基因工程和蛋白質(zhì)工程復(fù)習(xí)課學(xué)案

基因工程和蛋白質(zhì)工程復(fù)習(xí)課學(xué)案李集中學(xué)高三生物備課組考綱規(guī)定：1、基因工程的誕生Ⅰ2、基因工程的原理及技術(shù)Ⅱ3、基因工程的應(yīng)用Ⅱ4、蛋白質(zhì)工程Ⅰ一、基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，發(fā)明出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。（一）基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”——（1）來源：重要是從原核生物中分離純化出來的。（2）功能：可以辨認(rèn)雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：2.“分子縫合針”——（1）功能：縫合（2）與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)送車”——（1）載體具有的條件：①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是,它是一種有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體：噬菌體、動(dòng)植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取1.目的基因是指：編碼蛋白質(zhì)的基因。2.原核基因采用直接分離法獲得，真核基因是人工合成法。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。限制酶運(yùn)載體 直接分離法：供體細(xì)胞中的DNA→DNA片段→受體細(xì)胞→DNA片段擴(kuò)增反轉(zhuǎn)錄法：逆轉(zhuǎn)錄合成mRNA→單鏈DNA→雙鏈DNA化學(xué)合成法：根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應(yīng)的mRNA序列，推測出結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法，合成目的基因。第二步：重組載體的構(gòu)建1.目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因可以表達(dá)和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因＋標(biāo)記基因標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否具有目的基因，從而將具有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞_常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，另一方面尚有基因槍法和花粉管通道法等。受體細(xì)胞可以是卵細(xì)胞（受精卵）、體細(xì)胞（經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整個(gè)體）將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：用氯化鈣解決大腸桿菌，3.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選具有基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。第四步：目的基因的檢測和表達(dá)1.一方面要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。2.另一方面還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用用標(biāo)記的目的基因作探針與mRNA雜交。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原－抗體雜交。4.有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物。3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。（四）蛋白質(zhì)工程的概念、基本途徑蛋白質(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(jìn)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。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相相應(yīng)的脫氧核苷酸序列例１、豇豆對多種害蟲具有抗蟲能力，主線因素是豇豆體內(nèi)具有胰蛋白酶克制劑基因(CpTI基因)?？茖W(xué)家將其轉(zhuǎn)移到水稻體內(nèi)后，卻發(fā)現(xiàn)效果不抱負(fù)，重要因素是CpTI蛋白質(zhì)的積累量局限性。通過在體外對CpTI基因進(jìn)行了修飾后，CPTI蛋白質(zhì)在水稻中的積累量就得到了提高。修飾和表達(dá)過程如下圖所示：請根據(jù)以上材料，回答下列問題：(1)CpTI基因是該基因工程中的基因，“信號(hào)肽，序列及“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)”序列的基本組成單位是。在①過程中，一方面要用酶切開，暴露出，再用酶連接。(2)在該基因工程中，供體細(xì)胞是，受體細(xì)胞是。(3)②過程稱為。(4)檢測修飾后的CpTI基因是否表達(dá)的最佳方法是。（5）與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程來哺育新品種的重要優(yōu)點(diǎn)是和。（6）當(dāng)前，轉(zhuǎn)基因大豆，轉(zhuǎn)基因棉花等已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。請你談?wù)勣D(zhuǎn)基因農(nóng)作物也許帶來的利與弊。（各一條）利弊：。例２、番茄果實(shí)成熟過程中，某種酶（PG）開始合成并顯著增長，促使果實(shí)變紅變軟。 但不利于長途運(yùn)送和長期保鮮。科學(xué)家運(yùn)用反義RNA技術(shù)（見圖解），可有效解決此問題。該技術(shù)的核心是，從番茄體細(xì)胞中獲得指導(dǎo)PG合成的信使RNA，繼而以該信使RNA為模板人工合成反義基因并將之導(dǎo)入離體番茄體細(xì)胞，經(jīng)組織培養(yǎng)獲得完整植株。新植株在果實(shí)發(fā)育過程中，反義基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的反義RNA與細(xì)胞原有mRNA（靶mRNA）互補(bǔ)形成雙鏈RNA，阻止靶mRNA進(jìn)一步翻譯形成PG，從而達(dá)成克制果實(shí)成熟的目的。請結(jié)合圖解回答：（1）反義基因像一般基因同樣是一段雙鏈的DNA分子，合成該分子的第一條鏈時(shí)，使用的模板是細(xì)胞質(zhì)中的信使RNA，原料是四種，所用的酶是。（2）開始合成的反義基因第一條鏈?zhǔn)桥c模板RNA連在一起的雜交雙鏈，通過加熱去除RNA，然后再以反義基因第一條鏈為模板合成第二條鏈，這樣一個(gè)完整的反義基因被合成。若要以完整雙鏈反義基因克隆成百上千的反義基因，所用復(fù)制方式為（3）假如指導(dǎo)番茄合成PG的信使RNA的堿基序列是—A—U—C—C—A—G—G—U—C—，那么，PG反義基因的這段堿基對序列是。（4）將人工合成的反義基因?qū)敕讶~肉細(xì)胞原生質(zhì)體的運(yùn)送工具是，該目的基因與運(yùn)送工具相結(jié)合需要使用的酶有，在受體細(xì)胞中該基因指導(dǎo)合成的最終產(chǎn)物是。例３、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥的產(chǎn)量和品種逐年增長，但害蟲的抗藥性也不斷增強(qiáng)，對農(nóng)作物危害仍然很嚴(yán)重。如近年來，棉鈴蟲在我國大面積暴發(fā)成災(zāi)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)100億以上。針對這種情況，江蘇農(nóng)科院開展“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”的科技攻關(guān)研究，成功地將某種能產(chǎn)生抗蟲毒蛋白細(xì)菌的抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞中，得到的棉花新品種對棉鈴蟲的毒殺效果高達(dá)80%以上。就以上材料，分析回答：（1）抗蟲基因之所以能接到植物體內(nèi)去，因素是___________________。（2）“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”具有抗害蟲的能力，這表白棉花體內(nèi)產(chǎn)生了抗蟲的_____________物質(zhì)。這個(gè)事實(shí)說明，害蟲和植物共用一套_____________，蛋白質(zhì)合成的方式是_____________的。（3）“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”抗害蟲的遺傳信息傳遞過程可表達(dá)為__________________。（4）該項(xiàng)科技成果在環(huán)境保護(hù)上的作用是___________________。（5）科學(xué)家預(yù)言，此種“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”獨(dú)立種植若干代以后，也將出現(xiàn)不抗蟲的植株，此現(xiàn)象來源于___________。鞏固練習(xí)：一、選擇題：每小題只有一個(gè)選項(xiàng)最符合題意。1、下列四條DNA分子，彼此間間具有粘性末端的一組是（）TAGGTAGGCCATTACCGGTA①②③④A．①②B．②③C．③④D．②④2、運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因整合到棉花細(xì)胞中，為檢測實(shí)驗(yàn)是否成功，最方便的方法是檢測棉花植株是否有()A、抗蟲基因B、抗蟲基因產(chǎn)物C、新的細(xì)胞核D、相應(yīng)性狀3、（2023深圳一?？碱}）研究人員想將生長激素基因通過質(zhì)粒介導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，以表達(dá)產(chǎn)生生長激素。已知質(zhì)粒中存在兩個(gè)抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大腸桿菌不帶任何抗性基因，則篩選獲得“工程菌”的培養(yǎng)基中的抗抗生素一方面應(yīng)當(dāng)A、僅有鏈霉素

B、僅有氨芐青霉素C、同時(shí)有鏈霉素和氨芐青霉素

D、無鏈霉素和氨芐青霉素4、（05全國Ⅰ）鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是A.解旋酶B.DNA連接酶C.限制性內(nèi)切酶D、RNA聚合酶5、人的糖蛋白必須經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進(jìn)一步加工合成，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可以使人的糖蛋白基因得以表達(dá)的受體細(xì)胞是()A、大腸桿菌B、酵母菌C、T4噬菌體D、質(zhì)粒DNA6．下列關(guān)于各種酶作用的敘述，不對的的是 （） A．DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接 B．RNA聚合酶能與基因的特定位點(diǎn)結(jié)合，催化遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 C．一種DNA限制酶能辨認(rèn)多種核苷酸序列，切割出多種目的基因 D．胰蛋白酶能作用于離體的動(dòng)物組織，使其分散成單個(gè)細(xì)胞7、科學(xué)家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖具有人奶蛋白。以下有關(guān)該基因工程的敘述錯(cuò)誤的是()A．采用反轉(zhuǎn)錄的方法得到的目的基因有內(nèi)含子B．基因非編碼區(qū)對于目的基因在塊莖中的表達(dá)是不可缺少的C．馬鈴薯的葉肉細(xì)胞可作為受體細(xì)胞D．同一種限制酶解決質(zhì)粒和具有目的基因的DNA，可產(chǎn)生黏性末端而形成重組DNA分子8．堿基互補(bǔ)配對發(fā)生在下列哪些生理過程或生物技術(shù)中 （） ①種子的萌發(fā)②病毒的增殖過程③細(xì)菌的二分裂過程④目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合 ⑤DNA探針的使用⑥分泌蛋白的加工和運(yùn)送 a A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥C．②④⑤D．②③⑤⑥9．蛋白質(zhì)工程是新崛起的一項(xiàng)生物工程，又稱第二代基因工程。下圖示意蛋白質(zhì)工程流程，圖中A、B在遺傳學(xué)上依次表達(dá)A．轉(zhuǎn)錄和翻譯B．翻譯和轉(zhuǎn)錄C．復(fù)制和轉(zhuǎn)錄D．傳遞和表達(dá)10．隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，“基因污染”應(yīng)運(yùn)而生，關(guān)于基因污染的下列說法不對的的是A．轉(zhuǎn)基因作物可通過花粉散落到它的近親作物上，從而污染生物基因庫B．基因污染是一種不可以擴(kuò)散的污染C．雜草、害蟲從它的近親獲得抗性基因，也許破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性D．轉(zhuǎn)基因生物有也許成為“入侵的外來物種”，威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存二．非選擇題：11.糖尿病是種常見病，且發(fā)病率有逐年增長的趨勢，以致發(fā)達(dá)國家把它列為第三號(hào)“殺手”。（1）目前對糖尿?、裥偷闹委?，大多采用激素療法，所用激素為_____________，由_________________細(xì)胞分泌。（2）讓一健康人和糖尿病患者于空腹時(shí)同時(shí)口服葡萄糖，服用量按每人每公斤體重1克計(jì)算，隨后每隔一段時(shí)間，測定各人的血糖濃度，如圖6—1所示，圖中表達(dá)糖尿病患者的曲線是_________。（3）這種治療用的激素過去重要是從動(dòng)物的內(nèi)臟中提取，數(shù)量有限，20世紀(jì)70年代后，開始采用基因工程的方法生產(chǎn)，如圖所示，請回答：①指出圖中2、4、6、7的名稱:2_____________，4_____________，6_____________，7_____________。②一般獲取4采用的方法是_____________。③6的獲得必須用_____________切割3和4，使它們產(chǎn)生相同的_____________，再加入適量的_____________酶，才可形成。12、在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，凝血因子等，以前重要是從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的，由于受原料來源限制，價(jià)價(jià)十分昂貴，并且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯局限性。自70年代遺傳工程發(fā)展起來以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組DNA，并以重組DNA引入大腸桿菌，最后運(yùn)用這些工程菌，可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，請分析回答：（1）在基因工程中，質(zhì)粒是一種最常用的，它廣泛地存在于細(xì)菌細(xì)胞中，是一種很小的環(huán)狀分子。（2）在用目的基因與質(zhì)粒形成重組DNA過程中，一般要用到的工具酶是和。（3）將具有“某激素基因”的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞后，能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成“某激素”，則該激素在細(xì)菌體內(nèi)的合成涉及和兩個(gè)階段。（4）在將質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌時(shí)，一般要用解決細(xì)菌，以增大。13、用基因工程生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一階段，將人的基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌細(xì)胞；第二階段，將人的基因轉(zhuǎn)入小鼠等動(dòng)物的細(xì)胞。前兩個(gè)階段都是進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，提取藥物。第三階段，將人的基因轉(zhuǎn)入活的動(dòng)物體，飼養(yǎng)這些動(dòng)物，從乳汁或尿液中提取藥物。（1）將人的基因轉(zhuǎn)入異種生物的細(xì)胞或個(gè)體內(nèi)，可以產(chǎn)生藥物蛋白的原理是基因能控制。

（2）人的基因能和異種生物的基因拼接在一起，是由于它們的分子都具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，都是由四種____________構(gòu)成，基因中堿基配對的規(guī)律都是__________。

（3）人的基因在異種生物細(xì)胞中表達(dá)成蛋白質(zhì)時(shí)，需要通過和翻譯兩個(gè)環(huán)節(jié)。在翻譯中需要的模板是，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬運(yùn)工兼裝配工是，將氨基酸的肽鍵連接成蛋白質(zhì)的場合是________，“翻譯”可理解為將由____個(gè)“字母”組成的核酸“語言”翻譯成由個(gè)“字母”組成的蛋白質(zhì)“語言”，從整體來看在翻譯中充任著“譯員”。

（4）運(yùn)用轉(zhuǎn)基因牛、羊乳汁提取藥物工藝簡樸，甚至可直接飲用治病。假如將藥物蛋白基因移到動(dòng)物如牛、羊的膀胱上皮細(xì)胞中，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因牛羊尿液生產(chǎn)提取藥物比乳汁提取藥物的更大優(yōu)越性在于：處在不同發(fā)育時(shí)期的動(dòng)物都可生產(chǎn)藥物。人胰島細(xì)胞大腸桿菌胰島人胰島細(xì)胞大腸桿菌胰島素mRNAA①人胰島素人胰島素大量的A反復(fù)進(jìn)行③④②⑤⑥⑦⑧⑨⑩BCD（1）能否運(yùn)用人的皮膚細(xì)胞來完畢①過程？，為什么？。（2）過程②必需的酶是酶，過程③必需的酶是酶。（3）與人體細(xì)胞中胰島素基因相比，通過②過程獲得的目的基因不具有非編碼區(qū)和。（4）若A中共有a個(gè)堿基對，其中鳥嘌呤有b個(gè)，則③④⑤過程連續(xù)進(jìn)行4次，至少需要提供胸腺嘧啶個(gè)。（5）在運(yùn)用AB獲得C的過程中，必須用切割A(yù)和B，使它們產(chǎn)生，再加入，才可形成C。（6）為使過程⑧更易進(jìn)行，可用（藥劑）解決D。15、某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程將a轉(zhuǎn)移到馬鈴薯植物中。經(jīng)檢測，Amy在成熟塊莖細(xì)胞的細(xì)胞間隙中發(fā)現(xiàn)。請回答：(1)在基因工程中，a叫______________，提取它的一個(gè)必要環(huán)節(jié)是__________________。它與基因運(yùn)載工具_(dá)________結(jié)合前還必須通過的解決環(huán)節(jié)是________________________。(2)Amy在成熟塊莖細(xì)胞間隙中的發(fā)現(xiàn)，說明細(xì)菌的基因a已整合到上圖中的［］_________或［］_________結(jié)構(gòu)中。(3)合成Amy的過程分為轉(zhuǎn)錄和翻譯兩大環(huán)節(jié)，Amy合成并分泌到細(xì)胞外，定位在細(xì)胞間隙中，參與該過程的細(xì)胞器有____________________________，(4)Amy的基本組成單位是_________，各組成單位間靠_________相連。(5)以本圖比作馬鈴薯塊莖的缺陷細(xì)胞是該圖多畫了［］_________。16.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和材料用品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)選擇運(yùn)載體質(zhì)粒，明確質(zhì)粒的抗菌素基因所抗的抗菌素類別。①實(shí)驗(yàn)原理：作為運(yùn)載體的質(zhì)粒，須有標(biāo)記基因，這一標(biāo)記基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的細(xì)菌，其質(zhì)粒才可用作運(yùn)載體。②材料用品：青霉素、四環(huán)素的10萬單位溶液、菌種試管、滅菌的含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿、酒精燈、接種環(huán)、一次性注射器、蒸餾水、恒溫箱。③方法環(huán)節(jié)：第一步：取三個(gè)含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿并標(biāo)為1、2、3號(hào)，在酒精燈旁，用三支注射器，分別注入1mL蒸餾水、青霉素液、四環(huán)素液，并使之分布在整個(gè)培養(yǎng)基表面。第二步：將接種環(huán)在酒精燈上灼燒，并在酒精燈火旁取菌種，對三個(gè)培養(yǎng)皿分別接種。第三步：將接種后的三個(gè)培養(yǎng)皿放入37℃恒溫箱培養(yǎng)24h④預(yù)期結(jié)果：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________17、限制性內(nèi)切酶Ⅰ的辨認(rèn)序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的辨認(rèn)序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有一個(gè)酶Ⅱ的切點(diǎn)。（1）請畫出質(zhì)粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。（2）請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？答案例1：1）脫氧核苷酸；逆轉(zhuǎn)錄酶（2）半保存復(fù)制（3）—T—A—G—G—T—C—C—A—G——A—T—C—C—A—G—G—T—C—（4）質(zhì)粒（或運(yùn)載體、病毒）；限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶；（反