细胞、检测目的 基因及其表达产物等步骤。2 .启动子位于基因的“上游”，有RNA 聚合酶结合的位点，控制转录的开始； 终止子位于基因末端，当RNA聚合酶 到达时，释放出RNA产物，转录结束。 3.化学合成法需要已知目的基因全部 序列，且成本较高，适于合成序列较短 的基因。4 .获取目的基因的常用方法：借助载体 建立基因文库、通过聚合酶链式反应体 外扩增特定的DNAo5 .PCR技术是在DNA聚合酶作用下， 在体外进行DNA大量扩

6、增的一种分子 生物学技术。6 .PCR产物可利用电泳技术来鉴定，该 技术是分离、鉴定、纯化核酸和蛋白质 的常用方法。1.基因工程主要操作步骤的顺序是（）基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的获取A.B.C.D.q基因工程的主要操作步骤顺序是：目的基因的获取-基因表达载体的构 建f将目的基因导入受体细胞f目的基因的检测和鉴定。2. （2021 辽宁省适应性测试）PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的 核酸合成技术，与人体细胞内DNA分子复制相比，下列有关叙述错误的是（）A.都遵循碱基互补配对原则B. DNA聚合酶作用的最适温度不同C.都是边解旋边复制的过程D.

7、复制方式都是半保留复制CDNA分子的体外复制和体内复制都遵循碱基互补配对原则，A正确；PCR 技术是在较高温度条件下进行的，因此PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶 的最适温度较高，B正确；PCR技术是在较高温度条件下打开双链后进行扩增 的，不是边解旋边复制的，C错误；DNA复制方式都是半保留复制，D正确。3 .有关目的基因和基因文库的叙述，不正确的是（）A.目的基因是指人们感兴趣、想研究的基因B.目的基因主要是指编码蛋白质的基因C.基因文库就是基因组文库D. cDNA文库只包含一种生物的一部分基因C目的基因是指人们感兴趣、想研究的基因，A正确；目的基因主要是指 编码蛋白质的基因，B正确；基因

8、文库分为基因组文库和部分基因文库，C错误; cDNA文库只包含一种生物的一部分基因，D正确。4 .下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）从基因文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 逆转录 法获得cDNA通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因A.B.C. D.D可依据基因的核昔酸序列、基因的功能、基因的转录产物mRNA,以及 基因的表达产物蛋白质等从基因文库中获取目的基因，故不需要模板；利用 PCR技术扩增目的基因需要DNA的两条链作为模板；反转录法获得cDNA 需要mRNA作为模板；通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因时， 不需要模板。5. （2020山东济南质检）

9、请回答PCR方面的有关问题：引物是扩增过程中必须加入的物质，从化学本质上说，引物是一小段(2)引物是子链合成延伸的基础，如图所示。从理论上推测，第二轮循环产 物中(填“出现”或“不出现”)两条脱氧核甘酸链等长的DNA片段。(3)在DNA聚合酶的作用下，两条子链的延伸方向都是。(4)与体内DNA复制相比，PCR反应体系除引物外，还需加入解析(l)PCR过程中，必须加入一小段单链DNA或RNA作为引物，结合 到互补链DNA上。(2)PCR的原理是DNA复制，而DNA复制的特点是半保留 复制。由图可知，引物的结合位置均不在DNA单链的末端，因此经过一次循环 后产生的两个DNA分子都不等长；在第二次循

10、环后形成的子链中出现固定长度 的DNA链，但是形成的四个DNA分子都不等长；直到第三轮循环产物中才开 始出现两条脱氧核普酸链等长的DNA片段。(3)在DNA聚合酶的作用下，两条 子链的延伸方向都是5,端一3,端。(4)与体内DNA复制相比，PCR反应体系除引 物外，还需加入耐高温的DNA聚合酶。答案单链DNA或RNA (2)不出现(3)5,端-3,端(4)耐高温的DNA 聚合酶3 .获取目的基因是基因工程操作的第一步(1)用化学合成法合成目的基因条件：需要已知目的基因全部序列。缺点：成本较高，适于合成序列较短的基因。(2)借助载体建立基因文库是获取目的基因的一种常用方法基因组文库：把某种生物的

11、基因组DNA切成适当大小,分别与载体组合, 导入微生物细胞，形成克隆。基因组中所有DNA序列克隆的总汇被称为基因组 文库。利用成熟的mRNA构建cDNA文库的基本方法：从特定的组织或细胞中提取并纯化全部mRNA,然后在逆转录酶等酶的催 化下，以mRNA为模板合成互补的DNA,即cDNA。最后，借助载体，利用与 构建基因组文库相同的方法构建cDNA文库。(3)聚合酶链式反应(简称PCR技术)概念：在DNA聚合酶作用下,在体外进行DNA大量扩增的一种分子生 物学技术。特点：简便、快速、灵敏。应用：医学诊断、法医鉴定、古生物学研究等。条件模板：待扩增的DNA分子。原料：4种脱氧核昔三磷酸,即dNTP

12、。酶：耐高温的DNA聚合酶。引物：很短的DNA单链,与模板互补配对形成一小段宜立区过程：包括多次循环，每个循环分为3个步骤：a.变性：模板DNA双链 在高温下(9095)氢键断裂,解旋成2条DNA单链，这个过程称为变性。b. 退火：温度降低(5060)后,2个引物分别与各自互补的DNA单链结合,称 为退火。c延伸：分别以两条DNA单链为模板,4种脱氧核昔三磷酸为原料, 耐高温的耐q DNA聚合酶在适宜的温度(约72C)下,以引物与模板形成的小段 DNA双链区为起点,催化合成一条新的DNA互补链。结果：每一次循环后DNA的量可以增加一倍，DNA呈指数形式扩增。(4)电泳技术用途：该技术是分离、鉴

13、定、纯化核酸和蛋白质的常用方法。电泳是指黄电拉壬在电场作用下，向与其携带电荷超反的电极迁移的过 程。分离物质原理：不同带电粒子因分子大小、蹴、所带电荷等因素不同, 迁移速率也会有所差异。电泳技术分离核酸原理核酸是带有负电的生物大分子，其迁移速率主要受核酸片段长度影响。在电 场强度一定时，核酸分子越大，向正极迁移速率越慢。凝胶电泳相关成分及作用二、PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定成分作用凝胶作为介质，其孔隙起到分子筛作用缓冲液维持合适的pH,并使溶液具有一定的导电性，利 于核酸迁移DNA相对分子质量标 准物(DNA Marker)一组已知长度和含量的标准DNA片段混合物,在 电泳中作为参照物荧

14、光或放射性染料对DNA进行标记亚甲基蓝将DNA染成蓝色4 .实验原理(1)聚合酶链式反应(PCR)是一种体外扩增处定基因或DNA片段的技术,经 过多次循环变性、退火、延伸三个步骤,可获得大量的目的基因或DNA片段。(2)本活动使用PCR技术扩增酵母细胞中编码核糖体RNA的DNA部分片 段，长度为841 bp,再通过琼脂糖凝胶电泳进行鉴定。使用亚甲基蓝对凝胶进 行染色，再用75%酒精以及蒸储水脱色,观察并分析琼脂糖凝胶中DNA条带。(3)本活动扩增的序列广泛存在于真菌中，多样性程度较高，常用于鉴定病 原真菌，选择用于酿酒的酵母菌株,通过比对PCR产物序列推测亲缘关系。5 .材料用具(l)PCR相

15、关试剂：以下溶液在一20 条件下冷冻保存,使用前置于冰盒内 或冰块上。市售10X扩增缓冲液(含四叱)。市售10 mmol/L4种脱氧核昔三磷酸(dNTP)。市售2 U/L Taq DNA聚合酶(U为酶活力单位,定义为30、最适pH、 底物浓度饱和的条件下，1 min转化1 mol底物所需要的酶量)。无菌水：将双蒸水在高压灭菌锅中灭菌,制成无菌水。 10mol/L 引物 5 溶液:序歹！J为 5-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3 o 用无菌水将市售引物稀释成104mol/L溶液。10/mol/L 引物 B 溶液:序歹U为 5r-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3ro 用无菌水

16、将市售引物稀释成溶液。(2)电泳相关试剂Tris一硼酸(TBE)电泳缓冲液:将市售50X电泳缓冲液稀释50倍。或配 制5XTBE电泳缓冲液：称取54 g Tris、27.5 g硼酸溶于800 mL蒸储水中，加 入20 mL的0.5 moI/L EDTA,调节pH到8.0,加水定容至1 L,室温保存备用， 使用时稀释5倍。市售6X上样缓冲液(loading buffer)：内含甘油可以增加样品密度，确保 DNA能够沉入加样孔内；含有少许溟酚蓝作为电泳指示剂，电泳时溟酚蓝迁移 速率较快，在其迁移出凝胶前关闭电泳仪电源。市售DNA相对分子质量标准物(Marker)。(3)染色相关试剂0.1%亚甲基蓝

17、溶液:称取0.1 g亚甲基蓝溶于100 mL蒸储水中。避免接 触皮肤和眼睛，避光保存。75%酒精。保存于4 c条件下的蒸储水。或使用0.002%亚甲基蓝溶液:将2 mL的0.1%亚甲基蓝溶液加入10 mL电 泳缓冲液中，再加88 mL蒸储水，避光保存。判断对错(正确的打“ J ”，错误的打“ X ”)1 .启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。(X)提示：启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。2 .从已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因是获取目的基因的一种有效方法。（V）3 . Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA 连接酶。（X）提示：7hq酶是耐高温的DNA聚

18、合酶。4 . PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA聚合酶催化不同的反应。 （X）提示：PCR反应中温度的周期性变化是为了使DNA变性、复性、延伸，即 DNA链高温变性、低温退火（复性）及适温延伸。5 .启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。（X）提示：启动子与终止子是转录的起止点。起始密码子与终止密码子是翻译的 起止点。6 .真核细胞基因与原核细胞基因的区别是编码蛋白质的核昔酸序列分为外 显子和内含子。（J）核8且一获取目的基因1.几种获取目的基因的方法的比较方法从基因文库中获取利用PCR技术扩增化学合成基因组文库部分基因文库（如 cDNA文库）过程供体细胞 中的DNA1限制酶

19、 许多DNA 片段DNA 1连接酶 构建表 达载体1导入 受体细胞（基因组文库） 1分离 目的基因mRNA1逆转录 单链DNA1合成 双链DNA1插入 载体1导入受体细胞（cDNA文库）1分离目的基因目的基因iWj温 解链单链DNA冷却 本物结 合到互 补DNA链加热T叫酶大量目 的基因蛋白质的氨 基酸序列 推测 mRNA 的 核甘酸序列 推测 基因的核 甘酸序列化学 合成目的基因优 点操作比较简单专一性可在短时间内大量扩增目的基因专一性强，可产 生自然界中不 存在的新基因缺 点工作量大、盲目性大、专一性差操作过程较麻烦， 技术要求过高需要严格控制温 度，技术要求高适用范围较小2.比较PCR技

20、术与体内DNA复制项目PCR技术体内DNA复制相同点原理碱基互未、配对原则原料四种脱氧核昔 三磷酸（dNTP）四种脱氧核昔酸条件均需要模板、引物、酶等不同点场所细胞外（主要在PCR扩增仪 内）细胞内（主要在细胞核内）解旋DNA在高温下变性解旋解旋酶催化方式酶耐高温的DNA聚合酶(7hq 酶)解旋酶、普通的DNA聚合酶温度 条件需控制温度，在较高温度下 进行细胞内温和的条件结果短时间内可形成大量的DNA片段形成完整的DNA分子3 .PCR扩增的过程(如图)4 . PCR扩增的计算：理论上DNA数目呈指数扩增。(1)若开始只有一个DNA提供模板，则循环次后获得的子代DNA数目为 2”个。(2)若开

21、始有No个DNA提供模板，则循环次后获得的子代DNA数目为No2个。1 . PCR过程中为什么需要引物?提示：引物是一小段单链DNA或RNA,作为DNA复制的起始序列，它能 与DNA母链的一段碱基序列互补配对。存在于自然界中生物的DNA复制和人 工合成中的聚合酶链式反应(PCR)之所以需要引物，是因为在DNA合成时DNA 聚合酶只能从5,端到3,端合成子链。2 .某同学认为PCR过程中不同的DNA片段变性时温度是不同的，你认为 他的说法正确吗？说明你的理由。提示：正确。变性目的是通过升高温度破坏氢键，将DNA分子双链变成单 链，不同片段的DNA分子中氢键的数量不同导致稳定性不同，因此所需的温度

22、 不同。3 .在利用PCR获取和扩增目的基因时，从第几轮循环才会产生完整的目 的基因？提示：第3轮。1.甲、乙两图表示从某细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法正 确的是()甲乙A.甲图所示方法可建立该细菌的cDNA文库B.乙图所示方法可建立该细菌的基因组文库C.甲图所示方法要以脱氧核甘酸为原料D.乙图所示方法需要逆转录酶参与D用甲图所示方法获取的是该细菌的全部DNA分子，因此用限制酶切割后 可用于构建基因组文库，A错误；乙图表示用反转录法获得的DNA分子，只包 含该细菌的部分基因，因此可建立该细菌的cDNA文库，B错误；甲图所示方 法中，只要利用限制性内切核酸酶将细菌原有的DNA切断即可

23、，不需要以脱氧 核昔酸为原料合成DNA, C错误；乙图所示方法中c为逆转录过程，需要逆转 录酶参与，D正确。2. （2020山东潍坊模拟改编）下列关于PCR的叙述，正确的是（）A. PCR是体外复制DNA技术，关键酶是解旋酶和DNA聚合酶B. DNA聚合酶从引物的5,端开始连接脱氧核甘酸C.第三轮循环产物中出现位于两种引物之间的DNA片段D.延伸过程需要酶、ATP和4种核糖核昔酸CPCR体外复制DNA不需要解旋酶，需要耐高温的DNA聚合酶，A错误; DNA聚合酶从引物的3,端开始连接脱氧核昔酸，B错误；第三轮循环产物中出 现位于两种引物之间的DNA片段，这段固定长度的序列的数量呈指数扩增，C

24、正确；PCR是在较高温度条件下进行的，该过程需要耐高温的DNA聚合酶，且 PCR反应的产物是DNA,因此原料是4种游离的脱氧核昔酸，不是核糖核普酸, 也不需要ATP, D错误。感心患（三PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定1 . PCR扩增（DPCR体系配方成分体积10X扩增缓冲液5/LdNTP2/L引物A4L引物B4/LTaq DNA聚合酶1 L无菌水32 L酵母细胞悬液2/L总体积50 4L（2）PCR条件流程图注意：使用微量移液器前，必须先装好相应的已灭菌一次性吸液枪头，避免 液体进入微量移液器内部。推动按钮共有2挡停顿，一直按到底是第2挡。吸取 液体时，先转动调节轮至目标体积（不要超出微

25、量移液器量程），按压推动按钮至 第1挡并缓慢抬起吸取相应体积的液体。放出液体时，再次按压推动按钮至第2 挡，液体全部流出后抬起按钮，推动卸枪头按钮卸掉用过的枪头。枪头在每吸取 一种溶液后更换一次，避免用手接触枪头。2 .琼脂糖凝胶电泳3 .进行PCR反应的具体实验操作顺序应为（）离心使反应液集中在离心管底部用微量移液器在微量离心管中依次加入各组分按配方准备好各组分进行PCR反应设计好PCR仪的循环程序A.B.C. D.DfPCR的具体操作顺序：按配方准备好各组分f用微量移液器将各组分依 次加入微量离心管中f离心使反应液集中在离心管底部f设计好PCR仪的循环 程序f进行PCR反应。4.（2020北京实验学校高二期中）用PCR方法检测转基因植株是否成功导入 目的基因时，得到以下电泳图谱，其中1号为DNA标准样液（Marker）, 10号为 蒸储水。PCR时加入的模板DNA如图所示。据此做出的分析错误的是（）2号：野生型植株DNA 3号：？49号：转基因植株DNAA. PCR产物的分子大小在250500 bp之间B. 3号样品为不含目的基因的载体DNAC. 9号样品对应植株不是所需的转基因植株D. 10号的电泳结果能确定反应体系等对实验结果没有干扰