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1、1 基因工程的诞生 I 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 I 5 基因工程的理论基础6 基因工程的操作工具 基本步骤7 基因工程在工业 农业 医药中的应用8 蛋白质工程与基因工程的关系 对应学生用书210页 一 DNA重组技术的基本工具1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 来源 主要从 中分离纯化出来的 2 作用特点 能够识别DNA分子 并使特定部位的两个核苷酸之间的 断开 3 作用结果 产生 或 对应学生用书210页 2 DNA连接酶 分子缝合针 1 作用 将 拼接成新的DNA分子 2 种类 3 基因运载体 分子运输车 1 作用 将 送入受体细胞中 2 常用种类
2、噬菌体的衍生物 3 作用原理 携带外源基因的质粒 载体 进入受体细胞后 停留在细胞内进行 或整合到染色体上 随之同步复制 二 基因工程的基本操作程序 三 基因工程的应用 2 动物基因工程 四 蛋白质工程1 含义以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作基础 通过 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 2 基本原理 自主核对 一 原核生物特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端平末端DNA片段黏性末端黏性末端平末端外源基因质粒动植物病毒自我复制二 结构基因PCR技术化学方法RNA聚合酶尾端目的基因目的基因农杆菌转化法花粉管通道法显微注射法感受态细胞法DNA分子杂交DNA分子杂交抗原 抗体抗虫或抗
3、病四 基因修饰或基因合成蛋白质功能蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列 1 与基因工程有关的各种酶有何区别 2 可表达的载体是如何构建的 考点1基因工程的基本操作工具1 限制性核酸内切酶 1 作用 用于获取目的基因和切割运载体 2 特点 具有专一性 表现在两个方面 识别双链DNA中特定核苷酸序列 对应学生用书211页 切割特定序列中的特定位点 特定序列表现为中心对称 如EcoR 酶的切割序列 如下图 3 产物 用限制性核酸内切酶切割形成的新链有两种 即黏性末端和平末端 黏性末端 是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的 如下图所示 平末端 是限制酶在识别序列的中心轴线处切开
4、形成的 如下图所示 2 DNA连接酶 1 常用的DNA连接酶 2 DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶及限制酶的比较 3 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有某些遗传标记基因 以便进行筛选 重要考点提示1 限制酶和DNA连接酶的作用部位都是DNA一条链中相邻核苷酸间的磷酸二酯键 只是一个切断 一个连接 2 关于载体的几点说明 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 常见的标
5、记基因有抗生素基因 产生特定颜色的表达产物基因 发光基因等 作为载体必须具有多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 因为某种限制酶只能识别单一切点 若载体上有一个以上的酶切点 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的一个切点 则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段 又不会丢失自己的片段 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都不相同 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞 也可在体外 例1 2010 郑州一检 限制酶可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列 下图为四种限制酶BamH EcoR Hind 及
6、Bgl 的辨识序列及每一种限制酶的特定切割部位 BamH EcoR Hind Bgl GGATCCGAATTCAAGCTTAGATCTCCTAGGCTTAAGTTCGAATCTAGA 其中哪两种限制酶切割出来的DNA片段末端可以互补结合 其末端互补序列是 A BamH 和EcoR 末端互补序列 AATT B BamH 和Hind 末端互补序列 GATC C BamH 和Bgl 末端互补序列 GATC D EcoR 和Hind 末端互补序列 AATT 解析 BamH 和Bgl 切出的黏性末端碱基能互补配对 互补序列都含有 GATC 答案 C 例2 2010 温州检测 下表为几种限制性核酸内切酶识
7、别的序列和切割的位点 如图所示 已知某DNA在目的基因的两端1 2 3 4四处有BamH 或EcoR 或Pst 的酶切位点 现用BamH 和EcoR 两种酶同时切割该DNA片段 假设所用的酶均可将识别位点完全切开 下列各种酶切位点情况中 可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是 A 1为BamH 2为EcoR 3为BamH 4为Pst B 1为EcoR 2为BamH 3为BamH 4为Pst C 1为Pst 2为EcoR 3为EcoR 4为BamH D 1为BamH 2为EcoR 3为Pst 4为EcoR I 解析 只用BamH 和EcoR 两种酶同时切割该DNA片段 要想防
8、止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状 需要目的基因两端2与3的限制酶为BamH 或EcoR 即可 答案 A 考点2基因工程的基本操作程序1 目的基因的提取 1 从基因文库中获取目的基因优点 有了基因文库 就可以随时从中提取所需要的目的基因 引入受体细胞使之表达 2 人工合成目的基因 反转录法 利用PCR技术扩增目的基因 2 基因表达载体的构建 1 目的使目的基因在受体细胞中稳定存在 并可以遗传给下一代 并使目的基因能够表达和发挥作用 2 基因表达载体的组成目的基因 启动子 终止子 标记基因 启动子 一段有特殊结构的DNA片段 位于基因的首端 它是RNA聚合酶识别 结合的部位 终止子
9、 一段有特殊结构的DNA短片段 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止 标记基因 一般为抗生素抗性基因或荧光基因等 其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因 目的基因是否导入成功 3 基因表达载体的构建方法 3 将目的基因导入受体细胞 1 目的 目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程 2 受体细胞种类不同 导入方法不同 3 受体生物与受体细胞类型的关系 植物 可以是受精卵 体细胞 经组织培养成为完整植株 动物 受精卵 体细胞的全能性受到限制 不能发育为完整个体 4 目的基因的检测与鉴定 重要考点提示1 基因表达载体的构建是基因工程最核心的步骤 该过程把三种工具 只有两种工具酶 全
10、用上了 在体外进行 2 与载体相比较 增加启动子 目的基因和终止子三个基因片段 其功能各不相同 启动子 DNA片段 起始密码子 RNA 终止子 DNA片段 终止密码子 RNA 例3 2010 浙江卷 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 下列操作错误的是 A 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B 用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C 将重组DNA分子导入烟草原生质体D 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析 构建重组DNA分子时 需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和栽体 再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子 而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 所以A项错误 重组
11、DNA分子形成后要导入受体细胞 若是植物细胞 则可导入其原生质体 若导入的受体细胞是体细胞 经组织培养可获得转基因植物 目的基因为抗除草剂基因 所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力 可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 答案 A 例4 2010 天津卷 下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线 图中tetR表示四环素抗性基因 ampR表示氨苄青霉素抗性基因 BamH Hind Sma 直线所示为三种限制酶的酶切位点 据图回答 1 图中将人乳铁蛋白基因插入载体 需用 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含 的培养基上进行 2 能使人乳铁
12、蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是 填字母代号 A 启动子B tetRC 复制原点D ampR 3 过程 可采用的操作方法是 填字母代号 A 农杆菌转化B 大肠杆菌转化C 显微注射D 细胞整合 4 过程 采用的生物技术是 5 对早期胚胎进行切割 经过程 可获得多个新个体 这利用了细胞的 性 6 为检测人乳铁蛋白是否成功表达 可采用 填字母代号 技术 A 核酸分子杂交B 基因序列分析C 抗原 抗体杂交D PCR 解析 1 基因表达载体的构建过程中 将目的基因导入受体细胞之前 要用同一种限制酶切割目的基因和载体 从图中可以看出 在目的基因和载体中都有Hind 和BamH 限制酶的切割位点
13、因此要用Hind 和BamH 限制酶同时切割载体和人乳铁蛋白基因 载体切割后四环素抗性基因被破坏 因此筛选时要在含氨苄青霉素的培养基上进行 2 启动子是一段有特殊序列的DNA片段 位于目的基因的首端 它是RNA聚合酶识别和结合的部位 在启动子存在时才能驱动基因转录出mRNA 最终获得所需要的蛋白质 3 将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法 将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术 4 过程 是将早期胚胎移入受体母牛体内 用到的技术是胚胎移植技术 5 胚胎分割是利用机械方法将早期胚胎等分 经移植后获得同卵双胎或多胎的技术 可以看做动物无性繁殖或克隆的方法 利用了细胞的全能性 6
14、检测目的基因是否翻译成蛋白质 需要用相应的抗体进行抗原 抗体杂交 其他三项技术检测的对象都是核酸 答案 1 Hind 和BamHI氨苄青霉素 2 A 3 C 4 胚胎移植技术 5 全能 6 C 考点3蛋白质工程1 蛋白质工程的基本原理 2 蛋白质工程与基因工程比较 重要考点提示蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 例5以下有关蛋白质工程的叙述 不正确的是 A 蛋白质工程发展的基础是基因工程B 蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程C T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现D 蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质 解析 蛋白质工程
15、既能改造现有的蛋白质 也能制造新的蛋白质 答案 D 例6 2009 广东卷 1 饲料加工过程温度较高 要求植酸酶具有较好的高温稳定性 利用蛋白质工程技术对其进行改造时 首先必须了解植酸酶的 然后改变植酸酶的 从而得到新的植酸酶 2 培育转植酸酶基因的大豆 可提高其作为饲料原料时磷的利用率 将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 请简述获得转基因植株的完整过程 3 为了提高猪对饲料中磷的利用率 科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中 该受精卵培养至一定时期可通过 方法 从而一次得到多个转基因猪个体 4 若这些转基因动 植物进入生态环境中 对生态环境有何影响 答案 1 分子结构及预期
16、功能基因 2 农杆菌侵染法首先将目的基因与质粒组合 构建基因表达载体 将含目的基因的表达载体导入植物细胞 通过植物组织培养获得表现新性状的植物 3 显微注射法胚胎分割 4 转基因生物及其产品对生物多样性 生态环境可能产生的影响主要表现在以下几个方面 转基因生物打破了物种的原有界限 改变了物质循环和能量流动 对生态系统的稳定性造成破坏 重组DNA与微生物杂交 可能出现对动 植物和人类有害的病原微生物 增加目标害虫的抗性和进化速度 转基因植物通过传粉进行基因转移 导致超级杂草出现 转基因植物的花粉如含有有毒蛋白或过敏蛋白 通过蜜蜂的采集 很可能进入蜜蜂中 再经过食物链的传递 最后有可能进入其他动物和人体内 典例1 2010 全国卷 下列叙述符合基因工程概念的是 A B淋巴细胞与肿瘤细胞融合 杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B 将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌 获得能产生人干扰素的菌株C 用紫外线照射青霉菌 使其DNA发生改变 通过筛选获得青霉素高产菌株D 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上 对应学生用书214页 解析 基因工程是指按照人们的意愿
