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1、第35讲基因工程 第十单元现代生物科技专题 考纲要求 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 含PCR技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 5 转基因生物的安全性 6 生物武器对人类的威胁 考点一基因工程的操作工具 考点三转基因生物的安全性与生物武器 考点二基因工程的操作过程与蛋白质工程 矫正易错强记长句 重温高考演练模拟 内容索引 课时作业 基因工程的操作工具 考点一 1 基因工程的概念 1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 水平 4 原理 5 受体 表达目的基因 6 本质 性状在体内的表达 7 优点 克服的障碍 定向改造生物的 知识梳理 目的基因 体外 分子 基因重组 受体
2、 远缘杂交不亲和 遗传性状 2 基因工程的工具 1 限制性核酸内切酶 简称 限制酶 来源 主要是从生物中分离纯化出来的 作用 识别特定的并切开特定部位的两个脱氧核苷酸之间的 结果 产生或平口末端 原核 脱氧核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 2 DNA连接酶 作用 将限制酶切割下来的DNA片段 DNA连接酶和限制酶的关系 拼接成DNA分子 归纳提升 与DNA相关的五种酶的比较 3 载体 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 质粒 限制酶切割位点 标记基因 深化拓展 载体上标记基因的作用载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因 目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力 当含有抗生素抗性基因
3、的载体进入受体细胞后 抗性基因在受体细胞内表达 使受体细胞能够抵抗相应抗生素 所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞 原理如下图所示 1 有关工具酶的判断 1 限制酶只能用于切割目的基因 2 切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列 3 DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来 4 E coliDNA连接酶既可连接平口末端 又可连接黏性末端 5 限制酶也可以识别和切割RNA 6 限制性核酸内切酶 DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶 2 有关载体的判断 1 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 2 每个质粒DNA分子上至少含一
4、个限制酶识别位点 3 质粒是小型环状DNA分子 是基因工程常用的载体 4 载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中 使之稳定存在并表达 5 外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制 下图中的图1和图2分别表示的是EcoR 限制酶和Sma 限制酶的作用示意图 据图分析 1 请说出EcoR 限制酶和Sma 限制酶识别的碱基序列及切割的位点 提示EcoR 限制酶识别的碱基序列是GAATTC 切割位点在G和A之间 Sma 限制酶识别的碱基序列是CCCGGG 切割位点在G和C之间 2 以上实例说明限制酶有何特性 提示说明限制酶具有专一性 特异性 提示 命题点一工具酶的应用分析1 下图
5、是表达新基因用的质粒的示意图 若要将目的基因插入到质粒上的A处 则切割基因时可用的是A Hind B EcoR C EcoBD Pst 命题探究 答案 解析 解析A处有3处 BamH EcoB Cla 限制酶的切点 只有使用EcoB限制酶切割时 才能让目的基因插入到A处且使原有基因失活 2 2018 青岛第二中学调研 用限制酶EcoR 单独切割某普通质粒 可产生14kb 1kb即1000个碱基对 的长链 而同时用限制酶EcoR Mbo 联合切割该质粒 可得到三种长度的DNA片段 见下图 其中 表示EcoR 限制酶切割后的一个黏性末端 若用Mbo 限制酶单独切割该普通质粒 则产生的DNA片段的长
6、度为A 2 5和5 5B 2 5和6C 5 5和8D 6和8 答案 解析 解析依图示可知 该质粒上有1个EcoR 限制酶的切点 2个Mbo 限制酶的切点 故用限制酶Mbo 单独切割该质粒时 将产生长度为6和8的两种片段 3 2016 全国 40 图 a 中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR BamH 和Sau3A 三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点 图 b 为某种表达载体的示意图 载体上的EcoR Sau3A 的切点是唯一的 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 经BamH 酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接 理由是 答案 两种酶切割后产生的片段具有相同的
7、黏性末端 解析 解析分析图 a 可知 限制酶Sau3A 与BamH 切割DNA后形成的黏性末端相同 故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接 Sau3A 2 若某人利用图 b 所示的表达载体获得了甲 乙 丙三种含有目的基因的重组子 如图 c 所示 这三种重组子中 不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 不能表达的原因是 答案 甲 丙甲中目的基因插入在启动子的上游 丙中目的基因插入在终止子的下游 二者的目的基因均不能被转录 解析 解析构建基因表达载体时 为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达 目的基因应插入在启动子和终止子之间 据此可判断甲 丙均不符合要求 目的基因均不能表达 方法链接
8、限制酶的选择方法根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 1 应选择切点位于目的基因两端的限制酶 如图甲可选择Pst 2 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶 如图甲不能选择Sma 3 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图甲也可选择用Pst 和EcoR 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切点 命题点二载体的应用分析4 质粒是基因工程中最常用的载体 它存在于许多细菌体内 质粒上有标记基因如图所示 通过标记基因可以推知外源基因 目的基因 是否转移成功 外源基因插入的位置不同 细菌在培养基上的生长情况不同 如图表示外源基因插入位置 插入点有
9、a b c 请根据表中提供细菌的生长情况 推测 三种重组后细菌的外源基因插入点 正确的一组是 A 是c 是b 是aB 是a和b 是a 是bC 是a和b 是b 是aD 是c 是a 是b 答案 解析 解析第 组中重组后细菌能在含氨苄青霉素和含四环素培养基上生长 说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏 因此外源基因插入点是c 第 组中重组后细菌能在含氨苄青霉素培养基上生长 说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏 细菌不能在含四环素培养基上生长 说明抗四环素基因被破坏 因此外源基因插入点是b 第 组重组后细菌不能在含氨苄青霉素培养基上生长 说明抗氨苄青霉素基因被破坏 细菌能在含四环素培养基上生长 说明抗
10、四环素基因没有被破坏 因此外源基因插入点是a 5 2016 全国 40 某一质粒载体如图所示 外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活 Ampr表示氨苄青霉素抗性基因 Tetr表示四环素抗性基因 有人将此质粒载体用BamH 酶切后 与用BamH 酶切获得的目的基因混合 加入DNA连接酶进行连接反应 用得到的混合物直接转化大肠杆菌 结果大肠杆菌有的未被转化 有的被转化 被转化的大肠杆菌有三种 分别是含有环状目的基因 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌 回答下列问题 1 质粒载体作为基因工程的工具 应具备的基本条件有 答出两点即可 而作为基因表达载体 除满足上述基
11、本条件外 还需具有启动子和终止子 答案 解析 解析质粒作为载体应具备的基本条件有 能自我复制 具有标记基因 含有一个至多个限制酶切割位点等 能自我复制 具有标记基因 2 如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选 在上述四种大肠杆菌细胞中 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的 其原因是 并且 和 的细胞也是不能区分的 其原因是 在上述筛选的基础上 若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落 还需使用含有 的固体培养基 答案 解析 二者均不含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒 或答含有重组质粒 二者均含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养
12、基上均能生长四环素 解析由题意可知 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因 所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长 质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因 所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长 但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能 所以可用含有四环素的培养基 筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落 3 基因工程中 某些噬菌体经改造后可以作为载体 其DNA复制所需的原料来自于 答案 解析 解析噬菌体属于病毒 病毒增殖过程中所需的原料 酶等
13、均来自于受体细胞 受体细胞 基因工程的操作过程与蛋白质工程 考点二 1 基因工程的基本操作过程 1 获取目的基因 目的基因 主要是指的基因 获取目的基因的方法a 直接分离法 从自然界已有的物种中分离 如从基因组文库或中获取 b 人工合成 如果基因比较小 脱氧核苷酸序列又已知 可以通过用化学方法直接人工合成 扩增目的基因 通过扩增目的基因 知识梳理 编码蛋白质 cDNA DNA合成仪 PCR技术 相关视频 2 构建基因表达载体 基因工程的核心 目的 使目的基因 同时 使目的基因能够表达和发挥作用 基因表达载体的组成 在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 目的基因 转录 RNA聚合酶 启动子
14、 起始密码子 终止子 终止密码子 1 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 2 终止子 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 3 起始密码子和终止密码子位于mRNA上 分别控制翻译过程的启动和终止 小贴士 构建过程 DNA连接 同种限制酶 3 将目的基因导入受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 4 检测和鉴定目的基因 2 基因工程的应用 1 植物基因工程 培育抗虫转基因植物 抗病转基因植物和转基因植物 利用转基因改良植物的和利用植物生产药物 2 动物基因工程 用于提高动物从而提高产品产量 用于改善畜产品品质 用
15、转基因动物生产 用转基因动物作器官移植的等 抗逆 药物 生长速度 品质 供体 3 比较基因治疗与基因诊断 正常基因 DNA探针 碱基互补配对 基因表达 3 蛋白质工程 1 流程图A B C D E 2 结果 改造了现有蛋白质或制造出 3 应用 主要集中应用于对进行改造 改良生物性状 转录 多肽链 分子设计 翻译 现有蛋白质 新的蛋白质 预期功能 1 有关基因工程原理与操作的判断 1 设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列 2 用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列 3 为培育抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 4 抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上
16、也未必能正常表达 5 检测目的基因是否成功表达可用抗原 抗体杂交技术 6 应用DNA分子杂交法 可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达 2 有关基因工程的应用及蛋白质工程的判断 1 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 2 利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品 如人的血清白蛋白 这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中 3 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 4 蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质 5 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子的结构 据图分析抗虫棉的培育过程 1 该基因工程中的目的基因和载体分别是什么 一般情况下 为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体 提示目的基因是Bt毒蛋白基因 载体是Ti质粒 用同一种限制酶处理目的基因和载体 可以获得相同的黏性末端 便于构建基因表达载体 提示 2 该实例中 采用何种方法导入目的基因 为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上 提示采用的方法是农杆菌转化法 由于Ti质粒上的T DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体D
