第21講基因工程考情分析:

(2)考查內(nèi)容:

①基因工程中三種工具。

②基因工程操作四步曲。

③基因工程成果——轉(zhuǎn)基因生物實例

及安全性討論。

(3)考查形式:

將選修與必修結(jié)合，既可出簡答題也可出選擇題(1)考查力度：占分比重相對穩(wěn)定，占20℅：18分

一、基因工程的基本工具[判斷正誤](1)限制酶只能用于切割目的基因。(

)(2)限制酶切割DNA分子具有特異性。(

)(3)限制酶切割DNA后可產(chǎn)生黏性末端和平末端兩種類型。(

)(4)DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來。(

)(5)E·coliDNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端。(

)(6)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體。(

)(7)載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細胞中,使之穩(wěn)定存在并表達。(

)×√√××√√二、基因工程的操作程序[填空]基因文庫PCR技術(shù)啟動子標記基因農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法花粉管通道法顯微注射DNA分子雜交分子雜交抗原—抗體雜交個體生物學水平三、蛋白質(zhì)工程[判斷正誤](1)蛋白質(zhì)工程可按照人的意愿生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。(

)(2)人類主要通過直接改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)。(

)(3)蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。(

)√×√

考點1核心概念——基因工程的概念及工具1．基因工程的概念理解:⑴操作環(huán)境：_____________________體外——關(guān)鍵步驟“基因表達載體的構(gòu)建”的環(huán)境。⑵優(yōu)點:①與雜交育種相比：____________________________________________________________________克服了遠緣雜交不親和的障礙。②與誘變育種相比：________________________________________________________________定向改造生物遺傳性狀。⑶操作水平：_____________________________DNA分子水平。⑷原理：__________________________基因重組。⑸本質(zhì)：___________________________________________________________________________________________甲(供體：提供目的基因)乙(受體：表達目的基因)，即基因未變，合成蛋白質(zhì)未變，只是合成場所的轉(zhuǎn)移。2.基因工程的基本原理和理論基礎(chǔ)概括如下圖:

提醒

若題目強調(diào)“目的基因”的表達過程，則只包括

“轉(zhuǎn)錄和翻譯”兩個過程，不包括目的基因的復制。

3．操作工具:⑴限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”①來源：__________________________________________________________________________________________主要是從原核生物中分離純化出來的。②化學本質(zhì)：______________________________蛋白質(zhì)。③催化作用：________________________________________________________________________________可用于目的基因的切割和質(zhì)粒的切割。④作用特點：———————————————————————————————————————————特異性。即:限制酶可識別特定的脫氧核苷酸序列，

切割特定位點。⑤切割方式________________錯位切：平切：產(chǎn)生兩個相同的粘性末端形成平末端⑥識別序列的特點：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA

上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列的。如:當限制酶在它識別序列的中軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端。而當限制酶在它識別序列的中軸線處切開時，產(chǎn)生的則是平末端。高考警示：①切割的化學鍵為磷酸二酯鍵。

②在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。

③將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產(chǎn)生4個黏性末端。

④切割質(zhì)粒需使用限制酶1次，切割目的基因則需要使用相同的限制酶2次。因為質(zhì)粒是環(huán)狀DNA，而目的基因在DNA分子鏈上。⑤不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。(2)DNA連接酶——“分子縫合針”常用類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體功能連接黏性末端連接黏性末端或平末端結(jié)果恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵

DNA連接酶與DNA聚合酶的比較：DNA連接酶DNA聚合酶作用實質(zhì)都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵是否需要模板不需要需要連接DNA鏈雙鏈單鏈作用過程在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端，形成磷酸二酯鍵作用結(jié)果將兩個DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子

(3)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”

最常用載體：質(zhì)粒（其本質(zhì)是小型DNA

分子，不是細胞器）

其他載體：λ噬菌體的衍生物、

動植物病毒等①類型②功能：將目的基因?qū)胧荏w細胞。③應具備條件：a.能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復制；b.有一個至多個限制酶的切割位點，以便于與外源基因連接；c.有特殊的遺傳標記基因，供重組DNA的鑒定和篩選。高考警示：①一般來說，天然載體往往不能滿足人類的所有要求，因此人們根據(jù)不同的目的和需要，對某些天然的載體進行人工改造。②常見的標記基因有抗生素抗性基因、產(chǎn)生特定顏色的表達產(chǎn)物基因、發(fā)光基因等。③作為載體必須具有一個至多個限制酶切點，而且

每種酶的切點最好只有一個。因為某種限制酶只能識別單一切點，若載體上有一個以上的酶切點，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復制起點區(qū)，則進入受體細胞后便不能自主復制。

一個載體若只有某種限制酶的一個切點，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會丟失自己的片段⑤基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體不同，基因工程中的載體是DNA分子，能將目的基因?qū)胧荏w細胞內(nèi)，膜載體是蛋白質(zhì)，與細胞膜的通透性有關(guān)。⑥質(zhì)粒能自我復制，既可在自身細胞、受體細胞內(nèi)，也可在體外。④質(zhì)粒DNA分子上限制酶切割位點的選擇必須保證至少有一個標記基因是完整的，如果標記基因全部被切開則不便于鑒定與選擇。

跟蹤訓練1

關(guān)于DNA重組技術(shù)基本工具的說法正確的是(

)A．DNA連接酶只能連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端。

B．細菌細胞中含有的限制酶不能對自身DNA

進行剪切。

C．限制酶切割DNA后一定能產(chǎn)生黏性末端

D．天然的質(zhì)粒就可以用來作為載體B

跟蹤訓練2(2010·浙江卷2)在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，如下操作錯誤的是(

)

A.用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸

B.用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體

C.將重組DNA分子導入煙草原生質(zhì)體

D.用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞A考點2以流程圖解決知識內(nèi)在聯(lián)系

——基因工程的操作步驟

1．基因工程的圖解

⑴抗蟲棉的培育過程:⑵基因工程技術(shù)生產(chǎn)凝乳酶的過程:2．基因工程的操作程序分析:⑴目的基因的獲取途徑:①從自然界已有的物種中分離出來，如:從基因組文庫或cDNA文庫中獲取目的基因。只含某種生物的部分基因，利用mRNA反轉(zhuǎn)錄成DNA；無啟動子、無內(nèi)含子?；蚪M文庫:含該種生物的全部基因，根據(jù)目的基因的核苷酸序列、功能、在染色體的位置來獲取。用限制酶切割生物的DNA。cDNA文庫：基因文庫中不是直接保管相應基因，基因文庫中的基因保存在受體菌中。②PCR擴增技術(shù)與DNA復制的比較：PCR技術(shù)DNA復制相同點原理DNA復制(堿基互補配對)原料四種游離的脫氧核苷酸條件模板、ATP、酶、原料、引物不同點解旋方式DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化場所體外復制(PCR擴增儀)主要在細胞核內(nèi)酶熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)細胞內(nèi)含有的DNA聚合酶結(jié)果在短時間內(nèi)形成大量的DNA片段形成整個DNA分子③人工合成目的基因：a.化學合成法：

蛋白質(zhì)――→氨基酸序列――→RNA堿基序列――→DNA堿基序列―→用4種脫氧核苷酸

人工合成目的基因

分析推測推測b.反轉(zhuǎn)錄法：分離出供體細胞mRNA――→單鏈DNA――→合成目的基因

逆轉(zhuǎn)錄酶DNA合成酶基因比較小，核苷酸序列已知。合成的目的基因無啟動子、終止子、內(nèi)含子⑵基因表達載體的構(gòu)建——最核心步驟①基因表達載體的組成：啟動子：啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)溫馨提示：

目的基因：終止子：標記基因：為RNA聚合酶識別和結(jié)合位點，驅(qū)動轉(zhuǎn)錄mRNA使轉(zhuǎn)錄終止的DNA片段②基因表達載體的構(gòu)建方法：

提醒：該過程把三種工具(兩種工具酶、一種載體)全用上了，是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進行。幾個切口？幾個粘性末端？⑶將目的基因?qū)胧荏w細胞：生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細胞法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T—DNA上→農(nóng)桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的染色體DNA上→表達將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子①唯一不涉及到堿基互補配對的操作步驟。

②將微生物作為受體細胞主要原因是個體微小，代謝旺盛，繁殖速度快，獲得目的基因產(chǎn)物多。

③植物細胞還可用基因槍法和花粉管通道法。溫馨提示：

⑶將目的基因?qū)胧荏w細胞：⑷目的基因的檢測和鑒定：DNA跟蹤訓練3下面是獲得抗蟲棉的技術(shù)流程示意圖。有關(guān)敘述錯誤的是(

)A．重組質(zhì)粒構(gòu)建過程中需要限制性內(nèi)切酶和

DNA連接酶B．圖中愈傷組織分化產(chǎn)生的再生植株的基因型一般都相同C．卡那霉素抗性基因中含有相關(guān)限制性內(nèi)切酶酶的識別位點D．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性生殖的后代不能穩(wěn)定保持抗蟲性狀（）C跟蹤訓練4如圖為獲得抗蟲棉的技術(shù)流程。在培育轉(zhuǎn)基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作為標記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長。請據(jù)圖回答：

⑴A過程所用的載體是＿＿＿＿＿＿，需要的工具酶有＿＿＿＿＿＿________和＿＿＿＿＿＿。

⑵C過程的培養(yǎng)基除含有必需的營養(yǎng)物質(zhì)、瓊脂和激素外，還需加入＿＿＿＿＿＿。含kanr質(zhì)粒限制性核酸內(nèi)切酶酶DNA連接酶卡那霉素⑶由圖中離體棉花葉片組織獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲植株可采用＿＿＿＿＿＿技術(shù)，該技術(shù)所依據(jù)的原理是＿＿＿＿＿＿＿。⑷如果利用DNA分子雜交原理對再生植株進行檢測，D過程應該用放射性同位素(或熒光分子)標記的＿＿＿＿＿＿作為探針。⑸如果從個體生物水平來鑒定，D過程可用的最簡單檢測方法是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。植物組織培養(yǎng)植物細胞全能性抗蟲基因讓棉鈴蟲食用再生植株(進行棉鈴蟲接種實驗)考點3關(guān)注熱點問題——基因工程的應用:1.抗蟲棉的培育（1）目的基因：Bt毒蛋白基因。（2）抗蟲的原理：②蛋白酶抑制劑、淀粉酶抑制劑：分別抑制相應酶活性，影響消化；③植物凝集素：為糖蛋白，與蟲腸黏膜結(jié)合，影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。

①Bt毒蛋白水解成多肽與蟲腸上皮細胞結(jié)合，形成穿孔，細胞腫脹裂解致死；注：毒性來自Bt毒蛋白水解后的多肽。（3）受體細胞受精卵→

體細胞→正常發(fā)育組織培養(yǎng)（4）方法：花粉管通道法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法。注：a.抗蟲但不抗病毒、細菌、真菌等；

b.培育抗蟲作物的優(yōu)點：減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本；

c.不同抗蟲基因作用機理不同；

d.Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌。2.動物反應器（1）外源基因：藥用蛋白基因。（2）表達條件：藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因(膀胱內(nèi)表達相應基因)＋啟動子。（3）受體細胞：牛、羊哺乳動物等的受精卵。（4）方法：顯微注射法。（5）分類：①乳腺反應器：受性別(只能是雌性)和年齡

(哺乳期)限制，優(yōu)點可以不用提取可直接服用；

②膀胱反應器：提取后服用，但不受性別和年齡的限制。用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系。3.工程菌：4.動物反應器與工程菌比較：比較項目乳腺生物反應器工程菌基因結(jié)構(gòu)動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同細菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細菌細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細胞中提取生產(chǎn)設(shè)備

畜牧業(yè)生產(chǎn)，加提取設(shè)備工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)備精良受體細胞動物的受精卵微生物細胞導入目的基因方式顯微注射法感受態(tài)細胞法生產(chǎn)條件不需嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件比較項目乳腺生物反應器工程菌5.基因檢測和基因治療的比較：基因檢測制作相應探針，利用DNA分子雜交原理，快速、準確檢測人類某種疾??；制作探針三要求：①標記——同位素或熒光②單鏈③序列與待測基因相同臨床應用階段基因治療把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校煞譃椋后w外基因治療和體內(nèi)基因治療兩種方法僅處于實驗階段，仍有許多問題和困難制約該技術(shù)的開展，所以該技術(shù)并未在臨床開展誤區(qū)警示：

①基因治療目前只是處于初期的臨床試驗階段，在臨床上未開展、未實現(xiàn)這方面的治療。②DNA分子制作探針進行檢測時應檢測單鏈，即將雙鏈DNA分子打開。③原核生物基因(如抗蟲基因)可作為真核生物

(棉花)的目的基因。

目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，以下說法正確的是()A.蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質(zhì)粒結(jié)合后直接進入棉花的葉肉細胞表達B.抗蟲基因?qū)朊藁ㄈ~肉細胞后，可通過傳粉、受精的方法，使抗蟲性狀遺傳下去C.標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因D.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉經(jīng)過種植，棉鈴蟲不會產(chǎn)生抗性，這樣可以有效消滅棉鈴蟲跟蹤訓練5C考點4關(guān)注生物新技術(shù)——蛋白質(zhì)工程:1．蛋白質(zhì)工程的概念:蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。特別提醒對蛋白質(zhì)工程的概念的理解：⑴蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)：⑵蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)物：改造控制該蛋白質(zhì)合成的基因；產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。2．蛋白質(zhì)工程的過程和實例：⑴蛋白質(zhì)工程的基本途徑（過程）：是從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。其流程圖如下：⑵蛋白質(zhì)工程的實例：①通過蛋白質(zhì)工程改造的干擾素可在－70℃條件下保存半年。②經(jīng)過蛋白質(zhì)工程改造天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶這兩種酶后，使玉米體內(nèi)賴氨酸的含量大大提高。3．與基因工程的關(guān)系：⑴區(qū)別：基因工程是借助于另外一種生物生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)；而蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界沒有的新的蛋白質(zhì)。⑵聯(lián)系：蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)。拓展延伸:蛋白質(zhì)組計劃和人類基因組計劃的比較蛋白質(zhì)組計劃基因組計劃啟動時間2003年正式啟動1990年正式啟動主要內(nèi)容“肝臟蛋白質(zhì)”和“血漿蛋白質(zhì)”的研究測定人類基因組24條染色體上全部DNA序列參加國家16個國家，80多個實驗室6個國家，中國是唯一的發(fā)展中國家我國承擔任務(wù)牽頭執(zhí)行“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”承擔1%的測序工作意義揭示并確認肝臟(血漿)蛋白質(zhì)為重大疾病預防、診斷、治療以及新藥研發(fā)提供科學基礎(chǔ)；推動支持蛋白質(zhì)工程遺傳病的診斷和治療；揭示基因表達的機理跟蹤訓練6

胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長的時間才能進入血液，而進入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：⑴構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是＿＿＿＿＿。

⑵通過DNA合成形成的新基因應與＿＿結(jié)合后轉(zhuǎn)移到＿＿＿＿＿＿＿＿＿中才能得到準確表達。

⑶若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有＿＿＿＿__、＿＿＿＿和發(fā)酵工程。

⑷圖中從胰島素模型到新的胰島素基因合成的基本思路是什么？＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿____。蛋白質(zhì)的預期功能載體大腸桿菌等受體細胞蛋白質(zhì)工程基因工程根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀合成出新的胰島素基因1．(2010·全國卷Ⅱ)下列敘述符合基因工程概念的是(

)A．B淋巴細胞與腫瘤細胞融合，雜交瘤細胞中含有B淋巴細胞中的抗體基因B．將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)生人干擾素的菌株C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，通過篩選獲得青霉素高產(chǎn)菌株D．自然界中天然存在的噬菌體自行感染細菌后其DNA整合到細菌DNA上2.【12浙江6】天然的玫瑰沒有藍色花，這是由于缺少控制藍色色素合成的基因B，而開藍色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B，現(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍玫瑰，下列操作正確的是()A．提取矮牽牛藍色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再擴增基因BB．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因BC．利用DNA