1、高考总复习 RJ版生物 高考总复习 RJ版生物 1基因工程的诞生(I)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(I)5基因工程的理论基础6基因工程的操作工具、基本步骤7基因工程在工业、农业、医药中的应用8蛋白质工程与基因工程的关系对应学生用书210页高考总复习 RJ版生物 一、DNA重组技术的基本工具1限制性核酸内切酶“分子手术刀”(1)来源：主要从_中分离纯化出来的。(2)作用特点：能够识别DNA分子_，并使特定部位的两个核苷酸之间的_断开。(3)作用结果：产生_或_。对应学生用书210页高考总复习 RJ版生物 2DNA连接酶“分子缝合针”(1)作用：将_拼接成新的DNA分
2、子。(2)种类E.coli DNA连接酶：只能连接 T4 DNA连接酶：既能连接 ，又能连 接 3基因运载体“分子运输车”(1)作用：将_送入受体细胞中。(2)常用种类：_、噬菌体的衍生物、_。(3)作用原理：携带外源基因的质粒(载体)进入受体细胞后，停留在细胞内进行_，或整合到染色体上，随之同步复制。高考总复习 RJ版生物 二、基因工程的基本操作程序高考总复习 RJ版生物 高考总复习 RJ版生物 三、基因工程的应用1植物基因工程抗虫转基因植物抗病转基因植物改良植物品质2动物基因工程提高动物生长速率改良产品品质用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体高考总复习 RJ版生物 四、蛋白质工
3、程1含义以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作基础，通过_，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。2基本原理目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计途径：预期 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 高考总复习 RJ版生物 自主核对：一、原核生物 特定核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 DNA片段 黏性末端 黏性末端 平末端 外源基因 质粒 动植物病毒 自我复制二、结构基因 PCR技术 化学方法 RNA聚合酶 尾端 目的基因 目的基因 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射法 感受态细胞法 DNA分子杂交 DNA分子杂交 抗原抗体 抗虫或抗病四、基因修饰或
4、基因合成 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列高考总复习 RJ版生物 1与基因工程有关的各种酶有何区别？2可表达的载体是如何构建的？高考总复习 RJ版生物 考点1 基因工程的基本操作工具1限制性核酸内切酶(1)作用：用于获取目的基因和切割运载体。(2)特点：具有专一性，表现在两个方面：识别双链DNA中特定核苷酸序列。对应学生用书211页高考总复习 RJ版生物 切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如EcoR酶的切割序列(如下图)高考总复习 RJ版生物(3)产物：用限制性核酸内切酶切割形成的新链有两种：即黏性末端和平末端。黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DN
5、A的两条链分别切开形成的，如下图所示：平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的。如下图所示：高考总复习 RJ版生物 2DNA连接酶(1)常用的DNA连接酶Ecoli DNA连接酶来源：大肠杆菌作用特点：只连接黏性末端T4 DNA连接酶来源：T4噬菌体作用特点：连接黏性末端和平末端高考总复习 RJ版生物(2)DNA连接酶、DNA聚合酶、解旋酶及限制酶的比较作用特点作用结果限制性核酸内切酶切割目的基因及运载体，能专一性识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开形成黏性末端或平末端解旋酶将DNA两条链之间的氢键打开形成两条脱氧核苷酸单链
6、高考总复习 RJ版生物 作用特点作用结果DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上在DNA复制过程中，单个脱氧核苷酸最终连接成与母链互补的子链，从而形成新的子代DNA分子DNA连接酶将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键将DNA 片段连接起来，形成重组DNA高考总复习 RJ版生物 3.载体(1)作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。具有某些遗传标记基因，以便进行筛选。高考总复习 RJ版生物 重要考点提示1.
7、限制酶和DNA连接酶的作用部位都是DNA一条链中相邻核苷酸间的磷酸二酯键，只是一个切断，一个连接。2关于载体的几点说明一般来说，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。常见的标记基因有抗生素基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。高考总复习 RJ版生物 作为载体必须具有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，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，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段
8、，又不会丢失自己的片段。注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。质粒能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞，也可在体外。高考总复习 RJ版生物 例1(2010郑州一检)限制酶可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamH、EcoR、Hind及Bgl的辨识序列及每一种限制酶的特定切割部位。BamH EcoR Hind Bgl GGATCC GAATTC AAGCTT AGATCTCCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA 其中哪两种限制酶切割出来的DNA片段末端可以互补结合，其末端互补序列是()高考总复习 RJ版生物 ABamH和EcoR；末端互补序
9、列：AATTBBamH 和Hind；末端互补序列：GATCCBamH 和Bgl；末端互补序列：GATCDEcoR 和Hind；末端互补序列：AATT解析 BamH 和Bgl切出的黏性末端碱基能互补配对，互补序列都含有GATC。答案 C高考总复习 RJ版生物 例2(2010温州检测)下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如图所示，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamH 或EcoR或Pst的酶切位点。现用BamH 和EcoR两种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的
10、是()限制酶BamH EcoR Pst识别序列和切割位点GGATCCCCTAGGGAATTCCTTAAGCTGCAGGACGTC高考总复习 RJ版生物 A1为BamH，2为EcoR，3为BamH，4为Pst B1为EcoR，2为BamH，3为BamH，4为Pst C1为Pst，2为EcoR，3为EcoR，4为BamH D1为BamH，2为EcoR，3为Pst，4为EcoR I解析 只用BamH 和EcoR 两种酶同时切割该DNA片段，要想防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状，需要目的基因两端2与3的限制酶为BamH 或EcoR 即可。答案 A高考总复习 RJ版生物 考点2 基因工
11、程的基本操作程序1目的基因的提取(1)从基因文库中获取目的基因优点：有了基因文库，就可以随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。(2)人工合成目的基因反转录法mRNA反转录单链 DNA合成 双链 DNA(目的基因)高考总复习 RJ版生物 利用PCR技术扩增目的基因。人工合成法已知蛋白质的氨基酸序列 推测 mRNA的核苷酸序列 推测 目的基因的脱氧核苷酸序列化学合成目的基因高考总复习 RJ版生物 2基因表达载体的构建(1)目的使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达载体的组成目的基因启动子终止子标记基因。高考总复习 RJ版生物
12、 启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端，作用是使转录过程停止。标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因(目的基因是否导入成功)。高考总复习 RJ版生物(3)基因表达载体的构建方法3将目的基因导入受体细胞(1)目的：目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。高考总复习 RJ版生物 受体细胞种类方法植物细胞农杆菌转化法：目的基因插入Ti质粒的TDNA转入农杆菌导入植物细胞稳定维持和表达 基因枪法 花粉管通道法动物细胞显微注射法：目的基因的表
13、达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育新性状动物微生物细胞Ca2处理受体细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子(2)受体细胞种类不同，导入方法不同高考总复习 RJ版生物(3)受体生物与受体细胞类型的关系植物：可以是受精卵、体细胞(经组织培养成为完整植株)。动物：受精卵(体细胞的全能性受到限制，不能发育为完整个体)。高考总复习 RJ版生物 4目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测导入检测目的基因是否插入受体细胞染色体的DNA上DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带表达检测目的基因是否转录出mRNA核酸分子杂交技术(DNA和mRN
14、A之间)同上目的基因是否翻译出蛋白质蛋白质分子杂交(抗原和抗体之间)同上高考总复习 RJ版生物 重要考点提示1基因表达载体的构建是基因工程最核心的步骤，该过程把三种工具(只有两种工具酶)全用上了，在体外进行。2.与载体相比较，增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段，其功能各不相同。启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。类型步骤检测内容方法结果显示个体生物学水平的鉴定确定是否具有抗性及抗性程度基因工程产品与天然产品的活性是否相同抗虫或抗病的接种实验基因工程产品与天然产品活性的比较是否赋予了预期抗性或蛋白质活性高考总复习 RJ版生物 例3(2010浙
15、江卷)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞高考总复习 RJ版生物 解析 构建重组DNA分子时，需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和栽体，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞(若是植物细胞，则可导入其原生质体)，若导入的受体细胞是体细胞，经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具
16、有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。答案 A高考总复习 RJ版生物 例4(2010天津卷).下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamH、Hind、Sma 直线所示为三种限制酶的酶切位点。高考总复习 RJ版生物 据图回答：(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用_限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含_的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_(填字母代号)。A启动子 BtetRC复制原点DampR(3)过程可采用的操作方法
17、是_(填字母代号)。A农杆菌转化B大肠杆菌转化C显微注射D细胞整合高考总复习 RJ版生物(4)过程采用的生物技术是_。(5)对早期胚胎进行切割，经过程可获得多个新个体。这利用了细胞的_性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用_(填字母代号)技术。A核酸分子杂交B基因序列分析C抗原抗体杂交DPCR高考总复习 RJ版生物 解析(1)基因表达载体的构建过程中，将目的基因导入受体细胞之前，要用同一种限制酶切割目的基因和载体。从图中可以看出，在目的基因和载体中都有Hind和BamH 限制酶的切割位点，因此要用Hind和BamH 限制酶同时切割载体和人乳铁蛋白基因；载体切割后四环素抗性基因被破坏，因
18、此筛选时要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子是一段有特殊序列的DNA片段，位于目的基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，在启动子存在时才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。高考总复习 RJ版生物(3)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术。(4)过程是将早期胚胎移入受体母牛体内，用到的技术是胚胎移植技术。(5)胚胎分割是利用机械方法将早期胚胎等分，经移植后获得同卵双胎或多胎的技术，可以看做动物无性繁殖或克隆的方法，利用了细胞的全能性。(6)检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要用相应的抗体进行抗原抗体杂交，其他三
19、项技术检测的对象都是核酸。答案(1)Hind和BamH I 氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C高考总复习 RJ版生物 考点3 蛋白质工程1蛋白质工程的基本原理高考总复习 RJ版生物 2蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别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对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因构建基因表达载体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或生物产品结果 生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出
20、来的第二代基因工程。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现高考总复习 RJ版生物 重要考点提示蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划基因组计划启动时间2001年成立组织1990年正式启动主要内容“肝脏蛋白质”和“血浆蛋白质”的研究测定人类基因组24条染色体上全部DNA序列参加国家16个国家，80多个实验室 6个国家，中国是惟一的发展中国家我国承担任务牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”承担1%的测序工作意义揭示并确认肝脏(血浆)蛋白质为重大疾病预防、诊断、治疗以及新药研发提供科学基础；推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗；揭示基因表达的机理高考总复习 RJ版生物
21、 例5 以下有关蛋白质工程的叙述，不正确的是()A蛋白质工程发展的基础是基因工程B蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程CT4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现D蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质解析 蛋白质工程既能改造现有的蛋白质，也能制造新的蛋白质。答案 D高考总复习 RJ版生物 例6(2009广东卷)(1)饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的_，然后改变植酸酶的_，从而得到新的植酸酶。(2)培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料原料时磷的利 用
22、率。将 植 酸酶基 因 导入大 豆 细胞常用的方法是_。请简述获得转基因植株的完整过程：_。高考总复习 RJ版生物(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过_转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过_方法，从而一次得到多个转基因猪个体。(4)若这些转基因动、植物进入生态环境中，对生态环境有何影响？_。高考总复习 RJ版生物 答案(1)分子结构及预期功能 基因(2)农杆菌侵染法 首先将目的基因与质粒组合，构建基因表达载体，将含目的基因的表达载体导入植物细胞，通过植物组织培养获得表现新性状的植物(3)显微注射法 胚胎分割(4)转基因生物及其产品对生物多样性、生态
23、环境可能产生的影响主要表现在以下几个方面：转基因生物打破了物种的原有界限，改变了物质循环和能量流动，对生态系统的稳定性造成破坏；重组DNA与微生物杂交，可能出现对动、植物和人类有害的病原微生物；高考总复习 RJ版生物 增加目标害虫的抗性和进化速度；转基因植物通过传粉进行基因转移，导致超级杂草出现；转基因植物的花粉如含有有毒蛋白或过敏蛋白，通过蜜蜂的采集，很可能进入蜜蜂中，再经过食物链的传递，最后有可能进入其他动物和人体内。高考总复习 RJ版生物【典例1】(2010全国卷)下列叙述符合基因工程概念的是()AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B将人的干扰素基因重组到质
24、粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上对应学生用书214页高考总复习 RJ版生物【解析】基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的。选项中A项属于细胞工程，C项属于人工诱变，D项属于基因重组，只有B项符合基因工程的概念，其中人的干扰素基因是目的基因，质粒是载体，大肠杆菌是受体细胞，人们需要的生物产品是人干扰素。【答案】B高考总复习 R
25、J版生物【典例2】(2009江苏卷)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。高考总复习 RJ版生物(1)将图中的DNA用Hind、BamH I完全酶切后，反应管中有_种DNA片段。(2)图中表示Hind与BamHI酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得_种重组质粒；如果换用BstI与BamHI酶切，目的基因与质粒连接后可获得_种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_。(4)图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中_对TD
26、NA的降解。高考总复习 RJ版生物(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_ 。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基因频率的增长速率。【答案】(1)4(2)2 1(3)复制(4)DNA水解酶(5)表面无相应的特异性受体(6)抗性高考总复习 RJ版生物【典例3】(2010福建理综)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因
27、工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如下图。高考总复习 RJ版生物 请回答：(1)图中所指的是_技术。(2)图 中 所 指 的 物 质 是 _，所 指 的 物 质 是_。(3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换_。(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的_细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。高考总复习 RJ版生物【解析】基因工程中获得大量目的基因的技术为PCR技术。cDNA是以mRNA为模板通过反转录获得的。本基因工程目的基因的表达产物为红细胞生成素，即EPO。由于天然EPO来源极为有限，一般情况下，基因工程产生的是重组人红细胞生成素(rhEPO)。培养重组CHO细胞时，为了提供适宜的培养条件，需要不断更换培养液，以防止有害代谢产物的积累对细胞自身造成的危害。单克隆抗体是通过培养杂交瘤细胞获得的。【答案】(1)PCR(2)mRNA rhEPO(3)培养液(4)杂交瘤感谢您的关注！