选修三 现代生物科技专题专题一 基因工程

为自己争气，为母校争光

一、与 DNA分子相关的几种酶及基因工程的其他工具1.与 DNA分子相关的酶(1)几种酶的比较

形成单链DNA分子形成新的

DNA分子形成重组DNA分子形成黏性末端或平末端作用结果

碱基对间的氢键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键作用部位DNA分子脱氧核苷酸DNA分子片段DNA分子作用底物解旋酶DNA聚合酶DNA连接酶限制酶

项目种类

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(2)限制酶与 DNA连接酶的关系

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例 1　 (2010·浙江卷， 2)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

A

例 2 ：基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶 I 的识别序列和切点是— G↓GATCC 一，限制酶 II 的识别序列和切点是一↓GATC 一。根据图示 , 判断下列操作正确的是：

A. 质粒用限制酶 I 切割，目的基因用限制酶 II 切割B. 质粒用限制酶 II 切割，目的基因用限制酶 I 切割C. 目的基因和质粒均用限制酶 I 切割D. 目的基因和质粒均用限制酶 II 切割

A

2. 载体(1) 种类① 质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核 DNA

之外，能够自我复制的很小的双链环状 DNA 分子。②λ 噬菌体的衍生物。③ 动植物病毒。(2) 作用①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内复制，对目的基因进行大量复制。

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(3) 具备的条件① 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。② 有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。③ 具有特殊的标记基因，以便进行筛选。

例 3.(2011. 江苏高考 ) 用限制酶 EcoRV 、 Mbol 单独或联合切割同一种质粒，得到的 DNA 片段长度如下图 (1 kb 即 1000个碱基对 ) ，请在答题卡的指定位置画出质粒上 EcoRV 、 Mbol 的切割位点。

例 4. （ 2010·安徽池州调研）如图是将人的生长激素基因导入细菌 B细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌 B细胞内不含质粒 A，也不含质粒 A上的基因。判断下列说法正确的是( )

A.将重组质粒导入细菌 B常用的方法是显微注射法B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒 A的细菌D.目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长

C

例 5.（ 2011·山东济南一模）下列关于基因工程的叙述，错误的是 ( )A. 目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B.限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶是两类常用的工具酶C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞和促进目的基因的表达

D

二、基因工程基本操作程序1.目的基因的获取途径(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因库

中获取。(2)人工合成目的基因常用的方法有：①已知核苷酸序列的较小基因，直接利用 DNA合成仪用

化学方法合成，不需要模板。②以 RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。

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2. 基因表达载体的构建（基因工程的核心）为自己争气，为母校争光

P180 例 2

3. 将目的基因导入受体细胞

Ca2+处理细胞感受态细胞 重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收 DNA分子

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

将目的基因插入到Ti质粒的 T-DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的 DNA 表达转化过程

原核细胞受精卵体细胞受体细胞Ca2+处理法显微注射技术农杆菌转化法常用方法微生物细胞动物细胞植物细胞生物种类

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4.目的基因的检测与鉴定（ 1）分子水平检测①导入检测： DNA分子杂交技术，即使用放射性同位素

标记的含目的基因的 DNA片段作探针检测。

②表达检测转录检测：分子杂交法，即目的基因作探 针与 mRNA杂交翻译检测：抗原—抗体杂交法

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例 6 （ 2011. 天津模拟）用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是（ ）A. 通过害虫吃棉叶看其是否死亡B. 转基因生物基因组 DNA 与 DNA 探针能否形成杂交带C. 转基因生物中提取的 mRNA 与 DNA 探针是否能形成杂交带D. 转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带

A

综合练习1 、（ 2011. 海南高考）（ 15 分）回答有关基因工程的问题：（ 1 ） 构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割 DNA 后，可能产生粘性末端，也可能产生 _____ 末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生 _____ （相同，不同）粘性末端的限制酶。（ 2 ） 利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是 _____ 。

平 相同

RNA聚合酶识别和结合的部位

在用表达载体转化大肠杆菌时，常用 _____处理大肠杆菌，以利于表达载体进入：为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA ，可用标记的胰岛素基因片段作探针与 mRNA 杂交，该杂交技术称为 ________________ 。为了检测胰岛素基因转录的 mRNA 是否翻译成 ________ ，常用抗原 - 抗体杂交技术。（ 3 ） 如果要将某目的基因通过农杆菌传话法导入植物细胞，先要将目睹基因插入农杆菌 Ti 质粒的 __________ 中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过 DNA 重组将目的基因插入植物细胞的 _________ 上。

Ca2+

分子杂交技术 蛋白质

T—DNA 染色体 DNA

2 （ 2010·天津理综）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 Ⅰ、 Hind Ⅲ、 Sma Ⅰ直线所示为三种限制酶的酶切位点。

.

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 B.tetRC. 复制原点 D.ampR

A

氨苄青霉素

Hind Ⅲ 和BamH Ⅰ

（ 3）过程①可采用的操作方法是 _______（填字母代号）。A.农杆菌转化 B. 大肠杆菌转化C.显微注射 D. 细胞融合（ 4）过程②采用的生物技术是 ___________。（ 5）对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。

这利用了细胞的 ___________性。全能胚胎移植技术

C

（ 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 D.PCR

C

三、基因工程的应用（ 1）乳腺生物反应器与微生物生产的比较

工业生产，设备精良畜牧业生产，加提取设备生产设备从细胞中提取，较为复杂从乳汁中较易分离提取产物提取

由于缺少内质网、高尔基体等细胞器，产物可能不具有生物活性与天然蛋白质活性没有区别基因表达

与人类基因结构不同动物基因结构与人类基因结构相同基因结构微生物生产乳腺生物反应器 类型

项目

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乳腺生物反应器受生物性别的限制，若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。

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(2) 基因治疗

治疗遗传性囊性纤维化病操作简单，成功率低外源基因 载体携带

体内相应组织细胞治疗遗传性囊性纤维化病的基因

体内基因治疗

治疗复合型免疫缺陷症操作复杂，但成功率高①从病人体内获得某种细胞②细胞培养③体外完成基因转移④筛选并扩增培养⑤重新输入患者体内

腺苷酸脱氨酶基因体外基因治疗

成果举例特点过程外源基因类型及举例 项目类型

转移

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走进高考 3 （ 2006·全国Ⅰ理综）采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关的叙述，正确的是 ( )

A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的 3倍

B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组 DNA分子导入羊的受精卵

C.在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中

D.人凝血因子基因开始转录后， DNA连接酶以 DNA分子的一条链为模板合成 mRNA

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B

五、蛋白质工程与基因工程的比较

(1)蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出的第二代基因工程(2)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、改造联系

只能生产自然界已有的蛋白质可生产自然界没有的蛋白质结果

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定向改造或生产人类所需的蛋白质实质

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

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过程区别

基因工程蛋白质工程 项目区别与联系

走进高考 4 （ 2009·广东生物）饲料原料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中，猪、禽等动物由于缺乏有关酶，无法有效利用植酸，造成磷源浪费，而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染。植酸酶能催化植酸水解成肌醇和磷酸，因此成为目前重要的饮料添加剂之一。

（ 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。

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空间结构 氨基酸序列

（ 2）培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料磷的利用率。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：___________。

（ 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。

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农杆菌介导的转化法 外源植酸酶基因

大豆细胞 大豆植株再生 鉴定

显微注射法 胚胎分割移植