1、第十一单元现代生物科技专题第十一单元现代生物科技专题第第3737讲基因工程讲基因工程考情分析考情分析备考导航备考导航最新考纲最新考纲全国卷六年考题统计全国卷六年考题统计全国卷六年考题分值统计全国卷六年考题分值统计1.1.基因工程基因工程的诞生的诞生()()2.2.基因工程基因工程的原理及技的原理及技术术(含含PCRPCR技技术术)()()20162016全国全国卷卷T40;2016T40;2016全国全国卷卷T40;2015T40;2015全国全国卷卷T40;2014T40;2014全国全国卷卷T40;2013T40;2013全国全国卷卷T40;T40;20122012全国卷全国卷T40T40
2、3.3.基因工程基因工程的应用的应用()()4.4.蛋白质工蛋白质工程程()()20152015全国全国卷卷T40;2013T40;2013全国全国卷卷T40T40知识梳理知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础1.1.基因工程的概念基因工程的概念考点一基因工程的基本工具考点一基因工程的基本工具项目项目具体内容具体内容别名别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术供体供体提供提供 .原理原理 .操作环境操作环境生物体外生物体外操作水平操作水平 .受体受体表达目的基因表达目的基因结果结果获得获得 的新的生物类型和生物产品的新的生物类型和生物产品优点优点克服克服 的障碍的障碍
3、;生物性状生物性状目的基因目的基因基因重组基因重组分子水平分子水平符合人们需要符合人们需要远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和定向改造定向改造2.2.基因工程的基本工具基因工程的基本工具(1)(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称简称:)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。作用作用:识别特定的识别特定的 并切开特定部位的两个核苷酸之间并切开特定部位的两个核苷酸之间的的 。结果结果:产生产生 或平末端。或平末端。(2)DNA(2)DNA连接酶连接酶种类种类:按来源可分为按来源可分为E Ecoli DNAcoli DNA连接酶和连接酶和 。作用作用:将双链将双链D
4、NADNA片段片段“缝合缝合”起来起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的间的 。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T T4 4 DNA DNA连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键(3)(3)载体载体种类种类:、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。质粒的特点质粒的特点 能自我复制有一个至多个有特殊的对受体细胞无害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【深挖教材深挖教材】(1)(1)为什么不同生物的基因可以拼接起来为什么不同生物的基因可以拼接起来?提示提示:基因拼接的理论基础基因拼接的理论基
5、础DNADNA是生物的主要遗传物质是生物的主要遗传物质;DNADNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;双链双链DNADNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。(2)(2)为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达?提示提示:外源基因在受体内表达的理论基础外源基因在受体内表达的理论基础基因是控制生物性状的独立遗传单位基因是控制生物性状的独立遗传单位;遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向;生物界共用一套遗传密码。生物界共用一套
6、遗传密码。(3)(3)限制酶主要存在于原核生物中限制酶主要存在于原核生物中,它有什么意义它有什么意义?提示提示:限制酶在原核生物中主要是切割外源限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,DNA,使之失效使之失效,从而达到保护自从而达到保护自己的目的。己的目的。(4)(4)原核生物中限制酶为什么不切割自身的原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA?DNA?提示提示:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化1.1.限制酶限制酶(1)(1)识别序列的特点识别序列的特点:呈现碱基互补对称呈现碱
7、基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱无论是奇数个碱基还是偶数个碱基基,都可以找到一条中心轴线都可以找到一条中心轴线,如如 ,以中心线为轴以中心线为轴,两侧碱基互补对称两侧碱基互补对称;以以 为轴为轴,两侧碱基互补对称。两侧碱基互补对称。(2)(2)切割后末端的种类切割后末端的种类2.2.与与DNADNA分子相关的酶分子相关的酶(1)DNA(1)DNA相关六种酶的比较相关六种酶的比较名称名称作用部位作用部位作用底物作用底物作用结果作用结果限制酶限制酶磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA将将DNADNA切成两个片段切成两个片段DNADNA连接酶连接酶磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA片段片段将两个将
8、两个DNADNA片段连接为一个片段连接为一个DNADNA分子分子DNADNA聚合酶聚合酶磷酸二酯键磷酸二酯键 脱氧核苷酸脱氧核苷酸以单链以单链DNADNA为模板为模板,将单个脱氧核苷将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端酸依次连接到单链末端DNA(DNA(水水解解)酶酶磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA将将DNADNA片段水解为单个脱氧核苷酸片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶解旋酶碱基对之碱基对之间的氢键间的氢键DNADNA将双链将双链DNADNA分子局部解旋为单链分子局部解旋为单链,形形成两条长链成两条长链RNARNA聚合酶聚合酶磷酸二酯键磷酸二酯键 核糖核苷酸核糖核苷酸以单链以单链DNADNA为模板
9、为模板,将单个核糖核苷将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端酸依次连接到单链末端(2)(2)限制酶与限制酶与DNADNA连接酶的关系连接酶的关系【易错点拨易错点拨】(1)(1)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限制酶的成分为蛋白质限制酶的成分为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或高温、强酸或强碱均易使之变性失活。强碱均易使之变性失活。(2)(2)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同基因工程中的载体是基因工程中的载体是DNADNA分子分子,能将目的基因导入受体细胞内能将目的基因导入受
10、体细胞内;膜载体是蛋膜载体是蛋白质白质,与细胞膜的通透性有关。与细胞膜的通透性有关。(3)DNA(3)DNA连接酶作用时并不需要模板连接酶作用时并不需要模板DNADNA连接酶是把两个具有相同末端的连接酶是把两个具有相同末端的DNADNA片段通过磷酸二酯键连接起来。片段通过磷酸二酯键连接起来。题组例练题组例练 分类例练分类例练 提炼方法提炼方法1.1.(2016(2016全国全国卷卷,40),40)图图(a)(a)中的三个中的三个DNADNA片段上依次表示出了片段上依次表示出了EcoREcoR、BamHBamH和和Sau3ASau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点三种限制性内切酶的识别序列
11、与切割位点,图图(b)(b)为某为某种表达载体的示意图种表达载体的示意图(载体上的载体上的EcoREcoR、Sau3ASau3A的切点是唯一的的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识根据基因工程的有关知识,回答下列问题回答下列问题:(1)(1)经经BamHBamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶酶切后的产物连接切后的产物连接,理由是理由是 。解析解析:(1)(1)由题图由题图(a)(a)三种限制酶的识别序列可知三种限制酶的识别序列可知,BamH,BamH酶与酶与Sau3ASau3A酶酶切割目的基因与表达载体后产生的片段具有相同的黏性末端。切割目
12、的基因与表达载体后产生的片段具有相同的黏性末端。答案答案:(1)Sau3A(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)(2)若某人利用图若某人利用图(b)(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子的重组子,如图如图(c)(c)所示。这三种重组子中所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有因产物的有 ,不能表达的原因是不能表达的原因是 。解析解析:(2)(2)构建基因表达载体时构建基因表达载体时,目的基因应插入在启动子和终止子之目的基
13、因应插入在启动子和终止子之间间,甲中目的基因插入在启动子的上游甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的丙中目的基因插入在终止子的下游下游,两者的目的基因均不能被转录。两者的目的基因均不能被转录。答案答案:(2)(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因丙中目的基因插入在终止子的下游插入在终止子的下游,两者的目的基因均不能被转录两者的目的基因均不能被转录(3)DNA(3)DNA连接酶是将两个连接酶是将两个DNADNA片段连接起来的酶片段连接起来的酶,常见的有常见的有和和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是其中既能连接黏性末端
14、又能连接平末端的是。解析解析:(3)(3)常见的常见的DNADNA连接酶有连接酶有E Ecoli DNAcoli DNA连接酶和连接酶和T T4 4DNADNA连接酶连接酶,其中其中T T4 4DNADNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案答案:(3)E(3)Ecoli DNAcoli DNA连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶T T4 4DNADNA连接酶连接酶2.2.(2016(2016江西九江二模江西九江二模)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌(Bt)(Bt)能产生具有杀虫能力的毒蛋白。能产生具有杀虫能力的毒蛋白。图甲是转图甲是转BtB
15、t毒蛋白基因植物的重组毒蛋白基因植物的重组DNADNA形成过程示意图形成过程示意图;图乙是毒蛋白基因图乙是毒蛋白基因进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程。回答下列问题进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程。回答下列问题:(1)(1)将图甲的将图甲的DNADNA用用HindHind、BamHBamH完全酶切后完全酶切后,反应管中有反应管中有种种DNADNA片段。过程两片段通过片段。过程两片段通过键相连。键相连。(2)(2)假设图甲中质粒原来假设图甲中质粒原来BamHBamH识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶BclBcl的碱基序列的碱基序列,现用
16、现用BclBcl和和HindHind切割质粒切割质粒,则该图甲中的则该图甲中的DNADNA右侧右侧还选择还选择BamHBamH进行切割进行切割,则则(填填“能能”或或“不能不能”)获得所需重组获得所需重组质粒吗质粒吗?理由是理由是 。解析解析:(1)(1)图甲中的图甲中的DNADNA含有两个含有两个BamHBamH酶的切割位点酶的切割位点,含有一个含有一个HindHind酶的切割位点酶的切割位点,所以用所以用HindHind、BamHBamH完全酶切中的完全酶切中的DNADNA后后,反应管中反应管中有有4 4种种DNADNA片段片段;过程两片段通过磷酸二酯键相连。过程两片段通过磷酸二酯键相连。
17、(2)(2)据图分析据图分析,由于由于BamHBamH和和BclBcl切割切割DNADNA后露出的碱基序列相同后露出的碱基序列相同,质粒原来质粒原来BamHBamH识别位识别位点的碱基序列变为限制酶点的碱基序列变为限制酶BclBcl的碱基序列的碱基序列,用用BclBcl和和HindHind切割质粒切割质粒,用用BamHBamH和和HindHind切割目的基因切割目的基因,仍能获得重组质粒。仍能获得重组质粒。答案答案:(1)4(1)4磷酸二酯磷酸二酯(2)(2)能切割后露出的碱基序列相同能切割后露出的碱基序列相同(3)(3)若上述假设成立若上述假设成立,并成功形成重组质粒并成功形成重组质粒,则重
18、组质粒则重组质粒(填填“能能”或或“不能不能”)被被HindHind切开切开,(填填“能能”或或“不能不能”)被被BamHBamH切开。切开。解析解析:(3)(3)质粒和目的基因都被质粒和目的基因都被HindHind切割切割,形成相同的黏性末端形成相同的黏性末端,则形则形成的重组质粒还能被成的重组质粒还能被HindHind切割切割;质粒原来质粒原来BamHBamH识别位点的碱基序列识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶变为了另一种限制酶BclBcl的碱基序列的碱基序列,则形成的黏性末端是则形成的黏性末端是 ,而目的基因被而目的基因被BamHBamH切割切割,则形成的黏性末端则形成的黏性末端 ,则
19、形成的重组则形成的重组DNADNA片段是片段是 ,因此不能被因此不能被BamHBamH识别识别,也不能被切割也不能被切割;根据酶根据酶切位点和识别的碱基序列可知切位点和识别的碱基序列可知,重组质粒只能被重组质粒只能被HindHind但不能被但不能被BamHBamH切开。切开。答案答案:(3)(3)能不能能不能T TACTAGACTAGG GCCTAGCCTAGTGATCCTGATCCACTAGGACTAGG(4)(4)图乙中图乙中链是链是 。不同组织细胞的相同。不同组织细胞的相同DNADNA进行过程时启用进行过程时启用的起始点的起始点 (在在“都相同都相同”“”“都不同都不同”或或“不完全相同
20、不完全相同”中选择中选择),),其原因是其原因是 。解析解析:(4)(4)从图乙可知从图乙可知,链形成是以链形成是以DNADNA一条链作为模板进行转录形成的一条链作为模板进行转录形成的信使信使RNARNA分子分子;不同组织细胞的相同不同组织细胞的相同DNADNA在转录时在转录时,相同基因一般转录起点相同基因一般转录起点相同相同,不同的基因转录起点不同不同的基因转录起点不同,原因是基因的选择性表达。原因是基因的选择性表达。答案答案:(4)mRNA(4)mRNA不完全相同不同组织细胞中基因会进行选择性表达不完全相同不同组织细胞中基因会进行选择性表达限制酶的选择方法限制酶的选择方法(1)(1)应选择
21、切点位于目的基因两端的限制酶应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择如图甲可选择Pst Pst。不。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择如图甲不能选择Sma Sma。(2)(2)切割质粒时切割质粒时,一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等终止子等,所以所选择的限制酶不要破坏这些结构所以所选择的限制酶不要破坏这些结构(如图乙中限制酶如图乙中限制酶Sma Sm
22、a 会破坏标记基因会破坏标记基因),),且切割位点应位于启动子和终止子之间以利于目且切割位点应位于启动子和终止子之间以利于目的基因的插入和表达的基因的插入和表达;如果所选限制酶的切点不是一个如果所选限制酶的切点不是一个,则切割重组后则切割重组后可能丢失某些片段可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区若丢失的片段含复制原点区,则切割重组后的片段则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。进入受体细胞后不能自主复制。(3)(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,可使用两种不同的可使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒限制酶切割目的基因和质粒,如图
23、甲可选择用如图甲可选择用Pst Pst 和和EcoR EcoR 两种限两种限制酶制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。方法突破方法突破知识梳理知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础1.1.基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序考点二基因工程的基本操作程序及应用考点二基因工程的基本操作程序及应用基因文库基因文库PCRPCR启动子启动子标记基因标记基因农杆菌转化农杆菌转化显微注射显微注射DNADNA分子杂交分子杂交抗原抗原抗体杂交抗体杂交2.PCR2.PCR技术技术(1)(1)原理原理:。(2)(2)条件条件模板模板:。酶酶:热稳定热稳定DN
24、ADNA聚合酶聚合酶()。引物引物:分别与分别与 相结合。相结合。原料原料:四种四种 。DNADNA双链复制双链复制DNADNA母链母链Taq DNATaq DNA聚合酶聚合酶单链相应互补序列单链相应互补序列脱氧核苷酸脱氧核苷酸(3)(3)过程过程 DNA 条件：温度上升到以上变性实质：双链为单链90909595解旋解旋 DNA条件：温度下降到左右复性实质：两种与两条单链结合 条件：温度上升到左右延伸实质：在的作用下，合成子链55556060引物引物70707575TaqDNATaqDNA聚合酶聚合酶3.3.基因工程的应用基因工程的应用(1)(1)动物基因工程动物基因工程:用于提高动物用于提高
25、动物 ;用于改善畜产品品质用于改善畜产品品质;用转基用转基因动物生产因动物生产 ;用转基因动物作器官移植的用转基因动物作器官移植的 等。等。(2)(2)植物基因工程植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和 转基因转基因植物植物;利用转基因改良植物的利用转基因改良植物的 。【深挖教材深挖教材】(1)(1)基因工程操作过程中基因工程操作过程中,哪些步骤中具有碱基互补配对现象哪些步骤中具有碱基互补配对现象?提示提示:基因工程操作过程中第一、二、四步中均具有碱基互补配对现象基因工程操作过程中第一、二、四步中均具有碱基互补配对现象,而而只有第三步没有。只有第
26、三步没有。(2)(2)动物基因工程中动物基因工程中,为什么常选动物的受精卵作为受体细胞为什么常选动物的受精卵作为受体细胞?提示提示:受精卵的全能性高受精卵的全能性高,能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。(3)(3)基因工程成功的标志是什么基因工程成功的标志是什么?提示提示:目的基因在受体细胞中得以表达。目的基因在受体细胞中得以表达。生长速度生长速度药物药物供体供体抗逆抗逆品质品质重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化1.1.获取目的基因的方法获取目的基因的方法(1)(1)从基因文库中获取从基因文库中获取:包括基因组文库和包括基因组文
27、库和cDNAcDNA文库等。文库等。(2)(2)人工合成目的基因的常用方法人工合成目的基因的常用方法化学合成法化学合成法:已知核苷酸序列的较小基因已知核苷酸序列的较小基因,直接利用直接利用DNADNA合成仪用化学方合成仪用化学方法合成法合成,不需要模板。不需要模板。反转录法反转录法:以以RNARNA为模板为模板,在逆转录酶作用下人工合成。在逆转录酶作用下人工合成。(3)(3)通过通过PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因目的目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。通过指数式扩增获取大量的目的基因。PCRPCR技术与技术与DNADNA复制的比较复制的比较PCRPCR技术技术DNADNA复制
28、复制相同点相同点原理原理DNADNA复制复制(碱基互补配对碱基互补配对)原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATPATP、酶、原料、引物等、酶、原料、引物等不同点不同点解旋解旋方式方式DNADNA在高温下变性解旋在高温下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制(PCR(PCR扩增仪扩增仪)主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定热稳定DNADNA聚合酶聚合酶(Taq DNA(Taq DNA聚合酶聚合酶)细胞内含有的细胞内含有的DNADNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大量在短时间内形成大量的的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子
29、2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建(1)(1)组成及作用组成及作用(2)(2)构建过程构建过程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生物种类种类植物植物动物动物微生物微生物常用常用方法方法农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射法显微注射法感受态细胞法感受态细胞法受体受体细胞细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化转化过程过程将目的基因插入到将目的基因插入到TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上农杆菌农杆菌导入植物导入植物细胞细胞整合到受体整合到受体细胞的细胞的DNADNA表达表达将含有目的基因的将含有目的基因的表达载体提纯表达载体提纯取取卵卵(受精卵受精卵)
30、显微显微注射注射受精卵发育受精卵发育获得具有新性状获得具有新性状的动物的动物CaCa2+2+处理细胞处理细胞感受态感受态细胞细胞重组表达载体与重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞混合感受感受态细胞吸收态细胞吸收DNADNA分子分子4.4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定5.5.基因治疗与基因诊断基因治疗与基因诊断基因治疗基因治疗基因诊断基因诊断原理原理基因重组及基因表达基因重组及基因表达DNADNA分子杂交分子杂交方法方法将正常基因导入有基因缺陷将正常基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中,使该基因的表达使该基因的表达产物发挥功能产物发挥功能,以达到治疗以达到治疗的目的的目的制作特定制作
31、特定DNADNA探针与病人样品探针与病人样品DNADNA混合分析混合分析,根据碱基互补配对原则根据碱基互补配对原则,分析杂交带情况分析杂交带情况进展进展临床实验临床实验临床应用临床应用【易错点拨易错点拨】启动子启动子起始密码子起始密码子,终止子终止子终止密码子终止密码子启动子和终止子位于启动子和终止子位于DNADNA片段上片段上,分别控制转录过程的启动和终止分别控制转录过程的启动和终止;起始密起始密码子和终止密码子位于码子和终止密码子位于mRNAmRNA上上,分别控制翻译过程的启动和终止。分别控制翻译过程的启动和终止。题组例练题组例练 分类例练分类例练 提炼方法提炼方法1.1.(2016(20
32、16全国全国卷卷,40),40)某一质粒载体如图所示某一质粒载体如图所示,外源外源DNADNA插入到插入到AmpAmpr r或或TetTetr r中会导致相应的基因失活中会导致相应的基因失活(Amp(Ampr r表示氨苄青霉素抗性基因表示氨苄青霉素抗性基因,Tet,Tetr r表示四环素表示四环素抗性基因抗性基因)。有人将此质粒载体用。有人将此质粒载体用 BamH BamH 酶切后酶切后,与用与用BamHBamH酶切获得酶切获得的目的基因混合的目的基因混合,加入加入DNADNA连接酶进行连接反应连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化大
33、肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:解析解析:(1)(1)质粒能作为基因工程的载体的条件是质粒能自我复制、质粒能作为基因工程的载体的条件是质粒能自我复制、具有标记基因、具有一至多个酶切位点等。具有标记基因、具有一至多个酶切位点等。答案答案:(1)(1)能自我复制、具有标记基因能自我复制、具有标记基因(1)(1)质粒载体作为基因工程的工具质粒载体作为
34、基因工程的工具,应具备的基本条件有应具备的基本条件有 .(答出两点即可答出两点即可),),而作为基因表达载体而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。还需具有启动子和终止子。解析解析:(2)(2)用含有氨苄青霉素的培养基对未被转化的大肠杆菌和被转化的三用含有氨苄青霉素的培养基对未被转化的大肠杆菌和被转化的三种大肠杆菌进行筛选时种大肠杆菌进行筛选时,未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不能生长在该培养基上均不能生长,故两者无法故两
35、者无法区分区分;含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长在该培养基上均能生长,故两者也无法区故两者也无法区分分,但前者细胞内还含有四环素抗性基因但前者细胞内还含有四环素抗性基因,而后者细胞内含有的重组质粒在而后者细胞内含有的重组质粒在插入目的基因时四环素抗性基因被破坏插入目的基因时四环素抗性基因被破坏,因此在含有四环素的固体培养基因此在含有四环素的固体培养基上前者能生长上前者能生长,后者不能生长。后者不能生长。(2)(2)二者均不含有氨苄青霉
36、素抗性基因二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长含有质粒在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒或答含有重组质粒)二者均含有二者均含有氨苄青霉素抗性基因氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素在该培养基上均能生长四环素(2)(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是其原因是 ;并且并且和和的细胞也是不能区分的的细胞也是
37、不能区分的,其原因是其原因是 。在上述筛选的基础上在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有还需使用含有的固体培养基。的固体培养基。(3)(3)基因工程中基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体某些噬菌体经改造后可以作为载体,其其DNADNA复制所需的原料复制所需的原料来自于来自于。解析解析:(3)(3)噬菌体侵染受体细胞后噬菌体侵染受体细胞后,在受体细胞内利用受体细胞的脱氧在受体细胞内利用受体细胞的脱氧核苷酸来进行核苷酸来进行DNADNA复制。复制。答案答案:(3)(3)受体细胞受体细胞解析解析
38、:(1)(1)人工合成法是根据蛋白质的氨基酸序列人工合成法是根据蛋白质的氨基酸序列,推测出信使推测出信使RNARNA序列序列,再推测出相应基因的核苷酸序列再推测出相应基因的核苷酸序列,进行人工合成目的基因进行人工合成目的基因;利利用用PCRPCR技术可进行体外大量扩增目的基因。技术可进行体外大量扩增目的基因。(2)(2)基因表达载体的构基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤建是基因工程的核心步骤,需要用限制酶将目的基因和载体进行切需要用限制酶将目的基因和载体进行切割割,断开磷酸二酯键断开磷酸二酯键,再用再用DNADNA连接酶连接形成重组连接酶连接形成重组DNADNA。答案答案:(1)(1)脱氧
39、核苷酸序列脱氧核苷酸序列PCRPCR(2)(2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建DNADNA连连接酶接酶2.2.(2016(2016山东青岛一模山东青岛一模)某高校研发的幽门螺杆菌疫苗为基因工程疫苗某高校研发的幽门螺杆菌疫苗为基因工程疫苗,对对该菌引发的胃炎、胃溃疡等疾病具有较好的预防效果该菌引发的胃炎、胃溃疡等疾病具有较好的预防效果,其有效成分是一种其有效成分是一种该菌表面抗原蛋白质。回答下列问题该菌表面抗原蛋白质。回答下列问题:(1)(1)根据表面抗原蛋白质的氨基酸序列推测出目的基因的根据表面抗原蛋白质的氨基酸序列推测出目的基因的,进行人进行人工合成工合成,然后通过然后通过技术大量扩增
40、。技术大量扩增。(2)(2)基因工程的核心步骤是基因工程的核心步骤是,要利用要利用连连接被限制酶切开的磷酸二酯键。接被限制酶切开的磷酸二酯键。(3)(3)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稳定和表达的过程并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为称为。最终翻译是否成功。最终翻译是否成功,常用的检测方法是常用的检测方法是。(4)(4)实验证明实验证明,一定时间内间隔口服该疫苗一定时间内间隔口服该疫苗3 3次效果更好次效果更好,其主要原因是体内其主要原因是体内产生的产生的 细胞数量增多细胞数量增多,导致获得的免疫预防作用更强导致获得的免疫预防作用更强,持续持续时间更
41、久。时间更久。解析解析:(3)(3)转化是指将目的基因导入受体细胞内转化是指将目的基因导入受体细胞内,并且在受体细胞内维并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程持稳定和表达的过程;常用抗原常用抗原抗体杂交法检测最终翻译是否成功。抗体杂交法检测最终翻译是否成功。(4)(4)一定时间内间隔口服该疫苗一定时间内间隔口服该疫苗3 3次次,属于二次免疫反应属于二次免疫反应,体内产生的体内产生的记忆细胞数量增多记忆细胞数量增多,导致获得的免疫预防作用更强导致获得的免疫预防作用更强,持续时间更久、持续时间更久、效果更好。效果更好。答案答案:(3)(3)转化抗原转化抗原抗体杂交抗体杂交(4)(4)记忆记忆知识梳理
42、知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础蛋白质工程蛋白质工程(1)(1)概念理解概念理解基础基础: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。操作操作:或基因合成。或基因合成。结果结果:改造现有蛋白质或制造出改造现有蛋白质或制造出 。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 推测应有推测应有的的 找到相对应的找到相对应的 (基因基因)基因表基因表达达产生需要的蛋白质。产生需要的蛋白质。考点三蛋白质工程考点三蛋白质工程基因修饰基因修饰新的蛋白质新的蛋白质
43、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重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较项目项目区别与联系区别与联系蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区别区别过程过程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的设计预期的蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列酸序列找到相对应的脱氧核找到相对应的脱氧核苷酸序列苷酸序列获取目的基因获取目的基因构建基因构建基因表达载体表达载体将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞目的基因的目的基因的检测与鉴定检测与鉴定实质实质定向改造或生产人类所
44、需的蛋定向改造或生产人类所需的蛋白质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以获得人类所需的生物类型或生物产品型或生物产品结果结果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只能生产自然界已有的蛋白质白质联系联系蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程工程基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修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、改造饰、改造题组例练题组例练 分类例练分类例练 提炼方法提炼方法1.1.糖尿病是近年来高发的糖尿病是近年来高发的“富贵病富贵病
45、”,常见类型有遗传型糖尿病和常见类型有遗传型糖尿病和型糖型糖尿病。遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出如下设尿病。遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出如下设计计:取糖尿病患者的细胞取糖尿病患者的细胞,将人的正常胰岛素基因导入其中将人的正常胰岛素基因导入其中,然后做细胞培然后做细胞培养养,诱导产生胰岛组织诱导产生胰岛组织,重新植入患者的胰岛重新植入患者的胰岛,使胰岛恢复功能。使胰岛恢复功能。型糖尿型糖尿病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射后病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射后120 min120 min后才后才出现高峰出现高峰,与人体生理
46、状态不符。科研人员通过一定的工程技术手段与人体生理状态不符。科研人员通过一定的工程技术手段,将将胰岛素胰岛素B B链的链的2828号和号和2929号氨基酸互换号氨基酸互换,获得了速效胰岛素获得了速效胰岛素,已通过临床试验。已通过临床试验。解析解析:(1)(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为胰岛素基因称为目的基因目的基因;PCR;PCR技术可在体外快速扩增目的基因技术可在体外快速扩增目的基因;将该基因导入动物将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。细胞最有效的方法是显微注射法。(2)(2)基因工程步骤中的核心步骤基因工程步骤中的核心步骤
47、是基因表达载体的构建。是基因表达载体的构建。答案答案:(1)(1)目的基因目的基因PCRPCR显微注射法显微注射法(2)(2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建(目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合)(1)(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为胰岛素基因称为,实实验室中要先对该基因利用验室中要先对该基因利用技术进行扩增。将该基因导入正常细胞技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用的方法是所用的方法是。(2)(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是 .。解析解析:(3
48、)(3)图中流程图中流程A A是预期蛋白质的功能是预期蛋白质的功能,流程流程B B是相应的氨基酸序是相应的氨基酸序列。列。(4)(4)蛋白质工程指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的蛋白质工程指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础关系作为基础,通过基因修饰或基因合成通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造对现有蛋白质进行改造,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需要。以满足人类的生产和生活的需要。答案答案:(3)(3)预期蛋白质的功能相应的氨基酸序列预期蛋白质的功能相应的氨基酸序列(4)(4)修饰合成修饰合成改造改造(3)(3)科研人员利用蛋白
49、质工程合成速效胰岛素科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素,该技术的实验流程为该技术的实验流程为:其中其中,流程流程A A是是,流程流程B B是是。(4)(4)与基因工程相比与基因工程相比,蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础能的关系作为基础,通过基因通过基因或基因或基因,对现有蛋白质进行对现有蛋白质进行,制造一种新的蛋白质制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需要。以满足人类的生产和生活的需要。解析解析:(1)(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定,而蛋白质的三维结构而蛋白质的三维
50、结构与氨基酸序列有关与氨基酸序列有关,因此因此,若要改变蛋白质的功能若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。氨基酸序列进行改造。(2)P(2)P基因与基因与P P1 1基因的根本区别是碱基序列不同基因的根本区别是碱基序列不同,因此可以通过对因此可以通过对P P基因进行修饰获得基因进行修饰获得P P1 1基因基因,也可以直接合成也可以直接合成P P1 1基因。中基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。答案答案:(1)(1)氨基酸序列氨基酸序列(或结构或结构)(2)P(2)PP P1 1D
