基因综合项目工程导学案.doc

专项五 遗传分子基本
时间 -2-24
第二某些 基因工程
一、考纲规定：
1、基因工程诞生（Ⅰ）
2、基因工程原理及技术（含PCR技术）（Ⅱ）
3、基因工程应用（Ⅱ）
4、蛋白质工程（Ⅰ）
二、知识网络：

三、课本填空：
【基因工程概念】
基因工程是指按照人们愿望，进行严格设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新遗传特性，创造出更符合人们需要新生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工，又叫做DNA重组技术。
基因工程原理是
（一）基因工程基本工具：限制酶、DNA连接酶、载体
1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称为限制酶）
（1）来源：重要是从 中分离纯化出来。（真核生物中也有，如：酵母菌）
（2）功能：可以辨认双链DNA分子某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位两个核苷酸之间 断开，因而具备专一性。
大多数限制酶辨认序列由6个核苷酸构成，少数也有4、5、8个构成。
（3）成果：经限制酶切割产生DNA片段末端普通有两种形式： 和 。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶（ DNA连接酶和 DNA连接酶）比较：
①相似点：都缝合磷酸二酯键。
②不同点：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补 末端之间磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端之间效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用异同:
DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有核苷酸片段末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段末端，形成磷酸二酯键。
3.“分子运送车”——载体
（1）载体具备条件：①能在受体细胞中 ，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
②具备一至各种 ，供外源DNA片段插入。
③具备 ，供重组DNA鉴定和选取。（注意：标记基因不一定都是抗性基因）
（2）最惯用载体是 ,它是一种裸露、构造简朴、独立于细菌拟核DNA之外，并具备自我复制能力双链 状DNA分子。（天然质粒常需进行人工改造）
（3）其他载体： 、

(二)基因工程基本操作程序：
基因工程操作程序重要涉及四个环节： 、
、 、

第一步：目基因获取
1.目基因重要是指： 编码 构造基因 。也可以是某些具备 。
2.目基因可以从已有物种中分离出来，也可以用人工办法合成。原核基因常采用直接分离获得，真核基因常采用人工合成。
3.当前惯用获取目基因办法有如下几种：
⑴从基因文库中获取目基因：
基因文库分为 文库（含一种生物所有基因）和 文库（含一种生物一某些基因，如：cDNA文库）
⑵PCR技术扩增目基因
①原理：
②过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；（高温变性）
第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；（低温退火）
第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链合成。（室温延伸）
⑶此外，如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用 办法直接人工合成。
第二步：基因表达载体构建
1.目：使目基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目基因可以表达和发挥作用。
2.构成： 五某些
（1）启动子：是一段有特殊构造DNA片段，位于基因首端，是 辨认和结合部位，能驱动基因转录出mRNA，最后获得所需蛋白质。
（2）终结子：也是一段有特殊构造DNA片段 ，位于基因尾端。使转录在所需要地方停止下来。
（3）标记基因作用：是为了鉴定受体细胞中与否具有 ，从而将具有目基因细胞筛选出来。惯用标记基因是抗生素抗性基因。
第三步：将目基因导入受体细胞
1.转化概念：
是目基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达过程。
2.惯用转化办法：
⑴将目基因导入植物细胞：采用最多办法是 ，另一方面尚有
和 等。
总结：农杆菌转化法中常考点：
①农杆菌在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能
力，如：不能感染玉米、小麦、水稻等单子叶植物。
②当植物体受到损伤时，伤口处细胞分泌 ，吸引土壤农杆菌。
③农杆菌中Ti质粒上 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA上，因而通过转化作用，目基因就可以进入植物细胞，并整合到染色体DNA上。
⑵将目基因导入动物细胞：最惯用办法是 。此办法受体细胞多是 。
⑶将目基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞因素是 繁殖 、多为单细胞、遗传物质相对 ，最惯用原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化办法是：先用 解决细胞，使其成为 细胞 ，再将 重组表达载体DNA分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下增进感受态细胞吸取DNA分子，完毕 过程。
第四步：目基因检测和表达
1.一方面要检测 转基因生物染色体DNA上与否插入了目基因，办法是采用
技术。
2.另一方面还要检测 目基因与否转录出了mRNA，办法是采用 技术 （即用标记目基因作探针与 mRNA杂交，如果显示出杂交带，就表白目基因转录出了mRNA）。
3.最后检测 目基因与否翻译成蛋白质，办法是 。（即从转基因生物中提取 蛋白质，用相应 抗体进行抗原抗体杂交）。
4.除了上述分子检测外，有时还需进行 水平鉴定。（如 转基因抗虫植物与否浮现抗虫性状，需要做 实验）。
（三）基因工程应用
1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，运用转基因改良植物品质。
2.动物基因工程：提高动物生长速度、改进畜产品品质、用转基因动物生产药物（如：乳腺生物反映器）、用转基因动物作器官移植供体。
3.基因工程药物异军突起：抗体、疫苗、激素、淋巴因子等
4.基因治疗：把正常外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。
注意：①基因治疗并非把健康外源基因导入患者所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。
②基因治疗分为体内基因治疗和体外基因治疗。
（四）蛋白质工程概念
1.蛋白质工程是指以蛋白质分子构造规律及其生物功能关系作为基本，通过
，对 进行改造，或制造一种新蛋白质，以满足人类生产和生活需求。（因而蛋白质工程又称为第二代基因工程）
2.基因工程在原则上只能生产自然界已存在蛋白质；蛋白质工程可以生产出自然界中不存在蛋白质。
3.蛋白质工程基本途径：
从 出发，设计预期 ，推测应有 序列，找到相应 （基因）如下图：

举例:如，速效型胰岛素生产

四、典型高考：
1．（北京卷，5）为了增长菊花花色类型，研究者从其她植物中克隆出花色基因C （图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。

下列操作与实验目不符是（　　）
A．用限制性核酸内切酶EcoRI和连接酶构建重组质粒
B．用含C基因农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞
C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化菊花细胞
D．用分子杂交办法检测C基因与否整合到菊花染色体上
2．（新课标Ⅱ卷，38）几丁质是许多真菌细胞壁重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病能力。回答下列问题：
（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，因素是__________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目是__________________________。
（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是__________________________。
（3）若要使目基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目基因导入受体细胞，因素是__________________________（答出两点即可）。
（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成化学键是__________________________。
（5）若获得转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物基因组中）抗真菌病能力没有提高，依照中心法则分析，其也许因素是__________________________。
3．（新课标Ⅰ卷，38）真核生物基因中普通有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具备切除内含子相应RNA序列机制。已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。回答下列问题：
（1）某同窗从人基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其因素是_____________________。
（2）若用家蚕作为表达基因A受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用____________________作为载体，其因素是_____________________。
（3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。由于与家蚕相比，大肠杆菌具备_________________（答出两点即可）等长处。
（4）若要检测基因A与否翻译出蛋白A，可用检测物质是___________________（填“蛋白A基因”或“蛋白A抗体”）。
（5）艾弗里等人肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程先导，如果说她们工作为基因工程理论建立提供了启示，那么，这一启示是_________________________。
4．（新课标Ⅲ卷，38）编码蛋白甲DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段构成，编码蛋白乙和丙序列由序列甲某些片段构成，如图1所示。

回答下列问题：
（1）现要通过基因工程办法获得蛋白乙，若在启动子下游直接接上编码蛋白乙DNA序列（TTCGCTTCT……CAGGAAGGA），则所构建表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，因素是_____________________________________。
（2）某同窗在用PCR技术获取DNA片段B或D过程中，在PCR反映体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为_____________________，加入了________________作为合成DNA原料。
（3）现通过基因工程办法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白与否具备刺激T淋巴细胞增殖作用，某同窗做了如下实验：将一定量含T淋巴细胞培养液平均提成四组，其中三组分别加入等量蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，成果如图2。
①由图2 可知，当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙培养液中T淋巴细胞浓度不再增长，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用办法是__________________。细胞培养过程中，培养箱中普通要维持一定CO2浓度，CO2作用是__________________。
②仅依照图、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少______________（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所编码肽段，则会减少其刺激T淋巴细胞增殖效果。

基因工程典型高考题答案
1、C
2、（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解
（2）在逆转录酶作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对原则可以合成cDNA
（3）目基因无复制原点；目基因无表达所需启动子
（4）磷酸二酯键
（5）目基因转录或翻译异常
3、（1）编码乙DNA序列起始端无ATG，转录出mRNA无起始密码子
（2）模板 dNTP
（3）①进行细胞传代培养 维持培养液是pH ② C

4、（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子相应RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A
（2）噬菌体 噬菌体宿主是细菌，而不是家蚕
（3）繁殖快、容易培养
（4）蛋白A抗体
（5）DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体