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1、第十一单元 生物技术实践第41讲 基因工程,考纲要求(1)基因工程的诞生()(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(),教材导学一、基因工程的概念及基本工具,二、基因工程的基本操作程序,三、基因工程的应用,四、蛋白质工程,自我校对 一、DNA重组 体外DNA重组 转基因 遗传特性 生物类型 生物产品 限制酶(限制性核酸内切酶) 某种特定核苷酸序列 特定部位的磷酸二酯键 黏性末端 平末端 DNA连接酶 磷酸二酯键 质粒 小型双链环状DNA 限制酶 复制 遗传标记基因 噬菌体的衍生物 二、编码蛋白质 PCR技术 启动子 终止子 农杆菌转化法 显微注射法 插入了目的基
2、因 转录出了mRNA 三、抗病 抗逆 生长速度 品质 药物 器官移植 四、蛋白质 蛋白质 氨基酸 脱氧核苷酸,考点突破 考点一 基因工程的基本工具1.限制酶和DNA连接酶的关系(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(4)DNA连接酶起作用时，不需要模板。,(1)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。 (2)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利
3、于对目的基因的检测。,【注意】 (1)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。 (2)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。 (3)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。 (4)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。,(5)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。 (6)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。,【例1】 一环状DN
4、A分子，设其长度 为1，已知某种限制性核酸内切酶在该 分子上有3个酶切位点，如图中A、B、 C三处。如果该DNA分子在3个酶切位 点上都被该酶切断，则会产生0.2、0.3、 0.5三种不同长度的DNA片段。现有多 个上述DNA分子，若在每个分子上至少有1个酶切位点被该酶切断；则从理论上讲，经该酶切后，这些DNA分子最多能产生长度不同的线状DNA的种类数是 ( )A.4 B.8C.6 D.7,【解析】 本题考查限制酶的作用，在此环状DNA上可以切1-3个位点，切1个位点得到长度为1的片段，切2个位点可以得到长度为0.5、0.2、0.8、0.3、0.7共5种片段，切3个位点可以得到0.2、0.3、
5、0.5共3种长度的片段，总共能获得6种不同的DNA片段。 【答案】 C,【例2】 (多选)(2014广东)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是 ( ),A.过程需使用逆转录酶 B.过程需使用解旋酶和PCR获取目的基因 C.过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备 D.过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞,【解析】 过程是以RNA为模板合成DNA的过程，即逆转录过程，需要逆转录酶的催化，故A项正确；过程表示利用PCR扩增目的基因，在PCR过程中，不需要解旋酶，是通过控制温度来达到解旋的目的，故B项错；利用氯化钙处理大肠杆菌，使之成为感受态
6、细胞，故C项错；检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体DNA中，可以采用DNA分子杂交技术，故D项正确。 【答案】 AD,考点二 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的获取 (1)从基因文库中获取目的基因：如从基因组文库或cDNA文库中获取。 (2)利用PCR技术扩增目的基因：利用DNA复制的原理在体外特异性的复制某DNA片段以获得呈指数方式增加的目的基因。 (3)人工合成法：通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。,【例3】 如图表示化学方法合成目的基因的过程。据图分析下列叙述正确的是 ( ),A.过程需要DNA连接酶 B.过程需要限制性核酸内切酶 C.目的基因的碱基序列是已知的 D.若某
7、质粒能与目的基因重组，则该质粒与的碱基序列相同,【解析】 DNA连接酶是将两个DNA分子的黏性末端或平末端的“缝隙”连接起来，而过程是两条链的碱基互补配对，不需要DNA连接酶，A项错误；限制性核酸内切酶是用来切割DNA的，而过程不需要，B项错误；当某质粒与目的基因用限制酶切割后有互补的黏性末端，就可以形成重组DNA分子，D项错误。 【答案】 C,2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成，如图所示。,(2)基因表达载体的构建方法。,【注意】 (1)插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子，之后需有终止子。 (2)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和
8、含有目的基因的片段，便于连接。但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。,(3)标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。 (4)还应注意的问题有：基因表达载体中，启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。,【例4】 如图为基因表达载体模式图，下列相关叙述正确的是 ( ),A.甲表示启动子，位于基因的首端，它是DNA聚合酶识别、结合的部位 B.乙表示终
9、止密码子，位于基因的尾端，作用是使转录过程停止 C.丙表示目的基因，其作用是获得人们所需要的性状 D.复制原点的存在有利于目的基因在宿主细胞中扩增,【解析】 甲表示启动子，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别、结合的部位，A项错误；乙表示终止子，位于基因的尾端，作用是使转录过程停止，B项错误；丙表示标记基因，其作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因，C项错误。 【答案】 D,4.目的基因的检测和鉴定,【注意】 (1)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有发生碱基互补配对现象。 (2)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。 (3)转化的实质是目的基因
10、整合到受体细胞染色体基因组中。,【例5】 目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是 ( ) 检测受体细胞是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录出mRNA 检测目的基因是否翻译出蛋白质 A. B. C. D.,【解析】 目的基因的检测包括：检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA分子杂交技术，使DNA探针与基因组DNA杂交；检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是用基因探针与mRNA杂交；检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原抗体杂交。 【答案】 C,【例6】 转
11、基因生物作为生物反应器，用于生产人们所需要的药用蛋白，如激素、抗体、疫苗、酶等。下图是通过生物工程培育能产生人胰岛素烟草的过程。请据图回答：,(1)构建表达载体的A过程中，需要用到的工具酶有_ _和_。 (2)D过程采用的方法是_。若把重组质粒导入动物细胞，常采用的方法是_。 (3)E过程采用的技术主要包括_和_两个阶段。 (4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，F过程应该用_作为探针。,【解析】 构建表达载体的A过程中，需要用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。重组质粒导入不同生物的受体细胞方法不同，微生物常用Ca2+处理，植物细胞常用农杆菌转化法，动物细胞常用显微注射法。植物组织
12、培养技术的核心是脱分化和再分化。如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，F过程应该用放射性同位素标记的胰岛素基因作为探针，因为目的基因是胰岛素基因。 【答案】 (1)限制酶 DNA连接酶 (2)农杆菌转化法 显微注射法 (3)脱分化 再分化 (4)放射性同位素标记的胰岛素基因,【例7】 某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是 ( ) A.替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能 B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C.重新设计与创造一种蛋白酶 D.减少此酶在片
13、剂中的含量,【解析】 蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。 【答案】 A,【例8】 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在-70 条件下保存半年，给广大患者带来了福音。 (1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋
14、白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：,(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一定符合_的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构及其与生物功能的关系为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。 (3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。,(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？_ _。 原因是：_ _。,【解析】 (1)蛋白质工程的基本流程为：根据预期的蛋白质功能，设计出预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，合成相对应的脱
15、氧核苷酸序列。 (2)蛋白质工程的实质是通过对基因改造或基因合成，制造自然界不存在的、符合人们生产和生活需要的蛋白质。 (3)蛋白质的空间结构十分复杂，很难根据预期功能来预测出空间结构。 (4)基因控制蛋白质的合成，对基因的改造相当于间接改造了蛋白质。,【答案】 (1)预期蛋白质的功能 预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列 相对应的脱氧核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间(或高级) (4)应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是改造了蛋白质，并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多,考点四 基因工程的应用 1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 (1)概念： 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。 工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。,
