基因工程复习2

1、第第1页页/共共64页页考纲要求考纲要求热点提示热点提示1.基因工程的诞生基因工程的诞生2基因工程的原理及技基因工程的原理及技术术3基因工程的应用基因工程的应用4蛋白质工程蛋白质工程1.基因工程的实质基因工程的实质2基因工程操作的四步基因工程操作的四步曲及其操作实例曲及其操作实例3基因工程在农业、医基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗药生产、疾病诊断和治疗中的应用中的应用4蛋白质工程的一般操蛋白质工程的一般操作过程作过程第第2页页/共共64页页第第3页页/共共64页页第第4页页/共共64页页第第5页页/共共64页页第第6页页/共共64页页第第7页页/共共64页页第第8页页/共共64页页第第

2、9页页/共共64页页小思考：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体细菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。建立基因文库，便于随时获取目的基因。小讨论：构建基因表达载体时，没有加入启动子。小应用：基因治疗一般针对很难用一般药物进行治疗的遗传病。第第10页页/共共64页页1基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。第第11页页/共共64页页2外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信

3、息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码子。第第12页页/共共64页页3基因工程的基本工具限制酶限制酶DNA连接酶连接酶载体载体作用作用切割目的基因和切割目的基因和运载体运载体连接连接DNA片段，形片段，形成重组成重组DNA携带目的基因进入受携带目的基因进入受体细胞体细胞作用作用部位部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键酸二酯键作用作用特点特点(条件条件)(1)识别特定的核识别特定的核苷酸序列苷酸序列(2)在特定位点上在特定位点上切割切割(1)EcoliDNA连接酶连接酶只连接黏性末端只连接黏性末端(2)T4DNA连接酶连连接酶连接黏性末端和平末端接黏

4、性末端和平末端(1)能在宿主细胞内稳能在宿主细胞内稳定存在并大量复制定存在并大量复制(2)有多个限制酶切割有多个限制酶切割位点位点(3)具有特殊的标记基具有特殊的标记基因因常用常用类型类型EcoR 限制酶限制酶Sma限制酶限制酶Ecoli DNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶质粒、噬菌体、动植质粒、噬菌体、动植物病毒物病毒第第13页页/共共64页页DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶作用实质作用实质都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需要是否需要模板模板不需要不需要需要需要连接连接DNA链链双链双链单链单链作用过程作用

5、过程在两个在两个DNA片段之间形片段之间形成磷酸二酯键成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的在的核酸片段的3端端的羟基上，形成磷酸二的羟基上，形成磷酸二酯键酯键作用结果作用结果将存在的将存在的DNA片段连接片段连接成重组成重组DNA分子分子合成新的合成新的DNA分子分子第第14页页/共共64页页一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改造。限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。限制酶和DNA连接酶的比较第第15页页/共共64页页限制酶限

6、制酶DNA连接酶连接酶作用作用切割目的基因或运载体切割目的基因或运载体将两个将两个DNA片段连片段连接接作用过作用过程程基因工程第一、二步都基因工程第一、二步都用到了，且用的是同一用到了，且用的是同一种，目的是产生相同的种，目的是产生相同的黏性末端黏性末端基因工程第二步将基因工程第二步将目的基因与运载体目的基因与运载体连接成重组连接成重组DNA分分子或形成基因表达子或形成基因表达载体载体作用对作用对象象及效果及效果都作用于磷酸二酯键，与氢键无关，但作用效都作用于磷酸二酯键，与氢键无关，但作用效果相反果相反酶的特酶的特性性有催化作用，可重复利用，受温度、有催化作用，可重复利用，受温度、pH等影响

7、等影响第第16页页/共共64页页【例1】(2009年浙江高考)下列关于基因工程的叙述，错误的是()A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达第第17页页/共共64页页解析：目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。运载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组D

8、NA的细胞，不能促进目的基因的表达。答案：D评析： 本题考查基因工程的工具、目的基因的来源及标记基因的作用。第第18页页/共共64页页变式1：除了下列哪一项之外，其余的都是基因工程的运载体所必须具备的条件()A能在宿主细胞中复制并保存B具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C具有标记基因，便于进行筛选D是环形状态的DNA分子解析：原核细胞如细菌的核DNA也是环状DNA，但不能作运载体，因为它不具备A、B、C三个条件。答案：D第第19页页/共共64页页1目的基因的获取(1)从基因文库中获取目的基因优点：有了基因文库，就可以随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。(2)人工合成目的基因

9、第第20页页/共共64页页第第21页页/共共64页页(3)利用PCR技术扩增目的基因PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。目的：通过指数式扩增获取大量的目的基因。第第22页页/共共64页页2基因表达载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因复制原点。第第23页页/共共64页页启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子：一段

10、有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因(目的基因是否导入成功)。(3)基因表达载体的构建方法第第24页页/共共64页页第第25页页/共共64页页3将目的基因导入受体细胞(1)目的：目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)受体细胞种类不同，导入方法不同第第26页页/共共64页页受体细受体细胞种类胞种类方法方法植物植物细胞细胞农杆菌转化法：目的基因插入农杆菌转化法：目的基因插入Ti质粒的质粒的TDNA转入农杆菌转入农杆菌导入植物细胞导入植物细胞稳定维持和表达稳定维持和

11、表达基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法动物动物细胞细胞显微注射法：目的基因的表达载体提纯显微注射法：目的基因的表达载体提纯取卵取卵(受精卵受精卵)显微注射显微注射受精卵发育受精卵发育新性状动物新性状动物微生物微生物细胞细胞Ca2处理受体细胞处理受体细胞感受态细胞感受态细胞表达表达载体与感受态细胞混合载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收感受态细胞吸收DNA分子分子第第27页页/共共64页页(3)受体生物不同，所用的受体细胞种类也不相同a植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整植株)。b动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到严格限制)。(4)转化实质：目的基因整合到受体细胞染色

12、体基因组中。第第28页页/共共64页页4目的基因的检测与鉴定类类型型步骤步骤检测内容检测内容方法方法结果显示结果显示分分子子检检测测导入导入检测检测目的基因是否插目的基因是否插入受体细胞染色入受体细胞染色体的体的DNA上上DNA分子杂交技术分子杂交技术(DNA和和DNA之间之间)是否成功显示是否成功显示出杂交带出杂交带表达表达检测检测目的基因是否转目的基因是否转录出录出mRNA核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术(DNA和和mRNA之间之间)同上同上目的基因是否翻目的基因是否翻译出蛋白质译出蛋白质蛋白质分子杂交蛋白质分子杂交(抗原抗原和抗体之间和抗体之间)同上同上个体生物学水平的个体生物学水平的鉴

13、定鉴定确定是否具有确定是否具有抗性及抗性程度抗性及抗性程度基因工程产品基因工程产品与天然产品的活与天然产品的活性是否相同性是否相同抗虫或抗病的接种实抗虫或抗病的接种实验验基因工程产品与天然基因工程产品与天然产品活性的比较产品活性的比较是否赋予了预是否赋予了预期抗性或蛋白期抗性或蛋白质活性质活性第第29页页/共共64页页比较基因、目的基因、基因文库a基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的结构和功能的基本单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。b目的基因是指基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。 第第30页页/共共64页页c基因文

14、库：是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中而储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着大量的同种基因，为获得大量的目的基因做准备。DNA复制与PCR技术第第31页页/共共64页页DNA复制复制PCR技术技术场所场所主要在细胞核主要在细胞核生物体外生物体外酶酶解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶Taq酶酶运载体运载体不需要不需要不需要不需要遵循原则遵循原则碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对结果结果DNA分子分子DNA分子片段分子片段第第32页页/共共64页页插入的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作运载体

15、的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。两次使用的限制酶为同一种酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接。在整个工程中，只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生配对。 第第33页页/共共64页页第第34页页/共共64页页A过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、CB要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起C如果受体细胞是细菌，可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等D过程中用的原料不含有A、U、G、C第第35页页/共共64页页解析：过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要的原料是A、T、G、C；是目的基因与质粒DNA重组阶段，需要

16、限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起；如果受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；过程是基因的表达过程，原料中含有A、U、G、C。答案：B评析： 本题考查基因工程的操作步骤第第36页页/共共64页页变式2：采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵ABC D第第37页页/共共64页页解析：根据基因工程一般要

17、经历四个步骤分析，上述操作是正确的。将毒素蛋白注射到棉受精卵中，没有获得目的基因，将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中，没有将目的基因与受体细胞结合，所以是错误的操作。答案：C第第38页页/共共64页页1基因工程的应用(1)植物基因工程成果抗虫转基因植物(抗虫棉是转入Bt毒蛋白基因培育的)。抗病转基因植物(病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因)。抗逆转基因植物(生物的抗性基因)。转基因改良植物(营养价值、实用价值、观赏价值)。第第39页页/共共64页页(2)动物基因工程成果提高动物生长速度(外源生长激素基因)。改善畜产品的品质。转基因动物生产药物(牛、山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝

18、血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶)。转基因动物作器官移植的供体(导入调节因子抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因，培育没有免疫排斥反应的转基因克隆器官)。第第40页页/共共64页页(3)基因工程药物来源：主要来自转基因工程菌。成果：淋巴因子、抗体、疫苗、激素等。作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。第第41页页/共共64页页(4)基因治疗概念：是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是目前治疗遗传病最有效的手段。成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。第第42页页/共共64页页方法

19、a体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。b体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。如1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。第第43页页/共共64页页2蛋白质工程(1)概念：是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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。(2)过程：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序

20、列。第第44页页/共共64页页(3)蛋白质工程与基因工程比较项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别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对应的脱找到对应的脱氧核苷酸序列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蛋定向改造或生产人类所需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

21、结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有的蛋一般是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的基础上延伸出来的第二代基因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。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过工程。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现基因修饰或基因合成实现第第45页页/共共64页页动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段，在临床上尚未开展这方面的治疗。DNA分子制作探针进行检测时应检测单链，即将双链DNA分子打开。Bt毒蛋白基因产生

22、Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程生产的。第第46页页/共共64页页由于密码子具有“简并性”，故由某种特定氨基酸序列所推测出的脱氧核苷酸序列可有多种，即逆推所得的基因可有多种。应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：a任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。b对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。第第47页页/共共64页页【例3】科学家将干扰素基因进行定点突变，然后

23、导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为()A基因工程 B蛋白质工程C基因突变 D细胞工程第第48页页/共共64页页解析：基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质；蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改造，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的干扰素也不是天然干扰素，而是经过改造的，是人类所需的蛋白质，因而整

24、个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。答案：B第第49页页/共共64页页评析： 本题考查基因工程的应用第第50页页/共共64页页变式3：近年来基因工程的发展非常迅猛，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法中不正确的是()A用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症B用DNA探针检测病毒性肝炎C用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症D用基因替换的方法治疗21三体综合征第第51页页/共共64页页解析：镰刀型细胞贫血症是由于基因突变引起的疾病，用珠蛋白的DNA探针可以检测到；用DNA探针也可以很方便地检测出肝炎患者的病毒；半乳糖血症是由于体内缺少半乳糖苷转移酶，将带有半乳糖苷转移

25、酶的基因导入半乳糖血症患者的体内，可以治疗这种疾病；21三体综合征是由于患者多了一条21号染色体，不能用基因替换的方法治疗。答案：D第第52页页/共共64页页1(2009年江苏高考)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。第第53页页/共共64页页第第54页页/共共64页页(1)将图中的DNA用Hind、BamH完全酶切后，反应管中有_种DNA片段。(2)图中表示Hind与BamH酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得_种重组质粒；如果换用Bst与BamH酶切，目的基因与质粒连接后可获得_

26、种重组质粒。第第55页页/共共64页页(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_。(4)图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中_对TDNA的降解。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。第第56页页/共共64页页(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基因频率的增长速率。解析：(1)BamH在中有2个切点，Hind在中有1个切点，故可切出4种DNA片段。(2)因Hind切出的

27、末端与BamH切出的末端不同，则重组的质粒有2种。Bst与BamH切出的末端相同，则有1种重组质粒。 第第57页页/共共64页页(3)质粒进入宿主细胞必须能正常复制才能为目的基因的扩增提供必要的条件。(4)因为植物细胞中有能降解TDNA的酶(DNA水解酶)。(5)不同生物的基因不同，表达产物的蛋白质也不同。从而造成人类肠上皮细胞表面无相应毒素蛋白的受体。(6)转基因与非转基因作物混种，可降低抗性作物对害虫的选择性，使害虫种群中的抗性基因频率增长速率减慢。答案：(1)4(2)21(3)复制(4)DNA水解酶(5)表面无相应的特异性受体(6)抗性第第58页页/共共64页页2(2010届济宁期末)胰

28、岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，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，请据图回答有关问题：第第59页页/共共64页页(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)通过DNA合成形成的新基因应与_结合后转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？_ 第第60页页/共共64页页(5)下列关于蛋白质工程的说法，错误的是(

29、)A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构C蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程第第61页页/共共64页页解析：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧

30、核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。 第第62页页/共共64页页(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)运载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因(5)B第第63页页/共共64页页第第64页页/共共64页页第第8页页/