现代生物科技专题第 39 讲基因工程选修3 1简述基因工程的诞生。 2简述基因工程的原理及技术。 3举例说出基因工程的应用。 4简述蛋白质工程。 1(2010浙江)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分子导入原生质体 D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细 胞A 本题考查基因工程的有关知识。限制酶只能切割双链DNA，而烟草花叶病毒的核酸为RNA。 2(2010江苏)下表中列出了几种限制酶识 别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示 相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题： (1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前 后，分别含有 个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma酶 切位点越多，质粒的热稳定性越 。 (3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒， 不能使用Sma切割，原因是 。 (4)与只使用EcoR相比较，使用BamH和 Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA 的优点在于可以防止 。0、2高Sma会破坏质粒的 抗性基因、外源DNA中的目的基因质粒和含目的基因的外源DNA 片段自身环化 (5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与 目的基因片段混合，并加入 酶。 (6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为 了 。 (7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋 白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力 的大肠杆菌突变体，然后在 的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞以蔗糖为惟一含碳营养物质 (1)质粒切割前是双链环状DNA分子，故不含游离的磷酸基团。从图1可知，质粒上只含有一个Sma酶的切点，被该酶切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)G和C含量越多，热稳定性就越高。(3)构建重组质粒时标记基因和目的基因应保持完整。(4)只使用EcoR，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，用DNA连接酶连接时，除会产生重组质粒外，还会产生质粒与质粒、目的基因与目的基因自身连接物。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后，含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖。 工具一、DNA重组技术的基本工具限制性核 酸内切酶载体DNA连接酶限制性核酸内切酶(分子手术刀)来源：主要从原核生物中分离能够识别双链DNA分子的某种特 定核苷酸序列 使两个核苷酸之间的 . 断开作用切割后的末端： 、平末端磷酸二酯键黏性末端DNA连接酶(分子缝合针)Ecoli DNA连接酶：只能连 接 末端 T4DNA连接酶：能“缝合”黏 性末端和平末端功能：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子种类黏性 具有自我复制能力 有 . . 有特殊的遗传标记基因载体(分子运输车)条件种类： 、噬菌体的衍生物、动 植物病毒质粒一个至多个限制性核酸内 切酶的切点 二、基因工程的基本操作程序 基因工 程的应 用三、基因工程的应用转基因植物转基因动物基因工程药物基因治疗转基因植物富含赖氨酸的 . 基因控制番茄果实成熟的基因 与植物花青素代谢有关的基因抗虫转基 因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因 、 淀粉酶抑制基因、植物凝集素基因 抗病转基因植物：抗病毒基因、抗真菌基因其他抗逆转 基因植物调节细胞渗透压的基因 鱼的抗冻蛋白基因 抗除草剂基因改良植物品质蛋白质编码导入某种调节因子或设法 除去 ，没 有免疫排斥反应转基因动物提高动物生长速度： 基因改善畜产品的品质：肠乳糖酶基因用转基因动 物生产药物药用蛋白基因+乳腺蛋白基 因的启动子 乳腺生物反应器或乳房生物 反应器用转基因动物 作器官移植的 供体生长激素抗原决定基因基因工程药物第一种基因工作药物是重组人胰岛素药物包括：细胞因子、抗体、疫苗、激素等体外基因治疗(操作复杂、效果可靠)和体内 基因治疗基因治疗四、蛋白质工程(见疑难指津7) 1.如何理解基因工程的概念别别名基因拼接技术术或DNA重组组技术术 主要技术术体外DNA重组组技术术和转转基因技术术 操作环环境体外 操作水平DNA分子水平 理论论依据基因重组组 基本过过程剪切拼接导导入表达结结果创创造出更符合人们们需要的新的生物类类型 和生物产产品(创创造出人类类需要的基因产产 物) 2.基因工程的载体必须满足什么条件 ？ (1)载体DNA必须有一个或多个限制 酶的切割位点，以便目的基因可以插入到 载体上去。这些供目的基因插入的限制酶 的切点所处的位置，还必须是在质粒本身 需要的基因片段之外，这样才不至于因目 的基因的插入而失活。 (2)载体DNA必须具备自我复制的能力 ，或整合到受体染色体DNA上随染色体 DNA的复制而同步复制。 (3)载体DNA必须带有标记基因，以 便重组后进行重组子的筛选。 (4)载体DNA必须是安全的，不会对 受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞 外的其他生物细胞中去。 (5)载体DNA分子大小应适合，以便 提取和在体外进行操作，太大就不便操作 。 3.构建基因表达载体的过程如何 ？ (1)用一定的限制酶切割质粒， 使其出现一个有黏性末端的切口； (2)用同种限制酶切断目的基因 ，产生相同的黏性末端； (3)将切下的目的基因片段，插入 质粒的切口处，再加入适量DNA连接 酶，使两者结合成重组质粒。 4.目的基因的检测与鉴定类型有哪些？类类 型步骤骤检测检测 内容方法分子 检检 测测第一步目的基因是否导导 入受体细细胞DNA分子杂杂交技术术 (DNA和DNA之间间 )第二步目的基因是否转转 录录出mRNA核酸分子杂杂交技术术 (DNA和mRNA之间间 )第三步目的基因是否翻 译译出蛋白质质蛋白质质分子杂杂交 (抗原抗体之间间)个体水平鉴鉴 定包括抗虫、抗病的接种实验实验 ，以确定 是否有抗性以及抗性程度；基因工程 产产品与天然产产品活性比较较，以确定 功能是否相同等 5.归纳转基因生物与目的基因的关系。转转基因生物目的基因目的基因从何来 抗虫棉Bt毒蛋白基因苏苏云金芽孢孢杆菌抗真菌 立枯丝丝核菌的烟 草几丁质质酶基因 和抗毒素合 成基因抗盐盐碱和干旱作 物调节细调节细 胞渗透 压压的基因耐寒的番茄抗冻冻蛋白基因鱼鱼转转基因生物目的基因目的基因从何来 抗除草剂剂大豆抗除草剂剂基因 增强甜味的水果甜味基因 降低乳糖的奶牛肠肠乳糖酶基因 生产产胰岛岛素的工程 菌人胰岛岛素基因人 6.大肠杆菌能生产糖蛋白吗？ 酵母菌是真核生物，细胞内有内质 网和高尔基体等细胞器，因此能生产糖蛋 白，而干扰素是糖蛋白，故酵母菌细胞能 够生产干扰素；但是大肠杆菌是原核生物 ，细胞内没有这些细胞器，那又怎么能生 产如干扰素等物质呢？ 由哺乳动物细胞分泌的天然干扰 素是糖蛋白，但是这并不意味着由基 因工程技术生产的重组人干扰素就一 定是糖蛋白。据科学家的研究资料显 示，用大肠杆菌生产出来的干扰素是 没有糖链的，但同样能够抑制病毒在 细胞内的增殖，加强巨噬细胞的吞噬 作用和对癌细胞的杀伤作用。可见， 大肠杆菌可以生产干扰素，但没有证 据表明大肠杆菌能生产糖蛋白。 7.蛋白质工程与基因工程有何区别与联系？项项目蛋白质质工程基因工程区 别别过过 程预预期蛋白质质功能设设 计预计预 期的蛋白质结质结 构推测应测应 有的蛋 白质质序列找到对对 应应的氨基酸序列 找到对应对应 的脱氧核 苷酸序列获获取目的基因构建 基因表达载载体将 目的基因导导入受体 细细胞目的基因的 检测检测 与鉴鉴定项项目蛋白质质工程基因工程 区 别别实实 质质定向改造或生产产 人类类所需蛋白 质质定向改造生物的遗传遗传 特 性，以获获得人类类所需 的生物类类型或生物产产 品结结 果生产产自然界没有 的蛋白质质生产产自然界已有的蛋白 质质联联系蛋白质质工程是在基因工程的基础础上，延伸 出来的第二代基因工程。因为对现为对现 有蛋 白质质的改造或制造新的蛋白质质，必须须通 过过基因修饰饰或基因合成实现实现 DNA重组技术的基本工具 下列关于各种酶作用的叙述,不正确的是( ) A.DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧 核糖连接 B.RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗 传信息的转录 C.一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多 种目的基因 D.T4DNA连接酶连接平末端的效率比连接黏性末 端的低C 本题考查限制酶的作用。酶具有 专一性，一种限制酶只能识别一种核 苷酸序列，不过一种限制酶确实可切 割出多种目的基因，因为这些目的基 因可能都含有该种限制酶所能识别的 序列。 下列选项中不是基因工程中经常使用 的用来运载目的基因的载体是( ) A.细菌质粒 B.噬菌体 C.动植物病毒 D.细菌拟核的DNAD 基因工程中经常使用的用来运载目的 基因的载体的种类有：(人工改造的)质 粒；噬菌体的衍生物(也可直接说噬菌 体)；某些动植物病毒等。 同种限制酶切割产生相同的黏性末端， 故基因工程中常用同种限制酶分别切割目的 基因和运载体，以产生相同的黏性末端。不 同种限制酶切割产生的黏性末端可能相同也 可能不同，若产生的黏性末端相同的话，也 可被DNA连接酶催化连接起来。 基因工程的基本操作程序 基因工程的正确操作步骤是( ) 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定 性状要求 获取目的基因 A. B. C. D.C 本题考查基因工程的基本操 作程序。平常要熟记基因工程的“ 四步曲”：目的基因的获取、基因 表达载体的构建、将目的基因导 入受体细胞、目的基因的检测和 鉴定。 以重组DNA技术为核心的基因工程正在改 变着人类的生活。请回答下列问题。 (1)获得目的基因的方法通常包括 . . . 等。 (2)切割和连接DNA分子所使用的酶分别是 和 。(人工合成)和酶切获取(从染色体DNA分离、从 生物细胞分离或从基因文库中获取、用PCR技 术扩增)限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连接酶化学合成 (3)运送目的基因进入受体细胞的载体 一般选用病毒或 ，后者的形状成 . 。 (4)由于重组DNA分子成功导入受体细 胞的频率 ,所以在转化后通常需要进行 操作。 (5)将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌 与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能 和 序列上是相同的。质粒小型环状低筛选氨基酸(双链环状、环状) (1)本题考查基因工程操作的四步程序获取目的 基因的方法可按教材上的三种方法(从基因文库中获 取、利用PCR技术扩增和化学方法人工合成)来回答 。(2)为两种工具酶。(3)所用载体除题中病毒外还可 以是质粒，为小型环状的DNA分子。(4)考查目的基 因检测和筛选