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1、第1讲 基因工程,1基因工程的概念 按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 和 等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，又叫做 。 2基因工程的基本操作工具 (1)限制性核酸内切酶“分子手术刀” 来源：主要从 中分离纯化出来的。 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。 结果：产生 或 。 (2)DNA连接酶“分子缝合针” 作用：将 拼接成新的DNA分子。,DNA重组,转基因,DNA重组技术,原核细胞,特定核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,平末端,DNA片段,(3)基因运载体“分子运输车” 作用：将 送入受体细胞中。 常用种
2、类： 、噬菌体的衍生物、 。 特点：含有 、 切点， 并能在受体细胞中 。,目的基因,质粒,动植物病毒,标记基因,多个限制酶,复制并稳定保存,1蛋白质工程是对蛋白质的氨基酸或蛋白质的空间结构进行操作，来改造蛋白质的技术() 【提示】 蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成，先改造控制蛋白质合成的基因，通过改造基因间接改造蛋白质。 2蛋白质工程流程是：预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到对应的基因(),1.工具酶与其他酶的比较 (1)几种酶的比较,1.目的基因的获取 (1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。 (2)人工合成目的基因的常用方法 已知核苷酸序列
3、的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。 以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。,2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。 (2)构建过程：,说明：(1)蛋白质工程中，改造蛋白质是通过对基因的改造来实现的，这样的改造可遗传，能向后代细胞中传递这种改变。 (2)改造基因时，要对基因进行修饰或合成基因，因此，需要用到基因工程中的有关酶，如限制酶、DNA连接酶等。,考向一 基因工程及应用,1基因工程是高考命题的热点内容，考查点包括基因工程的操作工具、步骤及应用三方面的内容。基因工程的操作工具可单独命题，如2011年浙江高考T6
4、,2010年江苏高考T27。操作工具和步骤是密不可分的，因为每一步骤都需要相应的工具来操作，高考命题常将它们结合起来考查，如2011年山东高考T35、北京高考T31、海南高考T31、天津高考T3。 2预计2013年高考中，结合基因工程的应用实例考查基因工程的操作工具和操作步骤，并将基因工程与细胞工程、胚胎工程综合考查是高考命题的方向。,1(2012黄冈模拟)下图为科学家通过基因工程方法培育转基因抗虫棉的大致过程。请据图分析回答：,(1)图中过程需要的酶有_，图中A的组成，除了目的基因外，还必须有_和复制原点。 (2)农杆菌中的Ti质粒上TDNA具有_的特点。图中过程的方法称为_。 (3)目的基
5、因能否在棉株体内稳定遗传的关键是_， 检测时常采用的方法是_。 (4)图中过程常采用的生物技术是_，此技术首先需通过细胞的_过程，培养出_，然后经再分化形成小植株，其原理是_。 (5)图中过程培育到 将其包上人工种皮，可制成神奇的人工种子。,【解析】 (1)图为科学家通过基因工程方法培育转基因抗虫棉的大致过程。图中过程是构建重组质粒，需要用到限制酶和DNA连接酶，图中A的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子、标记基因和复制原点。(2)农杆菌中的Ti质粒上TDNA是可转移的DNA，所以具有可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体DNA上的特点。图中过程是将重组质粒导入受体细胞，此方法称为
6、农杆菌转化法。(3)目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键是目的基因是否插入到受体细胞的染色体DNA上，可以采用多种方法来进行检测，常用DNA分子杂交技术。(4)图中过程是通过植物组织培养技术把细胞培养成一个完整的植株。常采用的生物技术是植物组织培养，此技术首先需通过细胞的脱分化过程，培养出愈伤组织，然后经再分化形成小植株，其原理是植物细胞的全能性。(5)图中过程培育到胚状体，将其包上人工种皮，可制成神奇的人工种子。 【答案】 (1)限制酶和DNA连接酶 启动子、终止子、标记基因 (2)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞的染色体DNA上 农杆菌转化法 (3)目的基因是否插入到受体细胞的染色体DN
7、A上 DNA分子杂交技术 (4)植物组织培养 脱分化 愈伤组织 植物细胞的全能性 (5)胚状体(不定芽、腋芽、顶芽),考向二 蛋白质工程及应用,蛋白质工程在高考中考到的次数很少。预计2013年高考中蛋白质工程与基因工程综合考查的题目可能在高考中出现。,2(2012扬州模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题。,(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。 (2)图解中从新的胰岛素模型
8、到新的胰岛素基因的基本思路是什么？_。 (3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GGATCC。请画出质粒被限制性核酸内切酶切割后所形成的黏性末端_。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？_。 (4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是_。 (5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。,【解析】 (1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合
9、成新的胰岛素基因。(3)限制酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端，而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(4)植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法。(5)生产自然界本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术。 【答案】 (1)蛋白质的预期功能 (2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因 (4)农杆菌转化法 (5)蛋白质工程 基因工程,1(2011浙江高考)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是( ) A每个大肠杆菌细胞至少含一
10、个重组质粒 B每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 C每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada D每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 【解析】 将ada通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达，每个大肠杆菌细胞中至少含有一个重组质粒，且每个质粒(重组质粒)至少含有一个限制酶识别位点，但每个限制酶识别位点只能插入一个ada，插入的ada成功表达，说明每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。故C错误。 【答案】 C,2(2011西城质检)应用转基因技术生产人类所需要的转基因产品，如利用大肠杆菌生产人胰岛素。下列选项中能说明人胰岛素基因完成了在受体细胞中表达的是(
11、) A在大肠杆菌细胞中检测到人的胰岛素基因 B在大肠杆菌中检测到人胰岛素基因转录出的mRNA C在含有四环素的培养基中培养出大肠杆菌 D在大肠杆菌的代谢产物中提取到人胰岛素 【解析】 基因表达的标志是合成了相应的蛋白质或表现出相应的性状，故能说明人胰岛素基因完成了在受体细胞中表达的是在大肠杆菌的代谢产物中提取到人胰岛素。 【答案】 D,3(2011东城模拟)基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。根据图判断下列操作正确的是( ),A目的基因和质粒均用限制酶切割 B目的基因和质粒均用限制酶切割
12、C质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割 D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割 【解析】 两种限制酶切割各自的识别序列后会产生相同的黏性末端，能用DNA连接酶进行连接。质粒上有限制酶的两个切点，单独使用限制酶时，会把两种标记基因都破坏掉，所以质粒应用限制酶切割；目的基因的两侧都有限制酶的识别位点，可用限制酶切割，目的基因只有一侧有限制酶的识别位点，不能单独使用限制酶切割。 【答案】 D,4(2011海南高考)回答有关基因工程的问题： (1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生_末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能
13、使二者产生_(相同、不同)黏性末端的限制酶。 (2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是_。 在用表达载体转化大肠杆菌时，常用_处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为_。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成_，常用抗原抗体杂交技术。 (3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的_中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_上。,【解析】 (1)DNA分子经限制酶切割产生
14、的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中心轴两侧将DNA切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线切开时，产生的是平末端。要使目的基因和质粒直接进行连接，应使用同种限制酶切割目的基因和质粒，使二者产生相同黏性末端。(2)一个基因表达载体的组成，除含有目的基因外，还必须有启动子、终止子和标记基因。启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶识别和结合部位，可以驱动目的基因转录出mRNA。在用表达载体转化大肠杆菌时，为便于表达载体进入，常用CaCl2处理大肠杆菌。要检测目的基因是否转录出对应的mRNA，可采用分子杂交技术，即用目的基因片段作探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。(3)运用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，要先将目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA中，然后将该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入到植物细胞的染色体DNA上。 【答案】 (1)平 相同 (2)驱动胰岛素基因转录出mRNA(其他合理答案也给分) CaCl2溶液(或Ca2) 分子杂交技术 蛋白质 (3)TDNA 染色体DNA,5(2011山东高考)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。,(1)卵母细胞除从
