1、选修选修 3 3专题专题1 1基因工程基因工程一、基因工程的概念理解一、基因工程的概念理解1.1.供体供体:提供提供_;2._;2.操作环境操作环境:_;:_;3.3.操作水平操作水平:_;4.:_;4.原理原理:_;:_;5.5.受体受体:表达目的基因表达目的基因;6.;6.本质本质:性状在性状在_体内表达体内表达;7.7.优点优点(1)(1)与杂交育种相比与杂交育种相比:克服了克服了_的障碍。的障碍。(2)(2)与诱变育种相比与诱变育种相比:_:_改造生物遗传性状。改造生物遗传性状。目的基因目的基因体外体外分子水平分子水平基因重组基因重组受体受体远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和定向定向二、二、
2、DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称简称:_):_)(1)(1)来源来源:主要是从主要是从_生物中分离纯化出来的。生物中分离纯化出来的。(2)(2)作用作用:识别特定的识别特定的_并切开相应两个核苷酸之间并切开相应两个核苷酸之间的的_。(3)(3)结果结果:产生产生_或平末端。或平末端。2.DNA2.DNA连接酶连接酶(1)(1)种类种类:按来源可分为按来源可分为E EcoliDNAcoliDNA连接酶和连接酶和T T4 4DNADNA连接酶。连接酶。(2)(2)作用作用:在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键以连接在两个核苷酸之间形成磷酸二酯
3、键以连接_。限制酶限制酶原核原核核苷酸序列核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端两段两段DNADNA片片段段3.3.载体载体(1)(1)种类种类:_:_、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。噬菌体的衍生物、动植物病毒等。能自我复制能自我复制(2)(2)质粒特点质粒特点 有一个至多个有一个至多个_ 有特殊的有特殊的_质粒质粒限制酶切割位点限制酶切割位点标记基因标记基因三、基因工程的基本操作程序三、基因工程的基本操作程序1.1.目的基因的获取目的基因的获取(1)(1)目的基因目的基因:主要是指编码蛋白质的主要是指编码蛋白质的_。(2)(2)获取方法获取方法:从从_中获取目的基因中获取目的基因 利
4、用利用_扩增目的基因扩增目的基因 通过通过DNADNA合成仪用化学方法直接人工合成合成仪用化学方法直接人工合成基因基因基因文库基因文库PCRPCR技术技术2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的核心基因工程的核心(1)(1)基因表达载体的组成基因表达载体的组成:_:_、启动子、终止子、启动子、终止子、_。启动子启动子:a.a.位置位置:位于位于_。b.b.作用作用:是是RNARNA聚合酶识别和结合的部位聚合酶识别和结合的部位,驱动基因驱动基因_,_,最终获得所需要的蛋白质。最终获得所需要的蛋白质。终止子终止子:a.a.位置位置:位于基因的尾端。位于基因的尾端。b.b.作用作用:使
5、使_在所需要的地方停止下来。在所需要的地方停止下来。目的基因目的基因标记标记基因基因基因的首端基因的首端转录出转录出mRNAmRNA转录转录(2)(2)构建目的构建目的:使目的基因在使目的基因在_中稳定存在中稳定存在,并且可以遗传给下一代并且可以遗传给下一代;使使_能够表达和发挥作用。能够表达和发挥作用。受体细胞受体细胞目的基因目的基因3.3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞(1)(1)转化转化:目的基因进入受体细胞内目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持并且在受体细胞内维持_的过程。的过程。(2)(2)常用方法常用方法(连线连线):):稳稳定和表达定和表达4.4.目的基因的
6、检测与鉴定目的基因的检测与鉴定方法方法检测或鉴定目的检测或鉴定目的水平水平DNADNA分子杂交技术分子杂交技术检测目的基因的有无检测目的基因的有无_水平水平分子杂交技术分子杂交技术_目的基因是否翻译目的基因是否翻译生物性状的表达与否生物性状的表达与否_个体水平个体水平目的基因是否转录目的基因是否转录抗原抗原-抗体杂交技术抗体杂交技术目的基因是否表达目的基因是否表达分子分子四、基因工程的应用四、基因工程的应用1.1.转基因植物转基因植物植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草如抗除草剂、抗虫、抗病、剂、抗虫、抗病、_和抗盐碱等和抗盐碱等)
7、,),以及改良以及改良_和利用植物和利用植物_等方面。等方面。2.2.转基因动物转基因动物动物基因工程在动物品种改良、建立动物基因工程在动物品种改良、建立_、器官移植、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。等方面显示了广阔的应用前景。抗干旱抗干旱农作物的品农作物的品质质生产药物生产药物生物反应器生物反应器3.3.基因工程药物基因工程药物(1)(1)来源来源:转基因的转基因的_。(2)(2)成果成果:细胞因子、抗体、疫苗、激素等。细胞因子、抗体、疫苗、激素等。(3)(3)作用作用:用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、_、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。各种传染
8、病、糖尿病、类风湿等疾病。4.4.基因治疗基因治疗(1)(1)方法方法:把把_导入病人体内导入病人体内,使该基因的表达产物发挥使该基因的表达产物发挥功能。功能。(2)(2)效果效果:治疗治疗_的最有效的手段。的最有效的手段。(3)(3)分类分类:_:_和体外基因治疗。和体外基因治疗。工程菌工程菌遗传病遗传病正常基因正常基因遗传病遗传病体内基因治疗体内基因治疗五、蛋白质工程五、蛋白质工程1.1.概念理解概念理解(1)(1)基础基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)(2)操作操作:_:_或基因合成。或基因合成。(3)(3)结果结果:改造了现
9、有蛋白质或制造出改造了现有蛋白质或制造出_。(4)(4)目的目的:满足人类的生产和生活的需求。满足人类的生产和生活的需求。2.2.操作过程操作过程从预期的从预期的_出发出发设计预期的设计预期的_推测应推测应有的有的_找到相对应的找到相对应的_(_(基因基因)基基因表达因表达产生需要的蛋白质。产生需要的蛋白质。基因修饰基因修饰新的蛋白质新的蛋白质蛋白质功能蛋白质功能蛋白质结构蛋白质结构氨基酸序列氨基酸序列脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列1.1.限制酶只能用于切割目的基因。限制酶只能用于切割目的基因。()()【分析分析】限制酶既能用于切割目的基因限制酶既能用于切割目的基因,也能用于切割载体。也能用于切
10、割载体。2.DNA2.DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。()()【分析分析】DNADNA连接酶连接的是两个双链连接酶连接的是两个双链DNADNA片段之间的磷酸二酯片段之间的磷酸二酯键。键。3.E3.EcoliDNAcoliDNA连接酶既可以连接平末端连接酶既可以连接平末端,又可以连接黏性末又可以连接黏性末端。端。()()【分析分析】E EcoliDNAcoliDNA连接酶只能将双链连接酶只能将双链DNADNA片段的黏性末端连片段的黏性末端连接起来接起来,不能将双链不能将双链DNADNA片段的平末端进行连接。片段的平末端进行连接。4.4.质粒是
11、小型环状质粒是小型环状DNADNA分子分子,是基因工程常用的载体。是基因工程常用的载体。()()【分析分析】质粒是具有复制能力的很小的双链环状质粒是具有复制能力的很小的双链环状DNADNA分子分子,是基是基因工程常用的载体。因工程常用的载体。5.5.载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在使之稳定存在并表达。并表达。()()【分析分析】基因工程中利用载体将目的基因导入受体细胞中并使基因工程中利用载体将目的基因导入受体细胞中并使之稳定存在并表达。之稳定存在并表达。6.6.蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白蛋白质工程可按照人的意愿生
12、产出自然界中不存在的蛋白质。质。()()【分析分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生理蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生理功能的关系作为基础功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质对现有蛋白质进行改造进行改造,或制造一种新的蛋白质或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的以满足人类的生产和生活的需要。需要。7.7.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。程。()()【分析分析】蛋白质工程包含多学科的综合科技工程领域蛋白质工程包含多学科的综合科技工程领域,但它是但它
13、是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。考点一考点一 基因工程的工具基因工程的工具 1.1.限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的关系连接酶的关系(1)(1)限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)(2)限制酶不切割自身限制酶不切割自身DNADNA的原因是原核生物中不存在该酶的识的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。别序列或识别序列已经被修饰。(3)(3)限制酶是一类酶限制酶是一类酶,而不是一种酶。而不是一种酶。(4)DNA(4)DNA连接酶起作用时连接酶起作用时,不
14、需要模板。不需要模板。2.2.作为载体的条件作为载体的条件条件条件适应性适应性稳定并能复制稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可目的基因稳定存在且数量可扩大扩大有一个至多个限制酶切割有一个至多个限制酶切割位点位点可携带多个或多种外源基因可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因具有特殊的标记基因便于重组便于重组DNADNA的鉴定和选择的鉴定和选择【拓展延伸拓展延伸】与与DNADNA有关的五种酶的比较有关的五种酶的比较 作用底物作用底物作用部位作用部位形成产物形成产物限制酶限制酶DNADNA分子分子磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端或平黏性末端或平末端末端DNADNA连接酶连接酶DNADNA片段片段磷酸
15、二酯键磷酸二酯键重组重组DNADNA分子分子DNADNA聚合酶聚合酶脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸二酯键磷酸二酯键子代子代DNADNA解旋酶解旋酶DNADNA分子分子碱基对间碱基对间的氢键的氢键形成脱氧核苷形成脱氧核苷酸单链酸单链DNADNA(水解水解)酶酶DNADNA分子分子磷酸二酯键磷酸二酯键游离的脱氧核游离的脱氧核苷酸苷酸【典例典例1 1】(2012(2012江苏高考江苏高考)图图1 1表示含有目的基因表示含有目的基因D D的的DNADNA片段长度片段长度(bp(bp即碱基对即碱基对)和部分碱基序列和部分碱基序列,图图2 2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现
16、有现有MspMsp、BamHBamH、MboMbo、Sma4Sma4种限制性核酸内切酶种限制性核酸内切酶,它们识别的它们识别的碱基序列和酶切位点分别为碱基序列和酶切位点分别为C CCGGCGG、G GGATCCGATCC、GATCGATC、CCCCCCGGGGGG。请回。请回答下列问题答下列问题:(1)(1)图图1 1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由连接。连接。(2)(2)若用限制酶若用限制酶SmaSma完全切割图完全切割图1 1中中DNADNA片段片段,产生的末端是产生的末端是_末端末端,其产物长度其产物长度为为。(3)(3)若图若图1 1
17、中虚线方框内的碱基对被中虚线方框内的碱基对被T-AT-A碱基对替换碱基对替换,那么基因那么基因D D就突变为基因就突变为基因d d。从。从杂合子中分离出图杂合子中分离出图1 1及其对应的及其对应的DNADNA片段片段,用限制酶用限制酶SmaSma完全切割完全切割,产物中共有产物中共有 种不同长度的种不同长度的DNADNA片段。片段。(1)(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)(2)平平537 bp537 bp、790 bp790 bp、661 bp661 bp(3)4(3)4(4)(4)若将图若将图2 2中质粒和目的基因中质粒和目的基因D D通过同种限制酶处理后进行连接通
18、过同种限制酶处理后进行连接,形成重形成重组质粒组质粒,那么应选用的限制酶是那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后。在导入重组质粒后,为了筛选为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加一般需要用添加_的培养基进的培养基进行培养。经检测行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D D不能正不能正确表达确表达,其最可能的原因是其最可能的原因是。(4)BamH(4)BamH抗生素抗生素B B同种限制酶切割形成的末端相同同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因部分目的基因D D与质粒反向连接与质粒反向连接【变式训练变式训练
19、】据图表回答问题据图表回答问题:几种限制酶识别序列及切割位点表几种限制酶识别序列及切割位点表限制酶限制酶SmaSmaEcoREcoRPstPst切割位点切割位点CCCGGGCCCGGGGGGCCCGGGCCCGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTGCAGCTGCAGGACGTCGACGTC(1)(1)假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开,采用采用EcoREcoR和和PstPst酶切含有目的基因的酶切含有目的基因的DNADNA片段片段,能得到能得到种种DNADNA片段。如果将质粒和含目片段。如果将质粒和含目的基因的的基因的DNADNA
20、片段只用片段只用EcoREcoR酶切酶切,酶切产物再加入酶切产物再加入DNADNA连接酶连接酶,其中由两其中由两个个DNADNA片段之间连接形成的产物有片段之间连接形成的产物有、。(2)(2)为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接,酶切时应酶切时应该选用的酶是该选用的酶是、。答案答案:(1)4质粒质粒质粒连接物目的基因质粒连接物目的基因目的基因连接物质目的基因连接物质粒粒目的基因连接物目的基因连接物(2)EcoRSma考点二考点二 基因工程的基本操作程序和应用基因工程的基本操作程序和应用 1.1.基因工程的基本操作程序基因工程的基本
21、操作程序(1)(1)目的基因的获取目的基因的获取:直接分离直接分离人工化学合成人工化学合成:适用于分子较小的基因。适用于分子较小的基因。从基因文库中获取从基因文库中获取利用利用PCRPCR技术扩增技术扩增(2)(2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建:启动子、终止子启动子、终止子基因表达载体的组成基因表达载体的组成 标记基因标记基因 目的基因目的基因基因表达载体的构建步骤基因表达载体的构建步骤:(3)(3)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞:生物种类生物种类植物植物动物动物微生物微生物常用方法常用方法农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术感受态细胞法感受态细胞法受体细胞受
22、体细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化过程转化过程将目的基因插将目的基因插入到入到TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上转入转入农杆菌农杆菌导入导入植物细胞植物细胞整整合到受体细胞合到受体细胞的染色体的染色体DNADNA上上表达表达将含有目的基将含有目的基因的表达载体因的表达载体提纯提纯取卵取卵(受精卵受精卵)显显微注射微注射受精受精卵发育卵发育获得获得具有新性状的具有新性状的动物动物CaCa2+2+处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞重组表达载体重组表达载体DNADNA分子与感受分子与感受态细胞混合态细胞混合感受态细胞吸感受态细胞吸收收DNADNA分子分子(4)(4)目的基
23、因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定:2.2.基因工程的应用基因工程的应用(1)(1)乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较:比较项目比较项目乳腺生物反应器乳腺生物反应器工程菌工程菌基因结构基因结构动物基因的结构与人动物基因的结构与人类基因的结构基本相类基因的结构基本相同同细菌或酵母菌等生物基因细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构的结构与人类基因的结构有较大差异有较大差异基因表达基因表达合成的药物蛋白与天合成的药物蛋白与天然蛋白质相同然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器高尔基体等细胞器,产生的产生的药物蛋白可能没有活性
24、药物蛋白可能没有活性受体细胞受体细胞动物的受精卵动物的受精卵微生物细胞微生物细胞比较项目比较项目乳腺生物反应器乳腺生物反应器工程菌工程菌导入目导入目的基因的基因的方式的方式显微注射法显微注射法感受态细胞法感受态细胞法生产条件生产条件不需严格灭菌不需严格灭菌,温度温度等外界条件对其影响等外界条件对其影响不大不大需严格灭菌需严格灭菌,严格控制工程严格控制工程菌所需的温度、菌所需的温度、pHpH、营养、营养物质浓度等外界条件物质浓度等外界条件药物提取药物提取从动物乳汁中提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取从微生物细胞中提取(2)(2)基因治疗与基因诊断基因治疗与基因诊断:原理原理操作过程操作过程进
25、展进展基因基因治疗治疗基因基因表达表达利用正常基因导入有基因缺陷利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中,以表达出正常性状来以表达出正常性状来治疗治疗临床临床实验实验基因基因诊断诊断碱基互碱基互补配对补配对制作特定制作特定DNADNA探针与病人样品探针与病人样品DNADNA混合分析杂交带情况混合分析杂交带情况临床临床应用应用【高考警示高考警示】(1)(1)限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同:获取一个目的基因获取一个目的基因需限制酶剪切需限制酶剪切2 2次次,共产生共产生4 4个黏性末端或平末端个黏性末端或平末端,切割质粒则只切割质粒则只需要限制酶剪切需要限制
26、酶剪切1 1次次,因为质粒是环状因为质粒是环状DNADNA分子分子,而目的基因在而目的基因在DNADNA分子链上。分子链上。(2)(2)目的基因的插入位点不是随意的目的基因的插入位点不是随意的:基因表达需要启动子与终基因表达需要启动子与终止子的调控止子的调控,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。位。(3)(3)基因工程操作过程中只有第三步基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象没有碱基互补配对现象:第一步存在逆转录法获得第一步存在逆转录法获得DNA,DNA,第二步第二步存在黏性末端连接现
27、象存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。第四步存在检测分子水平杂交。(4)(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器并非所有个体都可作为乳腺生物反应器:操作成功的应该是操作成功的应该是雌性个体雌性个体,个体本身的繁殖速度较高个体本身的繁殖速度较高,泌乳量、蛋白含量等都是泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。应该考虑的因素。【典例典例2 2】(2013(2013靖江模拟靖江模拟)许多大肠杆菌的质粒上含有许多大肠杆菌的质粒上含有lacZlacZ基因基因,其编码其编码的产物的产物-半乳糖苷酶在半乳糖苷酶在X-galX-gal和和IPTGIPTG存在下存在下,可以产生蓝色沉淀可以产生蓝色沉淀
28、,使菌落使菌落呈现蓝色呈现蓝色,否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞,过程如图所示。请据图回过程如图所示。请据图回答答:(1)(1)基因工程中基因工程中,构建基因表达载体的目的是构建基因表达载体的目的是。(2)(2)限制酶限制酶EcoREcoR的识别序列和切割位点是的识别序列和切割位点是-G-GAATTC-,SmaAATTC-,Sma的识别序列和切割的识别序列和切割位点是位点是-CCC-CCCGGG-GGG-。图中目的基因被切割下来和质粒连接之前。图中
29、目的基因被切割下来和质粒连接之前,需在目的基因的需在目的基因的右侧连接相应的末端右侧连接相应的末端,连接的末端序列是连接的末端序列是,连接过程中需要的基本工具是连接过程中需要的基本工具是。(3)(3)转化过程中转化过程中,大肠杆菌应先用大肠杆菌应先用 处理处理,使其处于能吸收周围使其处于能吸收周围DNADNA的状态。的状态。(4)(4)菌落颜色为白色的是菌落颜色为白色的是,原因是原因是。(5)(5)菌落中的目的基因是否表达菌落中的目的基因是否表达,可采用的检测办法是可采用的检测办法是。(1)(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在使目的基因在受体细胞中稳定存在,能遗传给后代能遗传给后代,并表达和发
30、挥作用并表达和发挥作用(2)-TTAA(2)-TTAADNADNA连接酶连接酶 (3)Ca(3)Ca2+2+(4)(4)菌落菌落lacZlacZ标记基因区插入外源基因后标记基因区插入外源基因后被破坏被破坏,不能表达出不能表达出-半乳糖苷酶半乳糖苷酶,故菌落为白色故菌落为白色 (5)(5)抗原抗原-抗体杂交抗体杂交【变式训练变式训练】乳腺生物反应器是基于转基因技术平台乳腺生物反应器是基于转基因技术平台,将外源将外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺,利用动物乳腺利用动物乳腺能够天然、高效合成分泌蛋白。如图为利用生物工程技术让羊能够天然、高效合成分泌蛋
31、白。如图为利用生物工程技术让羊生产治疗心脏病药物生产治疗心脏病药物tPAtPA的大致过程。请据图分析回答的大致过程。请据图分析回答:(1)(1)图中表示基因表达载体的构建图中表示基因表达载体的构建,该载体的组成通常有外源基因、该载体的组成通常有外源基因、等。等。(2)(2)图中过程选择受精卵作为图中过程选择受精卵作为tPAtPA基因受体细胞的主要原因是基因受体细胞的主要原因是。(3)(3)图中表示检测与筛选过程图中表示检测与筛选过程,通常采用的方法是通常采用的方法是、。(4)(4)除利用乳腺、膀胱等生物反应器外除利用乳腺、膀胱等生物反应器外,人们还可以利用人们还可以利用、等方法来生产上述物质等
32、方法来生产上述物质,而传统生产上述药品是而传统生产上述药品是_中提取的中提取的,存在的存在的缺点是缺点是。答案答案:(1)(1)启动子标记基因终止子启动子标记基因终止子(2)(2)受精卵发育的全能性最容易表达受精卵发育的全能性最容易表达(3)(3)分子杂交个体生物学水平鉴定分子杂交个体生物学水平鉴定DNADNA分子杂交抗原分子杂交抗原抗体杂交抗体杂交(答对任意两种即可答对任意两种即可)(4)(4)工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织、细胞或血液由工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织、细胞或血液由于受操作条件相对较苛刻等的限制于受操作条件相对较苛刻等的限制,价格十分昂贵价格十分昂贵考点三考点三
33、蛋白质工程与基因工程蛋白质工程与基因工程 1.1.区别区别项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程过程过程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期设计预期的蛋白质结构的蛋白质结构推测应有的推测应有的氨基酸序列氨基酸序列找到相对应的找到相对应的脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列获取目的基因获取目的基因构建基因表构建基因表达载体达载体将目的基因导入受将目的基因导入受体细胞体细胞目的基因的检测与目的基因的检测与鉴定鉴定实质实质定向改造或生产人类所需的定向改造或生产人类所需的蛋白质蛋白质定向改造生物的遗传特性定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型以获得人类所需的生物类型或生物产品或生物产品结果结果
34、可生产自然界没有的蛋白质可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白只能生产自然界已有的蛋白质质2.2.联系联系(1)(1)蛋白质工程是在基因工程的基础上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。延伸出来的第二代基因工程。(2)(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。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。【拓展延伸拓展延伸】蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较项目项目蛋白质组计划蛋白质组计划人类基因组计划人类基因组计划启动启动时间时间20032003年正式启动年正式启动19901990年正式启动年正
35、式启动主要主要内容内容“肝脏蛋白质肝脏蛋白质”和和“血浆蛋白质血浆蛋白质”的研的研究究测定人类基因组测定人类基因组2424条染条染色体上全部色体上全部DNADNA序列序列参加参加国家国家1616个国家个国家,80,80多个实验多个实验室室6 6个国家个国家,中国是惟一的中国是惟一的发展中国家发展中国家项目项目蛋白质组计划蛋白质组计划人类基因组计划人类基因组计划我国承我国承担任务担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏人类肝脏蛋白质组计划蛋白质组计划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭示并确认肝脏揭示并确认肝脏(血浆血浆)蛋白质蛋白质,为重大疾病预为重大疾病预防、诊断、治疗以及防、诊断、治疗
36、以及新药研发提供科学基新药研发提供科学基础础;推动支持蛋白质工推动支持蛋白质工程程遗传病的诊断和治疗遗传病的诊断和治疗,揭揭示基因表达的机理示基因表达的机理【典例典例3 3】现代生物技术并不是各自独立的现代生物技术并不是各自独立的,而是相互联系、相而是相互联系、相互渗透的。如图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的互渗透的。如图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图流程示意图,请分析回答请分析回答:(1)(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有该生产流程中应用到的现代生物技术有、。(写出其写出其中两种中两种)(2)(2)图中图中A A、B B分别表示分别表示、。(3)(3)为提高
37、培育成功率为提高培育成功率,进行过程之前进行过程之前,对早期胚胎的处理是取其部对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行分细胞用目的基因探针进行检测检测,对受体动物的处理是用对受体动物的处理是用进行同期发情处理。进行同期发情处理。(4)(4)蛋白质工程中蛋白质工程中,要对蛋白质结构进行设计改造要对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因修饰必须通过基因修饰或基因合成来完成或基因合成来完成,而不直接改造蛋白质而不直接改造蛋白质,原因是原因是。答案答案:(1)(1)蛋白质工程基因工程胚胎移植技术蛋白质工程基因工程胚胎移植技术(任写两种任写两种)(2)(2)推测应有的氨基酸序列基因表达载体推测应有
38、的氨基酸序列基因表达载体(3)DNA(3)DNA(核酸核酸)分子杂交促性腺激素分子杂交促性腺激素(4)(4)改造后的基因能够遗传改造后的基因能够遗传(且改造基因易于操作且改造基因易于操作)【变式训练变式训练】胰岛素可以用于治疗糖尿病胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射但是胰岛素被注射到人体后到人体后,会堆积在皮下会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液要经过较长的时间才能进入血液,而而进入血液的胰岛素又容易分解进入血液的胰岛素又容易分解,因此因此,治疗效果受到影响。如图治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关请据
39、图回答有关问题问题:(1)(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰图中构建新的胰岛素模型的主要依据是岛素模型的主要依据是。(2)(2)通过通过DNADNA合成形成的新基因应与合成形成的新基因应与结合后转移到结合后转移到_中才能得到准确表达。中才能得到准确表达。(3)(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有需用到的生物工程有、和发酵工程。和发酵工程。(4)(4)图中从新胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是图中从新胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么什么?。答案答案:(1)(1)预期
40、胰岛素的功能预期胰岛素的功能(2)(2)载体受体细胞载体受体细胞(3)(3)蛋白质工程基因工程蛋白质工程基因工程(4)(4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱推测出其基因中的脱氧核苷酸序列氧核苷酸序列,然后利用然后利用DNADNA合成仪来合成出新的胰岛素基因合成仪来合成出新的胰岛素基因1.(20121.(2012新课标全国卷新课标全国卷)根据基因工程的有关知识根据基因工程的有关知识,回答下列问回答下列问题题:(1)(1)限制性核酸内切酶切割限制性核酸内切酶切割DNADNA分子后产生的片段分子后产生的片段,其末端类型其末端类型有有和和。(2)(2
41、)质粒载体用质粒载体用EcoRR切割后产生的片段如下切割后产生的片段如下:AATTC AATTCG G G GCTTAACTTAA为使载体与目的基因相连为使载体与目的基因相连,含有目的基因的含有目的基因的DNADNA除可用除可用EcoRR切切割外割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特该酶必须具有的特点是点是 。(3)(3)按其来源不同按其来源不同,基因工程中所使用的基因工程中所使用的DNADNA连接酶有两类连接酶有两类,即即DNADNA连接酶和连接酶和DNADNA连接酶。连接酶。(4)(4)反转录作用的模板是反转录作用的模板是,产物是产物是。若
42、要在体。若要在体外获得大量反转录产物外获得大量反转录产物,常采用常采用技术。技术。(5)(5)基因工程中除质粒外基因工程中除质粒外,和和也可作为载体。也可作为载体。(6)(6)若用重组质粒转化大肠杆菌若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下一般情况下,不能直接用未处不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是原因是。答案答案:(1)(1)黏性末端平末端黏性末端平末端(2)(2)切割产生的切割产生的DNADNA片段末端与片段末端与EcoREcoR切割产生的相同切割产生的相同(3)E(3)EcolicoliT T4 4(4)mRNA(4)mRNA(或或RNA)RNA)cDNA
43、(cDNA(或或DNA)DNA)PCRPCR(5)(5)噬菌体的衍生物动植物病毒噬菌体的衍生物动植物病毒(6)(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源外源DNA)DNA)的能力极弱的能力极弱2.(20122.(2012福建高考福建高考)肺细胞中的肺细胞中的let-7let-7基因表达减弱基因表达减弱,癌基因癌基因RASRAS表达增强表达增强,会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let-let-7 7基因导入肺癌细胞实现表达基因导入肺癌细胞实现表达,发现肺癌细胞的增殖受到抑制。发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图该基因
44、工程技术基本流程如图1 1所示。所示。请回答请回答:(1)(1)进行过程时进行过程时,需用需用酶切开载体以插入酶切开载体以插入let-7let-7基因。基因。载体应有载体应有RNARNA聚合酶识别和结合的部位聚合酶识别和结合的部位,以驱动以驱动let-7let-7基因转录基因转录,该部位称为该部位称为。(2)(2)进行过程时进行过程时,需用需用酶处理贴附在培养皿壁上的细酶处理贴附在培养皿壁上的细胞胞,以利于传代培养。以利于传代培养。(3)(3)研究发现研究发现,let-7,let-7基因能影响癌基因基因能影响癌基因RASRAS的表达的表达,其影响机理其影响机理如图如图2 2所示。据图分析所示。
45、据图分析,可从细胞中提取可从细胞中提取进行分子杂交进行分子杂交,以直接检测以直接检测let-7let-7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制,可能可能是由于细胞中是由于细胞中 _(RAS mRNA/RAS_(RAS mRNA/RAS蛋白蛋白)含量减少引起的。含量减少引起的。答案答案:(1)(1)限制性核酸内切限制性核酸内切(或限制或限制)启动子启动子(2)(2)胰蛋白胰蛋白(3)RNA(3)RNARASRAS蛋白蛋白（2013新课标卷新课标卷）40【生物生物选修选修3 现代生物科技专题现代生物科技专题】阅读如下材料：阅读如下材料：材料甲：科学家将牛生长激素基因导
46、入小鼠受精卵内，得到了体型巨大材料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵内，得到了体型巨大的的“超级小鼠超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。材料乙：材料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的溶菌酶的基因进行改造，使其表达的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第在该半胱氨酸与第97为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶溶菌酶的耐热性。菌酶的耐热性
47、。材料丙：兔甲和兔乙是材料丙：兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵，科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物发育成的胚胎移植到兔乙的体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。种的胚胎可在不同个体的体内发育。回答下列问题：回答下列问题：（1）材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中）材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶有法。构建基因表达载体常用的工具酶有 和和 。在培。在培育转基因植物是，常用农杆菌转化发，农
48、杆菌的作用是育转基因植物是，常用农杆菌转化发，农杆菌的作用是 。（2）材料乙属于）材料乙属于 工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对为基础，通过基因修饰或基因合成，对 进行改造，进行改造，或制造一种或制造一种 的技术。在该实例中，引起的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽组成该酶肽链的链的 序列发生了改变。序列发生了改变。（4）材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎）材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到移植到 种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中，兔甲称为发育成新个体的技术。在资料丙的实例中，兔甲称为 体，兔乙体，兔乙称为称为 体。体。【答案答案】（1）显微注射法）显微注射法 限制性内切酶限制性内切酶 DNA连接连接酶酶 农杆菌可感染植物，将目的基因转移到农杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中受体细胞中 （2）蛋白质）蛋白质 现有蛋白质现有蛋白质 新蛋白质新蛋白质 氨基酸氨基酸（3）同）同 供体供体 受体受体
