第3章 素能提升课 基因工程与其他相关知识的综合 讲义-(新教材)2019新人教版高中生物选择性必修三.doc
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1、1/8素能提升课素能提升课 3基因工程与其他相关知基因工程与其他相关知识的综合识的综合基因工程与必修课程相关知识的综合基因工程与必修课程相关知识的综合素能建构素能建构交汇点交汇点 1高中生物学中所学习的载体高中生物学中所学习的载体(1)物质跨膜运输的载体:细胞膜上的一种蛋白质。物质跨膜运输的载体:细胞膜上的一种蛋白质。(2)血液中血液中 O2运输的载体:红细胞中的血红蛋白。运输的载体:红细胞中的血红蛋白。(3)基因工程中目的基因的载体:种类有质粒、噬菌体和动植物病毒等。基因工程中目的基因的载体:种类有质粒、噬菌体和动植物病毒等。(4)细胞中遗传信息的载体:细胞生物遗传信息的载体是细胞中遗传信息
2、的载体:细胞生物遗传信息的载体是 DNA。(5)细胞核向细胞质传递信息的载体是细胞核向细胞质传递信息的载体是 mRNA(6)细胞间信息传递的载体细胞间信息传递的载体:细胞释放的信号分子细胞释放的信号分子,如如:激素激素、神经递质等神经递质等。交汇点交汇点 2基因表达载体中的启动子基因表达载体中的启动子、终止子终止子,联系必修课程模块联系必修课程模块 2 中中“基基因的表达因的表达”和和“mRNA 中的起始密码子、终止密码子中的起始密码子、终止密码子”交汇考查交汇考查(1)基因表达的过程包括转录和翻译。基因表达的过程包括转录和翻译。(2)启动子、终止子是质粒上的具有特殊结构的启动子、终止子是质粒
3、上的具有特殊结构的 DNA 片段。片段。(3)起始密码子、终止密码子是起始密码子、终止密码子是 mRNA 上的三个相邻碱基。上的三个相邻碱基。交汇点交汇点 3基因工程工具酶基因工程工具酶限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶, 联系必修课程模块联系必修课程模块 1 中中“有关酶的本质和特性有关酶的本质和特性”交汇考查交汇考查限制性内切核酸酶相关知识:限制性内切核酸酶相关知识:(1)本质:蛋白质。本质:蛋白质。(2)特性:具有特异性。特性:具有特异性。一种限制酶只能识别双链一种限制酶只能识别双链 DNA 分子中特定的核苷酸序列。分子中特定的核苷酸序列。切割双链切割双链 DNA 分子每条链中特定序列中的
4、特定位点分子每条链中特定序列中的特定位点,使该位点的磷酸二使该位点的磷酸二酯键断开。酯键断开。(3)作用:断开连接两个核苷酸的磷酸二酯键。作用:断开连接两个核苷酸的磷酸二酯键。2/8交汇点交汇点 4基因工程中目的基因基因工程中目的基因、基因表达载体的化学组成及结构基因表达载体的化学组成及结构,联系必联系必修课程模块修课程模块 2 中中“DNA 分子的组成、结构分子的组成、结构”交汇考查交汇考查(1)DNA 分子的基本组成单位:脱氧核糖核苷酸。分子的基本组成单位:脱氧核糖核苷酸。(2)DNA 分子结构分子结构: DNA 是由脱氧核苷酸连接而成的长链是由脱氧核苷酸连接而成的长链, 相邻脱氧核苷酸相
5、邻脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接;在绝大多数生物的细胞中,通过磷酸二酯键连接;在绝大多数生物的细胞中,DNA 由两条脱氧核苷酸链构由两条脱氧核苷酸链构成成,两条链通过碱基对之间的氢键相连两条链通过碱基对之间的氢键相连;少数生物细胞中存在环状双链少数生物细胞中存在环状双链 DNA 分分子。子。对点训练对点训练1在一个典型的基因内部,启动子在一个典型的基因内部,启动子(TSS)、终止子、终止子(TTS)、起始密码子编码、起始密码子编码序列序列(ATG)、终止密码子编码序列、终止密码子编码序列(TGA)的排列顺序是的排列顺序是()AATGTGATSSTTSBTSSATGTGA 一一 TTSCATGTS
6、STTSTGADTSSTTSATGTGAB在基因内部,不同位点的排列顺序为:转录起始位点在基因内部,不同位点的排列顺序为:转录起始位点起始密码子编起始密码子编码序列码序列终止密码子编码序列终止密码子编码序列转录终止位点。转录终止位点。2纤维素分子不能进入酵母细胞纤维素分子不能进入酵母细胞。为了使酵母菌能够利用环境中的纤维素为了使酵母菌能够利用环境中的纤维素为原料生产酒精,构建了含为原料生产酒精,构建了含 3 种不同基因片段的重组质粒。种不同基因片段的重组质粒。下下图是酵母菌转化图是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。据图回答:据图回答:(1
7、)纤维素酶基因的表达包括纤维素酶基因的表达包括_和和_过程。与菌株过程。与菌株相比,在相比,在菌株菌株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有_。(2)在以纤维素为唯一碳源的培养基上分别培养菌株在以纤维素为唯一碳源的培养基上分别培养菌株、,菌株,菌株3/8_不能存活,原因是不能存活,原因是_。(3)酵母菌生成酒精的细胞部位是酵母菌生成酒精的细胞部位是_,产生酒精时细胞的呼吸方式是,产生酒精时细胞的呼吸方式是_。在利用纤维素生产酒精时,菌株。在利用纤维素生产酒精时,菌株更具优势,因为导入的重组质粒更具优势,因为导入的重组质粒含有含有_,使分泌的纤维素酶固定于细胞
8、壁,减少因培养液更新而造,使分泌的纤维素酶固定于细胞壁,减少因培养液更新而造成的酶的流失,提高酶的利用率。成的酶的流失,提高酶的利用率。解析解析(1)基因表达的过程包括转录和翻译基因表达的过程包括转录和翻译。菌株菌株能合成纤维素酶能合成纤维素酶,但不但不能分泌到细胞外,菌株能分泌到细胞外,菌株、能够合成和分泌纤维素酶。与菌株能够合成和分泌纤维素酶。与菌株相比,在菌相比,在菌株株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有内质网和高尔基体。中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有内质网和高尔基体。(2)菌株菌株导入的表达载体中不含信号肽编码序列,因此合成的纤维素酶不导入的表达载体中不含信号肽编码序列,因此
9、合成的纤维素酶不能分泌到细胞外,不能利用纤维素,又无其他碳源,因此不能存活。能分泌到细胞外,不能利用纤维素,又无其他碳源,因此不能存活。(3)菌株菌株因导入的载体中有因导入的载体中有 A 基因片段,使其分泌的纤维素酶吸附在细胞基因片段,使其分泌的纤维素酶吸附在细胞壁上,减少了因培养液更新而造成的酶的流失,酶的利用率提高。壁上,减少了因培养液更新而造成的酶的流失,酶的利用率提高。答案答案(1)转录转录翻译翻译内质网、高尔基体内质网、高尔基体(2)缺少信号肽编码序列,合成的纤维素酶不能分泌到细胞外,细胞无缺少信号肽编码序列,合成的纤维素酶不能分泌到细胞外,细胞无可利用的碳源可利用的碳源(3)细胞质
10、基质细胞质基质无氧呼吸无氧呼吸A 基因片段基因片段3 为提高水稻的抗旱能力为提高水稻的抗旱能力, 科研人员将拟南芥科研人员将拟南芥 GolS2 基因导入水稻体内后基因导入水稻体内后,设法使该基因过量表达,产生较多的糖类化合物,从而达到预期目的。回答下设法使该基因过量表达,产生较多的糖类化合物,从而达到预期目的。回答下列问题:列问题:(1) 从 分 子 水 平 上 看 , 基 因 工 程 得 以 实 现 的 遗 传 学 物 质 基 础 是从 分 子 水 平 上 看 , 基 因 工 程 得 以 实 现 的 遗 传 学 物 质 基 础 是_、_。(2)GolS2 基因在水稻体内过量表达即可提高抗旱能
11、力,说明基因通过基因在水稻体内过量表达即可提高抗旱能力,说明基因通过_, 进而控制生物性状进而控制生物性状, 细胞内糖类化合物含量增多可细胞内糖类化合物含量增多可以提高抗旱能力的原因是以提高抗旱能力的原因是_。(3)需将需将 GolS2 基因拼接在运载体上才能成功转化,转化指的是基因拼接在运载体上才能成功转化,转化指的是_。GolS2 基因在水稻体内能过量表达基因在水稻体内能过量表达, 是科学家对基因表达载体上的是科学家对基因表达载体上的_进行修饰的结果。进行修饰的结果。(4)对导入了基因表达载体的细胞进行组织培养,需为其提供适宜的温度对导入了基因表达载体的细胞进行组织培养,需为其提供适宜的温
12、度和和pH 外,还需满足的条件有外,还需满足的条件有_(至少答出三点至少答出三点)。4/8解析解析(1)基因工程得以实现的遗传学物质基础体现在两方面:一基因工程得以实现的遗传学物质基础体现在两方面:一是是DNA 的基本结构相同,可以使不同生物的的基本结构相同,可以使不同生物的 DNA 分子拼接在一起,构建基因表分子拼接在一起,构建基因表达载体;另一方面是基因表达的机制相同,所有生物共用一套密码子。达载体;另一方面是基因表达的机制相同,所有生物共用一套密码子。(2)GolS2 基因与糖类合成有关,而糖的合成需要酶的催化,因此基因与糖类合成有关,而糖的合成需要酶的催化,因此 GolS2 基基因通过
13、控制酶的合成来控制糖代谢过程,进而控制生物性状。从题意来看,细因通过控制酶的合成来控制糖代谢过程,进而控制生物性状。从题意来看,细胞内胞内 GolS2 基因的过量表达,使得细胞内糖类增多,增加了细胞液的浓度,进基因的过量表达,使得细胞内糖类增多,增加了细胞液的浓度,进而使细胞吸水或保水能力增加。而使细胞吸水或保水能力增加。(3)转化是指目的基因进入受体细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的转化是指目的基因进入受体细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。表达的第一个环节是转录,因此,修饰的应该是启动子过程。表达的第一个环节是转录,因此,修饰的应该是启动子(调控基因转录的调控基因转录的核苷酸序
14、列核苷酸序列)。(4)植物组织培养过程除需要适宜的温度和植物组织培养过程除需要适宜的温度和 pH,还需植物激素的调控还需植物激素的调控、适宜适宜的营养以及无菌条件等。的营养以及无菌条件等。答案答案(1)不同生物不同生物 DNA 分子的基本结构相同分子的基本结构相同(或或“不同生物不同生物 DNA 分子都分子都是双螺旋结构是双螺旋结构”)所有生物共用一套密码子所有生物共用一套密码子(需从核酸的角度回答需从核酸的角度回答,可以说转录可以说转录和翻译的机制相同,合理即可和翻译的机制相同,合理即可)(2)控制酶的合成来控制代谢过程控制酶的合成来控制代谢过程细胞内糖类增多细胞内糖类增多,增加了细胞液的浓
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