2021高考生物一輪復(fù)習(xí)新人教版教案：第10單元現(xiàn)代生物科技

第35講基因工程

考點(diǎn)一基因工程的基本工具及操作程序(含PCR技術(shù))

1.基因工程的概念

是指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物以新

的遺傳特性,從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。

2.基因工程的基本工具

⑴限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)

①來源:主要從原核細(xì)胞中分離。

②作用：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核昔酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個

核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷開。

③結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。

(2)DNA連接酶

①作用:將限制酶切割下來的DNA片段拼接成新的DNA分子。

②類型

常用

E?coliDNA連接酶T4DNA連接酶

類型

來源大腸桿菌T,噬菌體

功能只“縫合”黏性末端“縫合”黏性末端和平末端,連接黏性末端的效率更高

結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵

(3)載體

①常用載體的種類:質(zhì)粒、入噬菌體的衍生物、動植物病毒等。

②特點(diǎn)及意義

特點(diǎn)意義

穩(wěn)定并能復(fù)制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大

有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)可攜帶多個或多種外源基因

具有特殊的標(biāo)記基因便于重組DNA的鑒定和選擇

3.基因工程的基本操作程序

(1)目的基因的獲取

①目的基因:主要指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有謖控作用的因子。

從基因文庫中獲取

三種獲

利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因

取方法

利用合成儀用化學(xué)方法人工合成

VDNA____________

(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建一一核心步驟

①構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的

a.使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代。

b.使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

②基因表達(dá)載體的組成及作用

I的基因:能夠控制特定性狀

?扈亞:RNA聚合醉識別和結(jié)合位點(diǎn)

表達(dá)載體

?終止子:塑的終點(diǎn)，在轉(zhuǎn)錄過程中起

復(fù)制原點(diǎn)

調(diào)控作用

遠(yuǎn)幽:鑒別和篩選含有目的基因的受體細(xì)胞

③基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程

載體DNA分子(含目的基因)

k同種限制醒切割一|

產(chǎn)生相同的黏性末端

基因表達(dá)載體

(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

①轉(zhuǎn)化含義:目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。

②轉(zhuǎn)化方法

生物類型植物動物微生物

大腸桿菌或

受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵

酵母菌等

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、

感受態(tài)

常用方法基因槍法、花粉顯微注射法

細(xì)胞法

管通道法

(4)目的基因的檢測與鑒定

①檢測:分子水平

a.檢測是否導(dǎo)入目的基因:DNA分子雜交技術(shù)（DNA探針與轉(zhuǎn)基因生物DNA雜交）。

b.檢測是否轉(zhuǎn)錄:分子雜交技術(shù)（DNA探針與轉(zhuǎn)基因生物mRNA雜交）。

c.檢測是否翻譯:抗原一抗體雜交。

②鑒定（個體水平）生物性狀的表達(dá)與否：目的基因是否表達(dá)。

4.PCR技術(shù)

⑴原理:DNA雙鏈復(fù)制。

（2）條件

①模板:DNA母鏈。

②酶:Taq酶。

③引物:分別與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合。

④原料:分別為dCTP、dATP、dGTP、dTTP。

⑶過程（如圖）

yIIII1IIIIIIy

［約95七S',,,11JJJJJJ3；

3,111111111115'5*111ITirirTT,S,引物I引物D

圖1圖2

y..................iTTyIIIIIIIIlTTg>

引物I引物II

圖3

①變性:當(dāng)溫度上升到90℃以上時,雙鏈DNA解聚為單鏈,如圖lo

②復(fù)性:溫度下降到50℃左右,兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對與兩條單鏈DNA結(jié)合,如圖2?

③延伸:富℃左右時,TaqDNA聚合酶有最大活性，在引物作用下合成子鏈，如圖3。

（4）結(jié)果:上述三步反應(yīng)完成后,一個DNA分子就變成了兩個DNA分子,隨著重復(fù)次數(shù)的增

多,DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。

L思考并補(bǔ)充基因工程技術(shù)使用限制酶需注意的問題。

⑴獲取目的基因和切割載體時，經(jīng)常使用同一種限制酶（也可使用能切出相同末端的不同限

制酶），目的是產(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。

（2）獲取一個目的基因需限制酶切割兩次,共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。

（3）o

（4）o

提示：（3）限制酶切割位點(diǎn)的選擇,必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測

(4)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和

質(zhì)粒

2.非洲爪蟾核糖體蛋白基因可以與質(zhì)粒重組,并且在大腸桿菌細(xì)胞中表達(dá),其遺傳學(xué)基礎(chǔ)是

什么？

提示:非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒均具有相同的組成單位和雙螺旋結(jié)構(gòu)，且不同生物的

密碼子相同。

3.用箭頭及簡要的文字簡述基因組文庫和部分基因文庫構(gòu)建過程。

分別與載體

提示:基因組文庫的構(gòu)建過程為:某種生物全部DNA網(wǎng)也許多DNA片段連接導(dǎo)入“受體菌

群體。

與載體

部分基因文庫的構(gòu)建過程為:某種生物發(fā)育的某個時期的mRNA^UcDNA片段連接導(dǎo)入■受

體菌群體。

4.思考并表述在基因工程的基本操作步驟中，哪些步驟發(fā)生了堿基互補(bǔ)配對？

提示:第一步中，堿基互補(bǔ)配對發(fā)生在用反轉(zhuǎn)錄法合成目的基因或PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的

過程中;第二步中,堿基互補(bǔ)配對發(fā)生在黏性末端相互連接過程中;第四步目的基因的檢測與

鑒定步驟中分子雜交及基因表達(dá)時存在堿基互補(bǔ)配對。

5.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上,能否穩(wěn)定遺傳?說明理由。

提示:一般不能。因?yàn)閮H把目的基因整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上,細(xì)胞分裂可能導(dǎo)致目

的基因丟失,因此無法穩(wěn)定遺傳。

6.動物基因工程中，為何常選用動物的受精卵作為受體細(xì)胞？

提示:受精卵的全能性高,能使目的基因在相應(yīng)的組織和器官中得以表達(dá)。

題型一考查基因工程的操作工具

1.質(zhì)粒之所以能作為基因工程的載體，其理由是(D)

A.含蛋白質(zhì)，從而能完成生命活動

B.具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)而保持連續(xù)性

C.RNA能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

D.能夠自我復(fù)制，能攜帶目的基因

解析:質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并能自我復(fù)制的雙鏈環(huán)狀

DNA分子。其上有一個至多個限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn),供一種或多種外源DNA片段插入。

攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA

進(jìn)行同步復(fù)制。止匕外,質(zhì)粒DNA上有特殊的遺傳標(biāo)記基因。

2.基因工程是DNA分子水平的操作，下列有關(guān)基因工程的敘述，錯誤的是（A）

A.限制性核酸內(nèi)切酶只用于切割獲取目的基因

B.載體與目的基因必須具有相同的黏性末端,才能被DNA連接酶連接

C.基因工程所用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶

D.T4DNA連接酶既可以連接黏性末端，又可以連接平末端

解析:在基因工程中，需要用限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和載體;在將具有互補(bǔ)黏性末端

的DNA片段連接時需要DNA連接酶;。DNA連接酶既可以連接黏性末端,又可以連接平末端。

3.（2015?福建卷）GDNF是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，對損傷的神經(jīng)細(xì)胞具有營養(yǎng)和保護(hù)作用。研究

人員構(gòu)建了含GDNF基因的表達(dá)載體（如圖1所示），并導(dǎo)入到大鼠神經(jīng)干細(xì)胞中，用于干細(xì)胞

基因治療的研究。請回答：

反向連接

注:bp表示堿基對;載體和基因片段上的小箭頭

示相關(guān)限制醉的酶切位點(diǎn)

圖1

載體醯切電泳分析圖譜

注表示電泳條帶

①、②、③《示電泳泳道

圖2

（1）在分離和培養(yǎng)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的過程中，使用胰蛋白酶的目的是

（2）構(gòu)建含GDNF基因的表達(dá)載體時,需選擇圖1中的限制酶進(jìn)行酶切。

（3）經(jīng)酶切后的載體和GDNF基因進(jìn)行連接,連接產(chǎn)物經(jīng)篩選得到的載體主要有3種:單個載體

自連、GDNF基因與載體正向連接、GDNF基因與載體反向連接（如圖1所示）。為鑒定這3種

連接方式,選擇HpaI酶和BamHI酶對篩選得到的載體進(jìn)行雙酶切,并對酶切后的DNA片段

進(jìn)行電泳分析,結(jié)果如圖2所示。圖中第泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。

（4）將正向連接的表達(dá)載體導(dǎo)入神經(jīng)干細(xì)胞后,為了檢測GDNF基因是否成功表達(dá),可用相應(yīng)

的與提取的蛋白質(zhì)雜交。當(dāng)培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞達(dá)到一定密度時,需進(jìn)行培

養(yǎng)以得到更多數(shù)量的細(xì)胞,用于神經(jīng)干細(xì)胞移植治療實(shí)驗(yàn)。

解析：（1）因動物細(xì)胞體外培養(yǎng)時有接觸抑制現(xiàn)象,故需用胰蛋白酶處理動物組織,使細(xì)胞分

散開。⑵目的基因兩端及載體DNA分子中均有XhoI酶識別的核甘酸序列,故構(gòu)建基因表達(dá)

載體時,應(yīng)用XhoI酶切割DNA分子。（3）據(jù)圖可知,載體和GDNF基因的長度分別是6000bp

和700bp,當(dāng)載體自連時有XhoI限制酶和HpaI限制酶酶切位點(diǎn)，當(dāng)選擇HpaI限制酶和

BamHI限制酶進(jìn)行雙酶切時，只能得到一段長度為6000bp的條帶,對應(yīng)第①泳道;當(dāng)正向

連接時限制酶的酶切位點(diǎn)依次為HpaI—XhoI—BamHI—XhoI,它們之間的距離分別為

100bp、600bp、100bp,當(dāng)選擇HpaI限制酶和BamHI限制酶進(jìn)行雙酶切時,會產(chǎn)生一段

長度為100bp+600bp即700bp的條帶,對應(yīng)第②泳道;當(dāng)反向連接時限制酶的酶切位點(diǎn)依

次為HpaI一XhoI一BamHI一XhoI,它們之間的距離分別為100bp、100bp、600bp,當(dāng)

選擇HpaI限制酶和BamHI限制酶進(jìn)行雙酶切時,會產(chǎn)生一段長度為100bp+100bp即200bp

的條帶,對應(yīng)第③泳道。（4）為了檢測目的基因（GDNF基因）是否成功表達(dá),可采取抗原一抗體

雜交技術(shù)。動物細(xì)胞具有貼壁生長和接觸抑制的特點(diǎn),所以當(dāng)培養(yǎng)的細(xì)胞達(dá)到一定密度時，

應(yīng)采取傳代培養(yǎng)以獲得更多數(shù)量的細(xì)胞。

答案：（1）使細(xì)胞分散開（2）XhoI（3）②（4）抗體傳代

（1）與基因工程相關(guān)的幾種酶的比較

名稱作用部位作用底物作用結(jié)果

磷酸二酯

限制酶DNA將DNA切成兩個片段

鍵

DNA磷酸二酯

DNA片段將兩個DNA片段連接為一個DNA分子

連接酶鍵

DNA磷酸二酯脫氧核昔以單鏈DNA為模板,將單個脫氧核甘酸依次連接到單鏈

聚合酶鍵酸末端

DNA（水磷酸二酯

DNA將DNA片段水解為單個脫氧核昔酸

解）酶鍵

（2）載體上標(biāo)記基因的標(biāo)記原理

載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)

抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),

使受體細(xì)胞具有抵抗相應(yīng)抗生素的能力，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可

以篩選出轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞,具體示例如圖所示:

在含有氨節(jié)青霉素

的培養(yǎng)基上培養(yǎng)'

只有含有載體，并

含有抗氨芾

且載體上的基因

青霉素基因大腸桿菌中有的有

表達(dá)的大腸桿菌

的質(zhì)粒載體進(jìn)人,有的沒

才能存活并增殖

有載體進(jìn)入

題型二基因工程的操作程序

4.科研人員以抗四環(huán)素基因?yàn)闃?biāo)記基因,通過基因工程的方法讓大腸桿菌生產(chǎn)鼠的B-珠蛋

白，治療鼠的鐮刀型細(xì)胞貧血癥。下列相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，不合理的是（C）

A.利用小鼠DNA分子通過PCR克隆出8-珠蛋白基因的編碼序列

B.基因表達(dá)載體包括啟動子、抗四環(huán)素基因等

C.用C『處理大腸桿菌后，將表達(dá)載體導(dǎo)入具有四環(huán)素抗性基因的大腸桿菌中

D.用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基篩選出已經(jīng)導(dǎo)入B珠蛋白編碼序列的大腸桿菌

解析：由于標(biāo)記基因是抗四環(huán)素基因,所以受體細(xì)胞在沒導(dǎo)入基因表達(dá)載體前不能存在四環(huán)

素抗性基因,否則就無法檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。

5.在用基因工程技術(shù)培育抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是（A）

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(dǎo)入煙草體細(xì)胞或受精卵

D.用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞

解析:限制性核酸內(nèi)切酶切割的是DNA,而煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)為RNAo

6.（2019?湖南郴州二模）甘蔗黃葉綜合癥是一種由甘蔗黃葉病毒所引起的禾本科植物病毒，

科學(xué)家通過甘蔗黃葉病毒外殼蛋白基因（簡稱CP蛋白基因）轉(zhuǎn)化植物來獲得抗病轉(zhuǎn)基因新品

種。

⑴首先從甘蔗黃葉綜合癥的病葉中提取RNA,此過程中為了防止RNA被分解,需加入

抑制劑，以提取的RNA為模板通過獲得cDNAo

（2）對獲取的cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,在此反應(yīng)體系中，除了模板DNA、dNTP外,還需加

入,獲得大量的cDNA需要在4℃的低溫下保存?zhèn)溆?，原?/p>

是O

（3）將cDNA和質(zhì)粒用同一種限制酶切害I,產(chǎn)生相同的平末端,再用（填

“E?coliDNA連接酶”或“T&DNA連接酶”）將二者進(jìn)行連接。在培養(yǎng)基上接種培養(yǎng)大腸桿

菌作為受體細(xì)胞，同時加入一定量的CaCL低溫冷卻液，目的是制備細(xì)胞,其具

有的特殊功能是

（4）為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，并從血清中分離獲

得—作為檢測劑。

解析：（l）RNA酶可將RNA水解，因此為了防止RNA被分解,需加入RNA酶抑制劑；以RNA為模

板獲得cDNA的過程稱為反轉(zhuǎn)錄。

（2）采用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時的條件有:模板DNA、dNTP、引物、Taq酶（熱穩(wěn)定DNA聚合

酶）；獲得大量的cDNA需要在4℃的低溫下保存?zhèn)溆?，原因是高溫條件下，易使DNA分子中的

氫鍵斷裂,雙螺旋結(jié)構(gòu)打開而發(fā)生變性。

（3）DNA連接酶包括E-coliDNA連接酶、T4DNA連接酶,這二者都能連接黏性末端,此外T,DNA

連接酶還可以連接平末端。用CaCL處理微生物細(xì)胞可使其成為感受態(tài)細(xì)胞,其具有的特殊

功能是能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子。

（4）為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，并從血清中分離獲

得CP蛋白抗體（黃葉病毒外殼蛋白抗體）作為檢測劑。

答案：（1）RNA酶反轉(zhuǎn)錄（2）引物、Taq酶（熱穩(wěn)定DNA聚合酶）高溫條件下，易使DNA分

子中的氫鍵斷裂,雙螺旋結(jié)構(gòu)打開而發(fā)生變性（3）~DNA連接酶感受態(tài)能吸收周圍環(huán)境

中的DNA分子（4）CP蛋白抗體（黃葉病毒外殼蛋白抗體）

7.（2013?福建卷）克隆豬成功率較低,與早期胚胎細(xì)胞的異常凋亡有關(guān)。Bcl_2基因是細(xì)胞

凋亡抑制基因,用PCR技術(shù)可以檢測該基因轉(zhuǎn)錄水平,進(jìn)而了解該基因與不同胚胎時期細(xì)胞

凋亡的關(guān)系?？寺∝i的培育及該基因轉(zhuǎn)錄水平檢測流程如下圖。

卵母細(xì)胞、核移植L重組早期胚胎移植受體

良種豬一體細(xì)胞/細(xì)胞胚胎子宮

不同發(fā)育時期

提取

總mRNA』-cDNA史小堇囂

產(chǎn)物

請回答：

(1)圖中重組細(xì)胞的細(xì)胞核來自細(xì)胞,早期胚胎移入受體子宮后繼續(xù)發(fā)育,經(jīng)桑福

胚、囊胚和胚最終發(fā)育為克隆豬。

(2)在PCR過程中可檢測出cDNA中Be1-2eDNA的分子數(shù),進(jìn)而計(jì)算總mRNA中Be1-2mRNA

的分子數(shù),從而反映出Be1-2基因的轉(zhuǎn)錄水平。

①圖中X表示過程。

②從基因組數(shù)據(jù)庫中查詢Bcl_2mRNA的核昔酸序列，以便根據(jù)這一序列設(shè)計(jì)合成用

于PCR擴(kuò)增,PCR過程第一輪循環(huán)的模板是。

解析：(1)重組細(xì)胞的細(xì)胞核來自具有優(yōu)良性狀的親本,據(jù)圖知,應(yīng)由良種豬提供細(xì)胞核,所以

細(xì)胞核來自良種豬的體細(xì)胞;早期胚胎發(fā)育經(jīng)過桑福胚、囊胚和原腸胚等階段,最終發(fā)育為個

體。(2)①圖中X過程是由mRNA得到cDNA,屬于反轉(zhuǎn)錄。②利用PCR技術(shù)獲取目的基因的前

提是要有一段已知目的基因的核甘酸序歹U,以便根據(jù)這一序列合成引物，用于PCR擴(kuò)增。模板

是目的基因，即Be1-2eDNAo

答案：(1)體原腸

(2)①反轉(zhuǎn)錄②引物Bel-2cDNA

基因工程操作的四個易錯點(diǎn)

(1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的,基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應(yīng)

插入啟動子與終止子之間的部位。

(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象。

(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理:農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞,并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體

細(xì)胞染色體的DNA上。

(4)啟動子力起始密碼子,終止子W終止密碼子

啟動子和終止子位于DNA片段上,分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止;起始密碼子和終止密碼

子位于mRNA上,分別控制翻譯過程的啟動和終止。

考點(diǎn)二基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

1.基因工程的應(yīng)用

(1)植物基因工程

①培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物:用于殺蟲的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉

酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。

②抗病轉(zhuǎn)基因植物:使用最多的是病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因。

③抗逆轉(zhuǎn)基因植物:抗逆基因有抗量基因、抗除草劑基因等。

④利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)：如提高玉米中某種氨基酸含量、延長番茄儲存時間、培育逝

花色的矮牽牛等。

(2)動物基因工程

①提高動物生長速度:將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，可以提高產(chǎn)量。

②用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì):將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,可以使轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中

乳糖的含量大大降低。

③用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物:將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,

培育乳腺生物反應(yīng)器。

④用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體。

(3)基因工程藥品

①受體細(xì)胞:多為原核細(xì)胞。原因是其繁殖快,多為單個細(xì)胞,遺傳物質(zhì)相對較少。

②方式:利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)藥品。

③成果:利用“工程菌”可生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。

(4)基因治療

①概念:把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,達(dá)到治療疾病的目的。

②類型：體外基因治療和體內(nèi)基因治療。

③實(shí)質(zhì)：正?；虻谋磉_(dá)掩蓋病變基因的表達(dá),達(dá)到治療疾病的目的。

④成果:將腺甘酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的逖巴細(xì)胞中，治療復(fù)合型免疫缺陷癥。

2.蛋白質(zhì)工程

(1)目標(biāo):根據(jù)人們的需要對垂直質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),從而制造一種新的蛋白質(zhì)。

(2)操作對象:基因,方法:基因修飾或基因合成。

(3)流程圖

寫出流程圖中字母代表的含義：

A.1W，B.W,C.分子設(shè)計(jì),D.多肽鏈,E.預(yù)期功能。

(4)應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,改良生物性狀。

1.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的已整合藥用蛋白基因的轉(zhuǎn)基因小鼠,分泌的乳汁中檢測不到藥用蛋

白，根據(jù)中心法則分析,其可能的原因是什么？

提示:藥用蛋白基因沒有轉(zhuǎn)錄或翻譯。

2.幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分,幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁

質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力。在進(jìn)行基因工程操作時,若要從植物體中

提取幾丁質(zhì)酶的mRNA,常選用嫩葉而不選用老葉作為實(shí)驗(yàn)材料,原因是什么？

提示:嫩葉組織細(xì)胞易破碎。

3.對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,還是通過對基因的操作

來實(shí)現(xiàn)?原因是什么？

提示:通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造。原因是任何蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,

改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造,而且改造過的基因可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接進(jìn)

行改造，即使改造成功了，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳。

4.絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，簡要表述酶工程與蛋白質(zhì)工程有何區(qū)別和聯(lián)系？

提示:酶工程的重點(diǎn)在于對己存在的酶的合成充分利用，而蛋白質(zhì)工程則是對已存在的蛋白

質(zhì)進(jìn)行修飾改造或制造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。酶工程是蛋白質(zhì)工程的一部分。

題型一基因工程的應(yīng)用

1.如圖是將人的生長激素基因?qū)爰?xì)菌B細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”的示意圖。已知細(xì)菌B細(xì)胞

內(nèi)不含質(zhì)粒A,也不含質(zhì)粒A上的基因。判斷下列說法正確的是(C)

A.將重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌B常用的方法是顯微注射法

B.將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有氨葦青霉素的培養(yǎng)基上,能生長的只有導(dǎo)入了重組質(zhì)

粒的細(xì)菌

C.將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上,能生長的是導(dǎo)入了質(zhì)粒A的細(xì)菌

D.目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是受體細(xì)胞能在含有氨葦青霉素的培養(yǎng)基上生長

解析:將基因表達(dá)載體導(dǎo)入細(xì)菌B之前,一般要先用Ca"處理細(xì)菌細(xì)胞，使之處于感受態(tài),從而

能夠吸收重組質(zhì)粒,顯微注射法是將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞常用的方法;質(zhì)粒A中含有抗四

環(huán)素基因和抗氨葦青霉素基因,而重組質(zhì)粒中抗四環(huán)素基因被破壞,只含抗氨葦青霉素基因，

則在含有氨茉青霉素的培養(yǎng)基上能生長的是導(dǎo)入質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒的細(xì)菌,能在含有四環(huán)素

的培養(yǎng)基上生長的是導(dǎo)入了質(zhì)粒A的細(xì)菌;根據(jù)題干信息分析，目的基因(人的生長激素基因)

成功表達(dá)的標(biāo)志是受體細(xì)胞能產(chǎn)生人的生長激素。

2.下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是(C)

A.器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題

B.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小和血管分布與人的極為相似

C.靈長類動物體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒少于豬

D.無論以哪種動物作為供體,都需要在其基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因

的表達(dá),或設(shè)法除去抗原決定基因

解析:豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物;為解決免疫排斥問題,應(yīng)

在器官供體基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子,或設(shè)法除去抗原決定基因，以培育出沒有免疫排斥

反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。

3.(2019?河北衡水中學(xué)聯(lián)考)人胰島素由A、B兩條肽鏈構(gòu)成。研究人員用大腸桿菌作生產(chǎn)

菌,利用基因工程技術(shù)分別生產(chǎn)兩條肽鏈,并在體外將兩條肽鏈加工成胰島素。請回答下列問

題：

(1)由A、B兩條肽鏈可推導(dǎo)出A、B基因的堿基序歹山依據(jù)是

因?yàn)锳、B基因中的脫氧核甘酸數(shù)較少，因此常用的方法獲取目的基因。

(2)在基因表達(dá)載體中,標(biāo)記基因的作用是—o

基因工程中不能將A、B基因直接導(dǎo)入大腸桿菌的原因是

(3)檢測A、B基因是否導(dǎo)入受體菌時，常用作探針。若A、B

基因表達(dá)的肽鏈中氨基酸數(shù)目增多,肽鏈后延,則需對A、B基因進(jìn)行改造,這個改造是

(4)引導(dǎo)肽是由引導(dǎo)肽基因控制合成的一段多肽序列，若在A、B肽鏈的前端加上引導(dǎo)肽序列

后，可將A、B肽鏈引導(dǎo)到大腸桿菌的細(xì)胞膜外，便于A、B肽鏈提取。為實(shí)現(xiàn)上述目的，在基

因?qū)用娴牟僮魇恰Ｔ谝院蟮捏w外加工過程中，需要用

切除引導(dǎo)肽。

解析：（1）因肽鏈中的氨基酸是由密碼子決定的,基因在表達(dá)過程中遵循堿基互補(bǔ)配對原則，

所以根據(jù)氨基酸與密碼子的對應(yīng)關(guān)系,可依據(jù)A、B兩條肽鏈中氨基酸的序列推導(dǎo)出mRNA的

堿基序列，進(jìn)而推出A、B基因的堿基序列。因?yàn)锳、B基因中的脫氧核甘酸數(shù)較少，導(dǎo)致A、

B基因較小，因此常用人工合成的方法獲取目的基因。

（2）在基因表達(dá)載體中,標(biāo)記基因的作用是便于重組DNA（目的基因表達(dá)載體）的鑒定和篩選。

由于A、B基因（目的基因）在大腸桿菌（受體菌）中不能穩(wěn)定存在、遺傳和表達(dá),所以基因工程

中不能將A、B基因直接導(dǎo)入大腸桿菌。

（3）探針是將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來,在含有目的基因的DNA片段上,用放射性同

位素等作標(biāo)記而制成。可見，檢測A、B基因是否導(dǎo)入受體菌時，常用放射性物質(zhì)標(biāo)記的A、B

基因作探針。若A、B基因表達(dá)的肽鏈中氨基酸數(shù)目增多，肽鏈后延，說明缺少終止密碼子，

則需在A、B基因上添加上能轉(zhuǎn)錄出終止密碼子的堿基（脫氧核甘酸）序列。

（4）由題可知，將A、B基因連接在引導(dǎo)肽基因后形成融合基因,這個融合基因表達(dá)的產(chǎn)物融合

蛋白的前端為引導(dǎo)肽,可將融合蛋白引導(dǎo)到大腸桿菌的細(xì)胞膜外-在體外加工過程中，用蛋白

酶切除引導(dǎo)肽，便可獲得A、B肽鏈。

答案：（1）氨基酸與密碼子的對應(yīng)關(guān)系人工合成

（2）便于重組DNA（目的基因表達(dá)載體）的鑒定和篩選A、B基因（目的基因）在大腸桿菌中不

能穩(wěn)定遺傳和表達(dá)

（3）放射性物質(zhì)標(biāo)記的A、B基因添加上能轉(zhuǎn)錄出終止密碼子的堿基（脫氧核甘酸）序列

⑷將A、B基因連接在引導(dǎo)肽基因后蛋白酶

題型二考查蛋白質(zhì)工程的概念、原理及應(yīng)用等

4.蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點(diǎn)是（B）

A.基因工程原則上能生產(chǎn)任何蛋白質(zhì)

B.蛋白質(zhì)工程能對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì)

C.蛋白質(zhì)工程可以不通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實(shí)現(xiàn)

D.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第三代基因工程

解析:基因工程往往生產(chǎn)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)工程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)和生活需求,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，也需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實(shí)現(xiàn)。

5.(2015?全國n卷)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個氨

基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改

變后的蛋白質(zhì)(PJ不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}：

(1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的進(jìn)行改

造。

(2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得Pi基因的途徑有修飾基因或合成基因。所

獲得的基因表達(dá)時是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括的

復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即:

(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過

和,進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核甘酸序列,據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達(dá)、純

化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物進(jìn)行鑒定。

解析：(1)蛋白質(zhì)的功能由蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)決定,而蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)與氨基酸序列有關(guān)，

因此,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行改造。

(2)P基因與R基因的根本區(qū)別是堿基序列不同，因此可以通過對P基因進(jìn)行修飾獲得R基因,

也可以直接合成R基因。中心法則的內(nèi)容包括遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯。

(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和推測氨基酸

序列,進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列。獲得蛋白質(zhì)之后要對蛋白質(zhì)的生物功能進(jìn)行鑒定。

答案：(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))

(2)PPiDNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNA-RNA、RNA-DNA、RNA-蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、

翻譯)

⑶設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列功能

蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較

(1)區(qū)別

項(xiàng)---------------------------------------------------------------

蛋白質(zhì)工程基因工程

目---------------------------------------------------------------

過預(yù)期蛋白質(zhì)功能一設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)獲取目的基因一基因表達(dá)載體的構(gòu)建一

程一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找到相對應(yīng)的將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一目的基因的

脫氧核甘酸序列檢測與鑒定

實(shí)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類

定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)

質(zhì)所需的生物類型和生物產(chǎn)品

結(jié)

可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)

果

⑵聯(lián)系

①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。

②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。

［構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)］

基

本

〔目的基因的獲取

-

工

具

基因表達(dá)載

體的構(gòu)建

基

一

般

因

一

工

程將目的基因?qū)?/p>

程

序

延受體細(xì)胞

-

伸

目的基因的檢測

與鑒定

丁

基因工程藥物

抗蟲棉

應(yīng)

用

醫(yī)基因工程疫苗

轉(zhuǎn)基因

基因治療

［強(qiáng)化思維表達(dá)］

1.三種工具

⑴限制酶具有特異性,即一種限制酶只能識別特定的堿基序列,并在特定的位點(diǎn)上進(jìn)行切

割。

(2)DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。

⑶質(zhì)粒是常用的載體,它是一種小型的環(huán)狀DNA分子,具有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)及標(biāo)

記基因。

2.四個步驟

(1)目的基因的獲取有從基因文庫中獲取和人工合成兩類方法。

⑵基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因。

(3)目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,導(dǎo)入動物細(xì)胞常用顯微注射法,導(dǎo)入微生物細(xì)

胞常用感受態(tài)細(xì)胞法。

(4)目的基因的檢測與鑒定方法有分子水平的檢測(DNA分子雜交、分子雜交、抗原一抗體雜

交)和個體水平的鑒定。

第36講細(xì)胞工程

考點(diǎn)一植物細(xì)胞工程技術(shù)及其應(yīng)用

1.細(xì)胞工程

(1)操作水平：細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平。

⑵目的:按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。

2.植物細(xì)胞的全能性

⑴概念:具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞,都具有發(fā)育成完整生物隹的潛能。

(2)物質(zhì)基礎(chǔ):細(xì)胞中具有本物種全部遺傳信息。

(3)表達(dá)條件:具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu),處于離體狀態(tài),提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條

件。

3.植物組織培養(yǎng)技術(shù)

(1)原理:植物細(xì)胞的全能性。

(2)條件:無菌和人工控制、人工配制的培養(yǎng)基、適宜的培養(yǎng)條件。

⑶過程

愈傷組織根、芽川"夠

I、光1

4.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

⑴概念:將不同種的植物體細(xì)胞,在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,并把雜種細(xì)胞培育成新的

植物體的技術(shù)。

⑵過程(如圖)

植

物A

細(xì)再分化

胞

B

胞融合

植物細(xì)

素酶和

是纖維

到的酶

體,用

原生質(zhì)

活力的

得具有

壁,獲

細(xì)胞

即去除

過程,

圖中立

:對應(yīng)

①去壁

酶。

果膠

體融合

原生質(zhì)

②誘導(dǎo)

性

流動

定的

有一

膜具

:細(xì)胞

原理

'

激等

、電

振動

離心、

:包括

物理法

(

--

-----

-----

-----