1、第21讲 基因的结构、基因工程简介考试要求1原核细胞的基因结构。描述原核细胞的基因结构，说出原核细胞的基因结构由编码区和非编码区组成。2真核细胞的基因结构。描述真核细胞的基因结构；举例说出原核细胞的基因结构与真核细胞的基因结构的异同点。3人类基因组研究。知道人类基因组研究计划。4基因工程的基本内容。基因操作的工具（限制性内切酶、DNA连接酶、运载体）。举例说出限制性内切酶的作用及特点；识别DNA连接酶所催化的化学键；说出运载体的特点及常用的运载体。基因操作的基本步骤（提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达）。辩别基因操作的基本步骤。5基因工程的成果与发
2、展前景。知道基因工程在医药卫生、环境保护、农牧业及食品工业方面的应用。知识整理一、基因的结构1原核细胞的基因结构 包括编码区和。编码区：基因中能转录相应的，进而指导合成的区段。非编码区：基因中不能转录为 ，不能编码的区段。非编码区由 的上游和编码区下游的 组成的；在非编码区上，有调控 的核苷酸序列，最重要的是位于编码区上游的 位点。2真核细胞的基因结构 包括和非编码区。编码区：包括外显子（能编码 的核苷酸序列）和（不能编码蛋白质的序列）；控制不同蛋白质的基因所含的内含子和外显子的数目是。非编码区：有调控作用的核苷酸序列，包括位于编码区上游的 位点。3人类基因组研究人类基因组：是指人体DNA分子
3、所携带的全部。人类单倍体基因组：由 条双链DNA分子组成（包括和）。人类基因组计划：人类基因组计划就是分析测定的核苷酸序列，其主要内容就是绘制人类基因组的四张图，即、 和转录图。二、基因工程简介（一）基因工程的概念：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，地改造生物的遗传性状。又叫基因拼接技术或DNA重组技术。（二）基因工程的基本内容1基因的操作工具基因的剪刀：主要存在于 中，一种限制性内切酶只能识别一种特定的，因此限制性内切酶也具有专一性。基因的针线：把前一条脱氧核苷酸序列中的脱氧核糖基团与后一条脱氧核苷酸序列中的“缝合”起来需要DNA连接酶。
4、基因的运输工具：运载体必须具备的条件有：能够在宿主细胞内 并稳定地保存；具有限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些，便于进行筛选。运载体有质粒、和 等；最常用的运载体是，最常用的质粒是，它常含有基因。2基因操作的基本步骤提取目的基因：主要有两条途径：从供体细胞的DNA中直接分离基因，最常用的方法是“”，用这种方法获取目的基因的优点是，缺点是；人工合成基因。在获取中的目的基因时，一般常采用这种方法。人工合成基因有两条途径：一条是反转录法；另一条是根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出目的基因的，再人工合成。目的基因与运载体结合：用同一种 切割和，加入 酶，形成重组DNA分子。将目的基因导入受体细胞
5、：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法。目的基因的检测和表达：检测：根据受体细胞是否具有某些，判断目的基因是否导入。表达：受体细胞表现出特定性状。（三）基因工程的成果与发展前景1基因工程与医药卫生：生产基因工程药品，进行基因诊断、基因治疗。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的做探针，利用原理，鉴定被检测标本上的，达到检测疾病的目的；基因治疗是把健康的外源导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的；基因工程用于基因治疗时，没有去除缺陷细胞内的致病基因。2基因工程与农牧业及食品工业3基因工程与环境保护：可以用于环境监测和环境净化。环境监测方面的应用主要是用检测饮用水中病毒的含量；环境净化方面的
6、应用主要是创造出了能同时分解四种烃类的“”。命题研究考点搜索出题方向解题策略真核细胞的基因结构（2004年）考查考生对真核细胞基因结构中编码区结构的识记能力，要求能列举外显子和内含子在功能上的区别。识记真核细胞的基因结构，比较编码区与非编码区、外显子与内含子之间的异同点；同时应与原核细胞的基因结构进行比较，能描述它们之间的异同点人类基因组研究（2003年）检测考生能否说出 “人类基因组计划”的研究目的。在知道“人类基因组计划”的研究目的，最后应达到的研究成果的基础上，能区分人类基因组、人类单倍体基因组，了解参与这项研究工作的国家及人类基因组研究的重要意义基因工程的基本内容（2004年）考查考生
7、能否说出提取目的基因的方法，要求能写出人工合成目的基因的步骤。能描述提取目的基因的方法，通过与基因控制蛋白质合成过程的比较学习，识记人工合成目的基因的两种方法及它们的合成过程基因工程的成果与发展前景考查基因工程在医药卫生、环境检测方面的应用实例的识记能力。知道基因工程在医药卫生、环境保护、农牧业及食品工业方面的应用实例提分关键1非编码序列位于基因结构的什么部位？答：对于原核细胞基因的结构，非编码序列位于编码区的上游和编码区的下游。而在真核细胞基因结构中，非编码序列不仅位于编码区的上游和下游，而且在编码区的外显子之间也有不能编码蛋白质的序列。2怎样计算真核细胞的基因结构中，编码序列中的碱基对在整
8、个基因碱基对中所占的比例？答：编码序列的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例实际上就是外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例，计算方法为外显子中的碱基对数整个基因中的碱基对数。例如：人的一种凝血因子的基因，在它的186 000个碱基对中，有26个外显子和25个内含子，能够编码2 552个氨基酸，则人的凝血因子的基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例为多少？解析 先求出外显子的碱基对数，因26个外显子共能控制合成由2 552个氨基酸组成的蛋白质，因此外显子的碱基对为2 5523=7656对；人的凝血因子的基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例为7656186 000=4.1
9、2%。名师点拨例1（2003年上海卷）“人类基因组计划”中的基因测序工作是指测定 ADNA的碱基对排列顺序BmRNA的碱基排列顺序C蛋白质的氨基酸排列顺序DDNA的基因排列顺序考点分析 考查“人类基因组计划”的研究目的，属于容易题。解题思路 “人类基因组计划”就是分析测定人类基因组的核苷酸序列，而基因是有遗传效应的DNA片段，所以“人类基因组计划”中的基因测序工作就是测定DNA（基因）的碱基对排列顺序。本题答案为A。失分陷阱 本题失分的主要原因是基本知识掌握的不扎实。例2（2004年湖南卷）回答下列问题：真核生物基因的编码区中能够编码蛋白质的序列称为，不能够编码蛋白质的序列称为。一般来说，如果
10、你知道了某真核生物的一条多肽链的氨基酸序列，你能否确定其基因编码区的DNA序列？为什么？考点分析 本题主要考查真核生物基因的编码区的结构特点，外显子与内含子在功能上的区别。解题思路 真核生物基因的编码区中不能够编码蛋白质的序列称为内含子，能够编码蛋白质的序列称为外显子；因此蛋白质中氨基酸的数目、种类、排列顺序实际上是由编码区外显子的核苷酸序列直接决定的，与内含子的核苷酸序列无关，更与这个基因中的非编码区无关。本题答案为：外显子内含子 不能。首先，一种氨基酸可以有多种密码子；其次，一般地说真核生物基因编码区的内含子不能编码蛋白质，内含子的核苷酸序列不可能由多肽链的氨基酸序列来确定失分陷阱 基础知
11、识不扎实是答错第一问的主要原因；将所学的与内含子相关的知识应用到新情景中的能力欠佳，是不能顺利解答第二问的原因。例3（2004年陕西卷）假设某一种酶是合成豌豆红花色素的关键酶，则在基因工程中，获得编码这种酶的基因的两条途径是 和人工合成基因。如果已经得到能翻译成该酶的信使RNA，则利用该信使RNA获得基因的步骤是 ，然后 。考点分析 本题考查提取目的基因的方法，人工合成目的基因的方法及步骤，属于识记水平。解题思路 提取目的基因的方法有两种，第一，从供体细胞的DNA中直接分离基因，最常用的方法是“鸟枪法”；第二，人工合成基因，它又有两种合成途径，反转录法，即以目的基因转录形成的信使RNA为模板，
12、反转录成互补的单链DNA，在有关酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因；是根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出目的基因的核苷酸序列，再通过化学方法人工合成。本题答案为：从供体细胞的DNA中直接分离基因 以该酶的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA 在有关酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。失分陷阱 基因知识掌握的不牢固是本题失分的主要原因。例4 下列技术依据DNA分子杂交原理的是 用DNA分子探针诊断疾病 B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的杂交 快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 目的基因与运载体结合形成重组DNA分子A. B. C. D. 考点分析 本题考查“基因工程的成果及
13、发展前景”中应用到DNA探针的相关基因工程，属于识记水平。解题思路 基因诊断、检测饮用水中病毒的含量都要用到DNA探针，用DNA探针来基因诊断、检测饮用水中病毒的含量的原理就是DNA分子杂交原理。本题答案为B失分陷阱 答错此题的主要原因是没有记住基因诊断、检测饮用水中病毒的含量都要用到DNA探针。拓展提升1原核细胞基因结构和真核细胞基因结构的比较 相同点：它们的结构都包括编码区和非编码区，在编码区的上游和下游都有不能编码蛋白质的核苷酸序列；在编码区的上游都有“与RNA聚合酶结合的位点”。 不同点：真核细胞的基因结构比原核细胞的基因结构复杂，它的编码区由内含子和外显子构成，外显子能编码蛋白质，内
14、含子不能编码蛋白质，因此真核细胞基因结构中的编码区是间隔的、不连续的；而原核细胞基因结构中的编码区不分外显子和内含子，都能编码蛋白质，因此原核细胞基因结构中的编码区是连续的、不间隔的。2基因中所含的碱基数与它所控制的蛋白质中的氨基酸数的关系 原核细胞基因结构中编码区所含的碱基数=蛋白质中的氨基酸数6 真核细胞基因结构中外显子所含的碱基数=蛋白质中的氨基酸数63基因工程中获取目的基因的方法方法供体细胞中的DNADNA片段受体细胞限制酶运载体过程优点缺点直接分离法（鸟枪法）DNA片段扩增目的基因细胞片段目的基因找出操作简便工作量大，有盲目性，真核生物的目的基因含有不表达的核苷酸序列人工合成基因反转
15、录法mRNA单链DNA双链DNA逆转录合成专一性强，目的基因中不含内含子操作过程麻烦，mRNA生存时间短，技术要求高直接人工合成目的基因从已知蛋白质的氨基酸序列，推测出目的基因的核苷酸序列，再通过化学方法直接合成目的基因专一性强，目的基因不含内含子，可合成自然界不存在的基因目前，复杂的尚不知核苷酸序列的基因不能合成巩固练习1原核细胞基因的编码区是由 A基因的全部碱基序列组成B信使RNA上的全部核苷酸序列组成C编码区上游和编码区下游的核苷酸序列组成D基因上能够编码蛋白质的核苷酸序列组成2下列关于真核细胞基因结构的叙述中，正确的是 A每一个基因中的外显子和内含子数目相同B不同基因的内含子长度相同，
16、外显子长度不同C不同基因的编码区长度相同，非编码区的长度不同D不同基因中外显子和内含子的数目、长度均不相同3下列关于变形虫细胞内基因结构的认识，完全正确的一组是 编码区能够转录为相应的信使RNA，经加工参与蛋白质的生物合成 在非编码区有RNA聚合酶结合位点 非编码序列只位于编码区的上游和下游 内含子不能编码蛋白质ABC D4我国科学家成功克隆并测定了庚型肝炎病毒全部遗传物质的核苷酸序列，该病毒核酸全长9213个核苷酸，其中C和G的含量共占碱基总量的59.4%，编码一个含2873个氨基酸的蛋白质分子；其一端有长168个核苷酸，另一端有长423个核苷酸的非编码区。分析回答：庚肝病毒遗传物质为。简要
17、说明庚肝病毒核酸有9213个核苷酸，指导合成的蛋白质分子却只有2873个氨基酸的原因。从上述材料可知，控制庚肝病毒蛋白质合成的遗传物质也由 和 两部分组成。5下列基因结构中肯定不是人类基因结构的是非编码区编码区非编码区A.非编码区编码区非编码区B.非编码区编码区非编码区C.非编码区编码区非编码区D.外显子内含子RNA聚合酶结合位点 图2116科学工作者分离得到了某真核生物的基因A，将其解离成两条具有互补关系的单链，其中的一条与基因A的信使RNA进行配对，杂交后可以观察到如图211所示的结构，对此结果的合理解释是A1、3、5、7为DNA/RNA的杂交体，2、4、6为单链DNA部分B1、3、5、7
18、为DNA/RNA的杂交体，2、4、6为单链RNA部分C1、3、5、7为双链DNA部分，2、4、6为DNA/RNA的杂交体D1、3、5、7为单链RNA部分，2、4、6为DNA/RNA的杂交体7原核细胞的基因结构和真核细胞基因结构的不同之处是A原核细胞的基因结构中没有编码区B原核细胞的基因结构中没有调控遗传信息表达的核苷酸序列C原核细胞的基因结构中没有RNA聚合酶的结合位点D原核细胞的基因结构中编码区是连续的8下列关于真核细胞基因结构和原核细胞基因结构特点的叙述中，不正确的是A都有不能转录为信使RNA的区段B都有与RNA聚合酶结合的位点C都有调控作用的脱氧核苷酸序列D都有外显子9用“鸟枪法”提取目
19、的基因的步骤为用限制酶将供体细胞DNA切成许多片段 将许多DNA片段分别与运载体结合 通过运载体导入不同的受体细胞 选取目的基因片段与运载体结合 找出带有目的基因的细胞，并分离出目的基因 让供体DNA片段在受体细胞内大量繁殖ABCD10下列四个DNA分子片段，彼此间具有粘性末端的一组是T A G GC C A TT A C CG G T A A B C D11下列关于基因操作的工具叙述中，正确的是 A限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列 B基因工程所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 C一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 D目的基因就是指重组DNA质粒 12下列关于基因工程的叙述，正确的
20、是A基因工程经常以对抗菌素的抗性基因为目的基因B细菌质粒是基因工程最常用的运载体C通常选用不同的限制性内切酶分别处理含目的基因的DNA和运载体DNAD为育成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13上海医学院遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的白蛋白提高了30多倍，这标志着我国转基因研究向产业化的目标迈进了一步。那么“转基因动物”是指A提供基因的动物B基因组中导入了外源基因的动物C能产生白蛋白的动物D能表达基因遗传信息的动物14昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶
21、可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌体内的DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。请根据上述资料回答：人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高_，通过人工选择获得_。酯酶的化学本质是_，基因控制酯酶合成要经过_和_两个过程。通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于_ 。此基因工程中的目的基因是 ，受体细胞是 。导入目的基因到受体细胞需要限制酶、 和 。DNA限制性内切酶的特点是 。此基因工程中，提取目的基因的途径是 A用“鸟枪法”直接从供体细胞中分离B以信使RNA为模板，用逆转录酶合成C根据已知
22、的氨基酸序列合成D根据已知的DNA序列扩增15细菌质粒分子上往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是A提高受体细胞在自然环境中的耐药性B有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测C增加质粒分子的分子量D便于与外源基因连接16科学家发现栽种含有抗除草剂基因的农作物后，会使附近的、与其亲缘关系较近的野生植物也获得抗除草剂基因；野生植物获得该基因最可能的途径是A基因突变 B染色体变异C自然选择D自然杂交17下列有关基因工程的叙述中，错误的是ADNA连接酶将黏性末端的碱基通过氢键连接起来B基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C基因治疗是把健康的外源基因导入有缺陷的
23、细胞中D蛋白质中氨基酸序列可为合成目的基因提供资料181990年，对一位缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行了基因治疗。其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。为使体外培养细胞的工作成功，必须考虑的培养条件是 ，培养液必须含有各种白细胞所需的 。在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的，此基因工程中的目的基因是 ，目的基因的受体细胞是 。将腺苷脱氨酶基因与逆转录病毒重组，需要 和 工具酶。将转基因白细胞多次回输到
24、患者体内后，免疫能力趋于正常是由于重组逆转录病毒内的腺苷脱氨酶基因表达产生了。 19科学家将含人的-抗胰蛋白酶基因的DNA片段，注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的羊能分泌含-抗胰蛋酶的奶。与这一过程无关的是ADNA按照碱基互补配对原则自我复制BDNA以其一条链为模板合成RNACRNA以自身为模板自我复制D按照信使RNA密码子的排列顺序合成蛋白质图21220图212是将人的生长激素基因导人细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普图212通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。可以通过如下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒：将得到的细菌接种在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就肯定导入了质粒A或重组质粒A，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是 。若把通过鉴定证明导入了普通质粒A 或重组质粒A的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会有什么现象发生？导入细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么？