1、选修3 现代生物科技专题第13单元 现代生物科技专题第1讲 基因工程-4-1.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-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考点1 基因工程的工具 1.基因工程的概念(1)供体:提供 目的基因。(2)操作环境:体外 。(3)操作水平:分子 水平。(4)原理:基因重组 。(5)受体:表达目的基因。(6)本质:目的基因在 受体 体内的表达。(7)优点:定向改造生物的 遗传性状。-6-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.DNA重组技术的
2、基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称:限制酶)来源:主要是从 原核 生物中分离纯化出来的。作用:识别特定的 核苷酸序列 并切开特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 。结果:产生 黏性末端 或平末端。(2)DNA连接酶 种类:按来源可分为Ecoli DNA连接酶和 T4DNA连接酶。作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 。-7-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 DNA连接酶和限制酶的关系(3)载体 种类:质粒 、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。质粒的特点 能自我复制有一个至多个 限制酶切割位点 有特殊的 标记基因 -8-
3、考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(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)Ecoli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。()(5)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。()(6)每个重组质粒至少含一个限制酶识别位点。()(7)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。()(8)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()-9-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(9
4、)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。()(10)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。()-10-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 开启高考长句应答模式!1.用限制酶切割时需注意哪些问题?提示：获取目的基因和切割载体时,经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶),目的是产生相同的黏性末端或平末端。获取一个目的基因需限制酶切割两次,共产生4个黏性末端或平末端。限制酶切割位点的选择,必须保证标记基因的完整性,以便于检测。-11-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.下图中的图
5、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。请据图回答问题。图 1图 2-12-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(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C和G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。-13-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向1 限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用 1.(2016全国丙卷,40)图(a)中的三个DNA
6、片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性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)。图(a)图(b)-14-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 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 。(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。图(c)-15-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能
7、探究 考向感悟 归纳总结(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。答案 解析 解析 关闭(1)由题图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4 DNA连接
8、酶,但其对平末端的连接效率较低。答案 解析 关闭(1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙 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(其他合理答案也可)(3)Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 DNA连接酶(其他合理答案也可)-16-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向2 载体的作用和特点 2.(2016全国乙卷,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
9、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。-17-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(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,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。(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
10、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单菌落,还需使用含有 的固体培养基。(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 关闭(1)基因工程中的载体应具备如下条件:必须有一个或多个限制酶切点;具有自我复制能力;具有标记基因;对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,故不能区分;而含有质粒载体和重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,也不能区分。因目的基因插入位点在四环素抗性基因上,四环素抗性基因被破
11、坏,丧失了原有的功能,故含有重组质粒的大肠杆菌不抗四环素。将获得的单个菌落各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上,不能生长的即为所筛选的菌落,即含有重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体是营寄生生活的,利用受体细胞内的原料进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。答案 解析 关闭(1)能自我复制、具有标记基因(2)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(或含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素(3)受体细胞-18-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 1.确定切割某种目的基因的限制酶的种
12、类 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。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。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)。-19-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.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
13、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,原理如右图所示:-20-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考点2 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的获取(1)目的基因:主要是指 编码蛋白质 的基因。(2)获取目的基因的方法 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 cDNA文库 中获取。人工合成:a.如果基因比较小,核苷酸序列又已知,可以通过 DNA合成仪 用化学方法直接人工合成;b.以RNA为模板,在 逆转录酶 的作用下人工合成。(3)扩增目的基因:利用 PCR技术 扩增目的基因。-21-考点1 考点2
14、 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.基因表达载体的构建基因工程的核心(1)目的:使目的基因在 受体细胞 中稳定存在,并且可以遗传给下一代;使目的基因能够 表达 和发挥作用。(2)组成:启动子+目的基因+终止子+标记基因(如抗生素抗性基因)。(3)基因表达载体的构建过程:-22-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 3.将目的基因导入受体细胞(连线)教材深挖将目的基因导入受体细胞整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,能否稳定遗传?为什么?提示：一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上,由于细胞分裂可能导致目的基因丢失,无法稳定遗传。-
15、23-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 4.目的基因的检测与鉴定 类型 步骤 检测内容 方 法 分子检测 第一步 转基因生物的DNA 上是否插入了目的基因 DNA 分子杂交技术(DNA 和 DNA 之间)第二步 目的基因是否转录出了 mRNA 分子杂交技术(DNA和 mRNA 之间)第三步 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原抗体杂交技术 个体生物学水平鉴定 抗虫或抗病接种实验,以确定是否有抗性以及抗性的程度 -24-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(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
16、必知道基因的全部序列。()(3)PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。()(4)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。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada。()(5)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。()(6)把目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。()-25-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(7)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。()(8)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。()(9)应用DNA探针技术,可以检测转基因
17、抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达。()-26-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 开启高考长句应答模式!基因工程四步曲中,哪些步骤中发生了碱基互补配对?提示：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,其他三步中都涉及碱基互补配对。第一步中发生在反转录法合成目的基因或PCR技术扩增目的基因过程中。第二步中发生在黏性末端相互连接过程中。第四步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。-27-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向1 目的基因的获取及基因表达载体的构建 1.(2016河北唐山迁安二中期末,46)为
18、从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。如图是获取植酸酶基因的流程。(1)图中基因组文库(选填“小于”“等于”或“大于”)cDNA文库。(2)B过程需要的酶是 。(3)目的基因和除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中 和 为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是 。答案 解析 解析 关闭分析获取植酸酶基因的流程图可知,图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶。目的基因和除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是耐高温。答案 解析 关闭(1)大于(
19、2)逆转录酶(3)DNA cDNA 耐高温-28-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向2 基因工程的操作过程 2.(2016天津卷,7)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。(1)为获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取 合成总cDNA,然后以cDNA为模板,使用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。-29-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(2)启动子通常具有物种及组
20、织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是 (填写字母,单选)。A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子-30-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中,需添加酚类物质,其目的是 。(4)人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径相比,选择途径获取rHSA的优势是 。(5)为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与 的生物学功能一致。答案 解析 解析 关闭(1)目的基因的获取途径之一是反转录法,以 RNA 为模板,合成目的基因,
21、故需要提取相关的 RNA。PCR 技术利用的是 DNA 双链复制的原理,由于 DNA 分子的两条链是反向平行的,而 DNA 的合成方向总是从子链的 5端向 3端延伸,故另一条引物的扩增方向相反。(2)基因表达载体的组分中启动子和终止子都是调控目的基因表达的,故应选择表达细胞。(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞时,由于酚类物质能够吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化,故需添加酚类物质。(4)由于真核细胞中具有膜性细胞器,途径获得的水稻胚乳细胞中的 rHSA 具有生物学活性,故途径有优势。(5)由题意知,要制备有医用价值的 HSA,故需要 rHSA 与 HSA 功能一致。答案 解析 关
22、闭(1)总 RNA(或 mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化(4)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始 rHSA 多肽进行高效加工-31-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 1.目的基因导入不同受体细胞的过程 生物种类 植 物 动 物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入到 Ti 质粒的 T-DNA 上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞染色体的DNA 上表达 将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物
23、Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体 DNA 分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收 DNA 分子 -32-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.基因工程中的几种检测方法 -33-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考点3 基因工程应用及蛋白质工程 1.基因工程的应用(1)基因工程的应用:培育转基因植物和 转基因动物 ,生产基因工程药物,进行 基因 治疗。(2)抗虫棉的培育 图示:抗虫棉的培育过程-34-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 分析:从图中可以看出,目的基因是 Bt毒蛋白基因,使用的载体是 Ti质粒
24、,将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是 农杆菌转化法 ,请写出两种检测目的基因是否表达的方法:抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫 。(3)基因治疗与基因诊断的不同点 原 理 操作过程 进展 基因治疗 基因表达 将 正常基因 导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗(疾病)临床实验 基因诊断 碱基互补配对 制作特定 DNA 探针 与病人样品 DNA 混合,分析杂交带情况 临床应用 -35-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.蛋白质工程(1)目标:根据人们的需要对 蛋白质 的分子结构进行设计,或制造一种 全新的蛋白质。(2)操作对象:基因。(3)操作过程:写出
25、流程图中字母代表的含义:A.转录,B.翻译,C.分子设计,D.多肽链,E.预期功能 。(4)结果:改造了现有蛋白质或制造出 新的蛋白质 。(5)应用:主要集中应用于对 现有蛋白质 进行改造,改良生物性状。-36-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(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
26、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。()-37-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 开启高考长句应答模式!对天然蛋白质进行改造,你认为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呢?原因是什么?提示：通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。原因是任何一种蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造,即使改造成功了,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。-38-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向1 基因工程的应用 1.(2015海
27、南卷,31)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后,产生A、B两条肽链,再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题。(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是 ,合成胰高血糖素的细胞是 。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的 序列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成 的基因工程菌。-39-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向
28、感悟 归纳总结(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从 中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。答案 解析 解析 关闭(1)激素由特异性的细胞合成,胰岛素(原)由胰岛B细胞合成,胰高血糖素由胰岛A细胞合成。(2)某基因翻译出的蛋白质氨基酸序列已知且相对分子质量较小,可以通过人工合成法获得,设计该基因DNA序列的方法是蛋白质氨基酸序列mRNA的核糖核苷酸序列基因中的脱氧核苷酸序列。胰岛素原基因导入工程菌后的表达产物是胰岛素原。(3)培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,说明目的基因的表达产物存在于细
29、胞内,没有分泌出来。因此利用该工程菌进行工业发酵时,目的基因的表达产物需要从菌体中分离和纯化。答案 解析 关闭(1)胰岛B细胞 胰岛A细胞(2)DNA 胰岛素原(3)菌体-40-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 考向2 蛋白质工程概念和过程 2.(2015全国卷,40)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的 进行改
30、造。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰 基因或合成 基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括 的复制;以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:。-41-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过 和 ,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定。答案 解析 解析 关闭(1)由题干信息可知,改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有修饰
31、现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径:从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定,看是否达到人们的需求。答案 解析 关闭(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能-42-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 1.乳腺
32、生物反应器与基因治疗易错点分析(1)乳腺生物反应器受生物性别(只能是雌性)和年龄(哺乳期)的限制。(2)基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中,而只是导入具有某些功能的体细胞中。-43-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结 2.蛋白质工程与基因工程的比较(1)区别 蛋白质工程 基因工程 过程 预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然
33、界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 -44-考点1 考点2 考点3 核心梳理 提能探究 考向感悟 归纳总结(2)联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。-45-通关记 通关辨 通关练 1.限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割。2.DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。3.质粒是常用的载体,它是一种小型的环状DNA分子,具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。4.目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。5.基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因
34、。6.目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法;导入动物细胞常用显微注射技法,导入微生物细胞常用感受态细胞法。-46-通关记 通关辨 通关练 1.辨析基因工程中的限制酶及工具(1)限制酶是一类酶,而不是一种酶。(2)限制酶的本质为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时通常要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来,需要切两处,同时产生四个黏性末端。(5)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。(6)限制酶切割位点应位
35、于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便于进行检测。-47-通关记 通关辨 通关练(7)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。(8)基因工程中有三种工具,但工具酶只有两种。2.辨析基因工程的操作过程(1)基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。(2)目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(3)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
36、(表达产物为带颜色的物质)等。-48-通关记 通关辨 通关练(4)受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌);一般不用支原体,原因是它营寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟的红细胞,原因是它无细胞核,不能合成蛋白质。3.辨析基因工程的应用与蛋白质工程(1)基因治疗后,缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中,以表达正常产物从而治疗疾病,对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。(2)对蛋白质分子进行改造,其本质是改变其基因组成。如果对蛋
37、白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质分子还是无法遗传。-49-通关记 通关辨 通关练 1.(2017河北综合素质测试,14)下面是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题。(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是 ,二者还具有其他共同点,如 ,(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子的切割末端为,则与之连接的目的基因切割末端应为 ;可使用 把质粒和目的基因连接在一起。-50-通关记 通关辨 通关练(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为 ,其作用是 。(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌环状RNA分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞
38、的染色体 答案 解析 解析 关闭(1)a 代表的物质是大型环状 DNA 分子,质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状 DNA 分子,两者都能自我复制,并蕴含遗传信息。(2)若质粒 DNA 分子的切割末端和目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对,则可使用 DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒 DNA 分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因,便于鉴别受体细胞中是否含有目的基因,将含有目的基因的受体细胞筛选出来。(4)常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案 解析 关闭(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性(2)DNA 连接酶(3)标记基因 鉴别受体细胞中是
39、否含有目的基因,将含有目的基因的受体细胞筛选出来(4)C-51-通关记 通关辨 通关练 2.(2016山东济宁曲阜一中期末,31)利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。2005年我省青岛“崂山奶山羊乳腺生物反应器的研制”项目通过鉴定,该项目生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点,可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶等医药产品,造福人类健康。下图为利用生物技术获得生物这一新品种和抗虫棉的过程,据图回答问题。(1)在基因工程中,A表示 ,如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因,过程使用的酶区别于其他酶的特点是 ,B表示 。-52-通关记 通关辨 通关练(2)在研究过程中
40、,研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因,并采用 技术对目的基因进行了扩增,然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有 。(3)基因表达载体的构建是基因工程的核心,一个完整的基因表达载体至少包括哪几部分?。(4)将目的基因导入受体细胞的过程中,在过程中一般是采用 ,在过程中一般采用 。(5)由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中,检测其体内是否出现药用蛋白,在分子水平上的检测方法及结果是什么?。答案 解析 解析 关闭限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且在特定的位点上切割DNA分子。经限制酶切割后露出黏性末端或平末端,而DNA连
41、接酶则能把目的基因和运载体连接起来构成重组DNA。一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。将目的基因导入受体细胞的过程中,受体细胞若是植物细胞可以用农杆菌转化法、花粉管通道法和基因枪法;若是动物细胞一般用显微注射技术。检测目的基因是否翻译成蛋白质一般采用抗原抗体杂交。答案 解析 关闭(1)目的基因 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且在特定的位点上切割DNA分子 重组DNA(2)PCR(聚合酶链式反应)限制酶、DNA连接酶(3)一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等(4)农杆菌转化法 显微注射技术(5)从转基因羊的乳汁中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交。如果出现杂交带,表明奶牛中出现了抗原蛋白;如果不出现杂交带,表明奶牛中未出现抗原蛋白
