高三生物一轮复习学案1：第36讲 基因工程

第36讲基因工程

I'知识巩固」

一、基因工程的概念

基因工程的别名基因拼接技术或重组技术

操作环境生物体外

操作对象基因

操作水平DNA分子水平

基本过程剪切——拼接——导入一表达

结果人类需要的基因产物

二、DNA重组技术的基本工具

1.”分子手术刀”又叫基因剪刀——限制性核酸内切酶

(I)来源：主要从原核生物中分离。

(2)作用特点：特异性，即识别特定的核昔酸序列，切割特定的切点(切割磷酸二酯键)。

(3)结果：产生黏性末端或平末端。

2.“分子缝合针”又叫基因针线——DNA连接酶

(1)种类和本质：E・c“〃DNA连接酹与T4DNA连接酶，均为蛋白质。

(2)功能上的相同点：均可催化形成磷酸二酯键。

(3)功能不同点：LDNA连接酶可“缝合”黏性末端和平末端，E-coli_OMl连接酶则只能健合

“黏性末端”，不能缝合平末端。

3.“分子运输车”又叫基因的运输工具——基因进入受体细胞的载体

(I)作用：将外源基因送入受体细胞。

(2)具名的条件；能在宿土细胞内豆制并稳定地保存；具有多个限制酶切点；具有某些标记

基因。

(3)种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。

(4)质粒的特点：

①质粒是基因工程中最常用的运载体。

②最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。

③化学本质是小型环状DNA分子。

三、基因工程的基本操作程序

I.目的基因的获取

(1)目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。

(2)获取方法：

①从基因文库中获取：

②利用PCR技术扩增口的基因；

③通过DNA合成仪用化学方法直接合成。

2.基因表达载体的构建

(1)基因表达载体的构建是基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

(2)基因表达载体的组成：除E的基因外，还必须有启动子、终止子和标记基因等。

①启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶识别和结合的

部位。

②标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含tl的基因的细胞筛选由来.

3.将目的基因导入受体细胞

(1)转化：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。

(2)常用方法：

①植物最常用：农杆菌转化法，其次为基因枪法、花粉管通道法。

②动物：最常用显微注射法，其受体细胞通常为受精卵。

③微生.物：感受态细胞法，需用Ca2+处理细胞。

4.目的基因的检测和鉴定

(1)首先要检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。

(2)其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA0

(3)最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质。

(4)有时还需进行个体生物学水平的鉴定。

四、基因工程的应用与蛋白质工程

1.基因工程的应用

技术名称应用

提高动物生长速度来提高产品产量：改善畜产品品质：用转

动物基因工程

基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体

培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物：

植物基因工程

利用转基因改良植物的品质

把正常基因导入病人体内，使其表达产物发挥功能，从而达

基因治疗

到治疗疾病的目的，分为体内基因治疗和体外基因治疗

2.蛋白质工程

(I)根据蛋白质工程的概念,关注两方面的内容：

①蛋白质工程的基础：基因工程。

②蛋白质工程的目标是:根据人们对•蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。

(2)蛋白质工程的手段：对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因来完成。

(3)蛋白质工程的基本途径：

从预期的蛋白质功能出发一自计预期的蛋白质结构-推测应有的氨基酸序列一找到或合成

相应的脱氧核昔酸序列(基伏1).

I•典例分析」

W1](2012•新课标全国卷)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有和。

(2)质粒运载体用EcoRI切割后产生的片段如下：

AATTC......G

G......CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRI切割外，还可用另一种

限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是__________________________________________

________________________________________________________________________U

(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即DNA连接酶和

DNA连接酹。

(4)反转录作用的模板是,产物是。若要在体外获得大量反转录产物，常

采用技术。

(5)基因工程中除质粒外，和________________也可作为运载体。

⑹若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，

原因是。

[例2]某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉醐(Amy)基因a,通过基因工程将a转移到马

铃薯植物中。经检测，Amy在成熟块茎细胞的细胞间隙中发现。请回答：

(1)在基因工程中，a叫,提取它的一个必要步骤是。

它与基因运载工具结合前还必须经过的处理步骤是。

(2)Amy在成熟块茎细胞间隙中的发现，说明细菌的基因a已整合到上图中的|]

或[]结构中。

(3)合成Amy的过程分为转录和翻译两大步骤，Amy合成并分泌到细胞外，定位在细胞间隙

中，参与该过程的细胞器有[]0

(4)Amy的基本组成单位是,各组成单位间靠相连。

(5)以本图比作马铃薯块茎的成熟细胞时该图多画了[]。

[例3)(2013•福建高考)克隆猪成功率较低，与早期胚胎细胞的异常凋亡有关。Bcl-2基因

是细胞凋亡抑制基因，用PCR技术可以检测该基因转录水平，进而了解该基因与不同胚胎

时期细胞凋亡的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如图。

卵母细胞\核赭精环胎硅梢

重组细胞一早期胚胎酸还里受体子宫一克隆猪

良种猪一体细胞/不同发育时期

提取

总mRNA-^-*cDNA-扩增产物

请回答:

(D图中重组细胞的细胞核来自细胞，早期胚胎移入受体子宫后继续发育，经桑根

胚、囊胚和______胚最终发育为克隆猪。

⑵在PCR过程中可检测出cDNA中Bcl-2cDNA的分子数,进而计算总mRNA中Bcl-2mRNA

的分子数，从而反映出&J-2基因的转录水平。

①图中X表示过程。

②从基因组数据库中查询Bcl-2mRNA的核甘酸序列，以便根据这一序列设计合成

用于PCR扩增，PCR过程第一轮循环的模板是。

典例分析『答案」

1、「解析J（DDNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种——黏性末端和

平末端。（2）为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制联切割后形成的黏性末端必须

与EcoRI切割形成的黏性末端相同。（3）DNA连接酶有大肠杆菌DNA连接酶和T4DNA连

接酶两类。（4）反转录的模板是mRNA,产物是DNAo大量扩增反转录产物常采用PCR技

术。（5）在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。（6）经Ca?+处理后

处于感受态的大肠杆菌才易吸收周围环境中的DNA分子。

F答案」（1）黏性末端平末端（2）切割产生的DNA片段末端与1切割产生的相同

（其他合理f答案」也可）（3）大肠杆菌T4（4）mRNA（或RNA）cDNA（或DNA）PCR（5）

噬菌体动植物病毒（其他合理F答案」也可）（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）

的能力极弱（其他合理「答案J也可）

2、f解析」本题主要是把基因工程与细胞的一些基础知识相结合在一起了，巩固了目的基

因的提取,基因运载工具，转录与翻译，细胞的结构与功能等基砧知识。（I）耐高温淀粉酶（Amy）

基因a为目的基因,提取目的基因时要用限制酶切割,并用同种限制酸切割运我体。（2）细

菌的基因能整合到此图的细胞核DNA上和线粒体的DNA上。（3）耐高温淀粉幅（Amy）为分

泌蛋白，其形成过程依次经过了核糖体，内质网，高