1、上一页返回首页下一页学考+选考总复习考点课后限时训练第十三章 现代生物科技专题 第 34 讲 基因工程 上一页返回首页下一页学考+选考总复习浙江学考选考考纲确认 考点知识内容加试 1.工具酶的发现和基因工程的诞生a 2.基因工程的原理和技术b3.基因工程的应用a 一、基因工程4.活动：提出生活中的疑难问题，设计用基因工程技术解决的方案c上一页返回首页下一页学考+选考总复习考点|基因工程的工具、操作步骤、应用1基因工程的诞生(1)概念：把一种生物的(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另外一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中。(2)核心：构建。(3)诞生时间：20 世纪
2、70 年代。遗传物质表达重组DNA分子上一页返回首页下一页学考+选考总复习(4)理论基础：是生物遗传物质的发现，DNA 双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定。(5)技术保障：、DNA 连接酶和质粒载体的发现和运用。DNA限制性核酸内切酶上一页返回首页下一页学考+选考总复习2基因工程的工具(1)限制性核酸内切酶来源：主要从中分离纯化出来。作用a特异性识别双链 DNA 分子的某种。b切割两个核苷酸之间的化学键。结果：产生。原核生物特定核苷酸序列粘性末端上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)DNA 连接酶作用：将具有相同的两个 DNA 片段连接在一起。(3)质粒从存在位置看，在细菌中独立于
3、之外。从化学成分上看，为。从功能上看，能。从结构上看，常含有。粘性末端拟核双链环状DNA分子自主复制抗生素抗性基因上一页返回首页下一页学考+选考总复习3基因工程的原理和技术(1)获得目的基因获取方法已知序列：合成或者用技术扩增未知序列：从中获取(2)形成重组 DNA 分子用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体 DNA，以产生相同的。用连接两个切口(即相同的粘性末端)，形成分子。化学方法PCR基因文库粘性末端DNA连接酶重组DNA上一页返回首页下一页学考+选考总复习(3)将重组 DNA 分子导入受体细胞常用的受体细胞：、枯草杆菌、和动植物细胞等。导入方法：用处理大肠杆菌，可以增加大肠杆菌
4、的通透性，使重组质粒容易进入。(4)筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达筛选：用含的培养基培养受体细胞，选择含的受体细胞。表达：目的基因在内表达，产生人们需要的功能物质。大肠杆菌酵母菌氯化钙细胞壁抗生素重组质粒宿主细胞上一页返回首页下一页学考+选考总复习4基因工程的应用(1)基因工程与遗传育种转基因植物培育优点a.所需时间b.克服的缺陷转基因动物a含义：转入了的动物。b培育优点：。外源基因较短远缘亲本难以杂交省时、省力上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)基因工程与疾病治疗基因工程药物如通过生产治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。基因治疗指的是向目标细胞中引入的基因，以基因的缺陷，
5、达到治疗的目的。大肠杆菌胰岛素正常功能纠正或补偿上一页返回首页下一页学考+选考总复习(3)基因工程与生态环境保护利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成的新型生物塑料。改造分解石油的细菌，提高其的能力。利用转基因微生物吸收环境中的，降解有毒化合物和处理。可降解分解石油重金属工业废水上一页返回首页下一页学考+选考总复习1基因工程的三大操作工具(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(限制酶)的作用用限制酶切割时断开的是 DNA 分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键)，而不是两条链之间的氢键。如下图：上一页返回首页下一页学考+选考总复习上一页返回首页下一页学考+选考总复习限制性核酸内切酶具有专一
6、性，表现在两个方面：a识别双链 DNA 分子中特定的核苷酸序列。b切割特定序列中的特定位点。如图：上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)DNA 连接酶DNA 连接酶的作用将两个来源不同的 DNA 用相同的限制性核酸内切酶切割，形成相同的粘性末端(或平末端)。DNA 连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成，将两个 DNA 末端的缝隙“缝合”起来。如图：上一页返回首页下一页学考+选考总复习上一页返回首页下一页学考+选考总复习(3)载体的种类及作用载体应具备的特征a能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。b有 1 个或多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接。c具有某些标记基因，以便进行筛选。
7、上一页返回首页下一页学考+选考总复习载体的种类a细菌质粒，最常用大肠杆菌质粒。b噬菌体和某些动植物病毒。一般来说天然的载体往往不能满足人们的所有要求，因此人们会根据不同目的和需求，对某些天然的载体进行人工改建。作用一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。上一页返回首页下一页学考+选考总复习2基因工程基本操作步骤基因工程基本操作“五步曲”(1)获得目的基因序列未知：建立一个包括目的基因在内的基因文库，再从基因文库中获取。序列已知：用化学方法(如逆转录法)合成或者用 PCR 技术扩增目的基因。上一页返回首页下一页学考+选考总复习PCR 技术与
8、 DNA 复制的比较PCR 技术DNA 复制 原理DNA 双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸相同点条件原料、模板、酶、能量等 上一页返回首页下一页学考+选考总复习解旋方式DNA 在高温下变性解旋解旋酶催化 场所体外复制主要在细胞核内 酶热稳定的 DNA 聚合酶细胞内含有的 DNA 聚合酶 不同点结果在短时间内形成大量的 DNA片段形成整个 DNA 分子上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)形成重组 DNA 分子上一页返回首页下一页学考+选考总复习一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因，以获得相同的粘性末端，以利于形成重组 DNA 分子，但有时用不同的限制性核酸内切酶处
9、理也可以获得相同的粘性末端。目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结构，影响转基因生物的正常生长，甚至致死。限制性核酸内切酶只识别双链 DNA 分子中特定的核苷酸序列，对 RNA不起作用。上一页返回首页下一页学考+选考总复习用 DNA 连接酶连接时，可形成 3 种不同的连接物：目的基因载体连接物、载体载体连接物、目的基因目的基因连接物，导入受体细胞后，可利用是否具有抗性基因在选择培养基上进行筛选。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(3)将重组 DNA 分子导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞 常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞 上一页返回
10、首页下一页学考+选考总复习转化过程目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上导入农杆菌侵染植物细胞目的基因稳定维持和表达将重组 DNA 分子提纯取卵(受精卵)显 微注射 受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞使之成为感受态细胞重组 DNA 分子与感受态细胞融合感 受 态 细 胞 吸 收DNA 分子 上一页返回首页下一页学考+选考总复习(4)筛选含有目的基因的受体细胞原理：质粒上有抗生素抗性基因等标记基因。方法：利用选择培养基筛选。举例：所有受体细胞接种 四环素培养基筛选 生活的受体细胞 导入 培养 重组DNA分子（质粒上有四环素抗性基因）含重组DNA分子的受体细胞上一页返回首页下一页学考
11、+选考总复习3限制酶选择的注意事项图甲 图乙(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类：应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择 Pst I。上一页返回首页下一页学考+选考总复习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 I。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 I 和 EcoR I 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类：所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的粘性末端。质粒作为载体必须具备
12、标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中使用限制酶 Sma I 会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，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，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。上一页返回首页下一页学考+选考总复习4有关基因工程操作易错分析(1)基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基因保存在受体菌中。(2)原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，有利于目的基因的复制与表达，因此常用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞。(3)植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动物基因工程中的
13、受体细胞一般是受精卵。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(4)操作工具有三种，但工具酶常用两种，载体不是酶；在基因工程操作步骤“获得目的基因”和“形成重组 DNA 分子”两个过程中通常用同种限制酶，目的是产生相同的粘性末端；DNA 连接酶只在“形成重组 DNA 分子”操作中用到。(5)一般情况下，用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制性核酸内切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。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(6)标记基因的作用和种类：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞；常见的标记基因有抗生素
14、抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。上一页返回首页下一页学考+选考总复习1在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因 afp 对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：上一页返回首页下一页学考+选考总复习上一页返回首页下一页学考+选考总复习(1)获取目的基因的主要途径包括从基因文库中获取和_。(2)过程需要的酶有_、_。(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因 afp 以外，还必须含有启动子、终止子和_，这样才能构成一个完整的基因表达载体。(4)如果受体细胞 C1 是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的_，使目的基因进入受体细胞
15、C2，并将其插入到受体细胞 C2 中的_上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。上一页返回首页下一页学考+选考总复习【解析】(1)获取目的基因的主要途径有从基因文库中和化学方法合成。(2)过程为形成重组 DNA 分子，需要用到限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶。(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA 上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。上一页返回首页下一页学考+选考总复习【答案】(1)化学方法合成(2)限制性核酸内切酶 DNA 连接酶(3)标记基因(4)转化作用
16、 染色体 DNA上一页返回首页下一页学考+选考总复习2下图是某研究小组利用基因工程技术将抗农药马拉硫磷小菜蛾的羧酸酯酶(CarE)基因导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。请回答下列问题：(1)过程是以 mRNA 为模板，在_酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在_的作用下合成双链 DNA，从而获得所需的基因。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(2)过程需要使用_技术扩增目的基因，需要在反应体系中添加的有机物质有引物、模板 DNA、4 种脱氧核糖核苷酸和_。(3)CarE 基因和表达载体一般用_切割后，通过 DNA 连接酶连接，以构建重组表达载体。(4)过程可利用_(分子检测技术)鉴定目
17、的基因是否已导入受体细胞。上一页返回首页下一页学考+选考总复习(5)图示中，_是基因工程的核心步骤。A过程和B构建重组表达载体C过程D过程上一页返回首页下一页学考+选考总复习【解析】(1)过程以 mRNA 为模板，在逆转录酶的催化下，合成互补的单链 DNA，然后在 DNA 聚合酶的作用下合成双链 DNA，从而获得所需的基因。(2)目的基因通常通过 PCR 技术扩增，PCR 技术的实质是在体外进行 DNA 的复制，这一过程需要通过高温解旋，因此需要耐热性的 DNA 聚合酶催化 DNA 的合成。(3)重组表达载体的构建需要先用相同的限制性核酸内切酶切割含目的基因的 DNA 和载体，再用 DNA 连接酶进行连接。(4)可利用经过特定处理的目的基因作探针，通过 DNA 分子杂交技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞。(5)基因工程的核心步骤是构建重组 DNA 分子，即重组表达载体。上一页返回首页下一页学考+选考总复习【答案】(1)逆转录 DNA 聚合酶(2)PCR 耐热性的 DNA 聚合酶(3)相同的限制性核酸内切酶(4)DNA 分子杂交技术(5)B上一页返回首页下一页学考+选考总复习课后限时训练（三十四）点击图标进入