基因工程總結(jié)

選修三現(xiàn)代生物技術(shù)專題

專題一基因工程商南縣鹿城中學(xué)朱建國

課標要求知識要求

1）簡述基因工程的誕生 2）簡述基因工程的原理和技術(shù) 3）舉例說出基因工程的應(yīng)用 4）簡述蛋白質(zhì)工程

基因工程概念——是指按照人們的愿望，進行嚴格的設(shè)計，通過體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計和施工的，因此又叫DNA重組技術(shù)。

理論基礎(chǔ)

DNA是遺傳物質(zhì)的證明

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立

遺傳密碼的破譯

工程技術(shù)

基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)

工具酶的發(fā)現(xiàn)

DNA合成和測序技術(shù)的發(fā)現(xiàn)

DNA體外重組的實現(xiàn)

重組DNA表達實驗的成功

第一例轉(zhuǎn)基因動物的問世

PCR技術(shù)的發(fā)明基因工程的別名 基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境 生物體外操作對象 基因操作水平 DNA分子水平基本過程 剪切→拼接→導(dǎo)入→表達結(jié)果 人類需要的基因產(chǎn)物［例1］切取牛的生長激素和人的生長激素基因，用顯微注射技術(shù)將它們分別注入小鼠的受精卵中，從而獲得了“超級鼠”，此項技術(shù)遵循的原理是 A．基因突變：DNA→RNA→蛋白質(zhì) B．基因工程：RNA→RNA→蛋白質(zhì) C．細胞工程：DNA→RNA→蛋白質(zhì)

D．基因工程：DNA→RNA→蛋白質(zhì) 【解析】此題既復(fù)習(xí)中心法則，又考察基因工程。由題所述是把牛和人的生長素基因注入到鼠的受精卵中，應(yīng)屬于基因工程。 【答案】D１．把兔控制血紅蛋白合成的信使RNA加入到大腸桿菌的提取液中，結(jié)果能合成出兔的血紅蛋白，這說明()

A.兔和大腸桿菌共用一套遺傳密碼子

B．大腸桿菌的遺傳物質(zhì)是RNAC．兔的RNA和大腸桿菌的RNA攜帶相同的遺傳信息D．兔控制血紅蛋白合成的基因能進人大腸桿菌2．能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是（）

A．單倍體育種

B．雜交育種

C．基因工程育種

D．多倍體育種3．科學(xué)家用納米技術(shù)制造出一種“生物導(dǎo)彈”，可以攜帶DNA分子。把它注射入組織中，可以通過細胞的內(nèi)吞作用的方式進入細胞內(nèi)，DNA被釋放出來，進入到細胞核內(nèi)，最終整合到細胞染色體中，成為細胞基因組的一部分，DNA整合到細胞染色體中的過程，屬于()

A．基因突變

B．基因重組

C．基因互換

D．染色體變異4．下列何種技術(shù)能有效地打破物種的界限,定向地改造生物的遺傳性狀,培育新的農(nóng)作物優(yōu)良品種

A．基因工程技術(shù)B．誘變育種技術(shù) C．雜交育種技術(shù)

D．組織培養(yǎng)技術(shù)5．生物細胞中含有細胞質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)是（多選()

A.細胞核和染色體B．染色體和核糖體C．線粒體和質(zhì)粒D．線粒體和葉綠體

創(chuàng)新應(yīng)用訓(xùn)練

1.利用基因工程生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段，將人的基因轉(zhuǎn)入細菌細胞；第二階段，將人的基因轉(zhuǎn)入小鼠等動物的細胞。前兩個階段都是進行細胞培養(yǎng)，提取藥物。第三階段，將人的基因轉(zhuǎn)入活的動物體，飼養(yǎng)這些動物，從乳汁或尿液中提取藥物。

（1）將人的基因轉(zhuǎn)入異種生物的細胞或個體內(nèi)，能夠產(chǎn)生藥物蛋白的原理是基因能控制蛋白質(zhì)的合成。 （2）人的基因能和異種生物的基因拼接在一起，是因為它們的分子都具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，都是由四種脫氧核苷酸

構(gòu)成，基因中堿基配對的規(guī)律都是A-TG-C。

（3）人的基因在異種生物細胞中表達成蛋白質(zhì)時，需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟。在翻譯中需要的模板是MRNA，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬運工兼裝配工是轉(zhuǎn)運RNA，將氨基酸通過肽鍵連接成蛋白質(zhì)的場所是核糖體，“翻譯”可理解為將由4個“字母”組成的核酸“語言”翻譯成由20個“字母”組成的蛋白質(zhì)“語言”，從整體來看轉(zhuǎn)運RNA在翻譯中充任著“譯員”。５、

回答有關(guān)真核細胞中遺傳信息及其表達的問題。（1）將同位素標記的尿核苷（尿嘧啶和核糖的結(jié)合物）加入細胞培養(yǎng)液中，不久在細胞核中發(fā)現(xiàn)被標記的mRNA、tRNA、rRNA。（2）將從A細胞中提取的核酸，通過基因工程的方法，轉(zhuǎn)移到另一種細胞B中，當(dāng)轉(zhuǎn)入DNA時，其遺傳信息在B細胞中得到表達并能夠復(fù)制傳給下一代；當(dāng)轉(zhuǎn)入RNA時，在B細胞中雖能合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，但性狀不會遺傳。（3）已知某基因片段堿基排列如右圖。由它控制合成的多肽中含有“—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—賴氨酸—”的氨基酸序列。（脯氨酸的密碼子是：CCU、CCC、CCA、CCG；谷氨酸的是GAA、GAG；賴氨酸的是AAA、AAG；甘氨酸的是GGU、GGC、GGA、GGG。）

翻譯上述多肽的mRNA是由該基因的②鏈轉(zhuǎn)錄的（以圖中①或②表示），此mRNA的堿基排列順序是：-CCUGAAGAGAAG-

-GGACTTCCCTTC-。DNA重組技術(shù)的基本工具

限制性內(nèi)切酶來源：主要從原核生物中分離（分子手術(shù)刀）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并使每一條鏈

中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。

切割后的DNA末端：黏性末端

平末端

DNA連接酶

功能：將切下來的DNA片段拼接成新的DNA分子（分子縫合針）

種類

T4DNA連接酶：既能“縫合”雙鏈DNA片段互補的黏性末端，

也能“縫合”雙鏈DNA的平末端

E·coliDNA連接酶：只能將雙鏈片段互補的黏性末端連接

基因進入受體細胞的載體

條件：

能在宿主細胞中保存下來并大量復(fù)制（分子運輸車）

有一個至多個限制酶切割點，

有特殊的遺傳標記基因，便于篩選。

種類：

質(zhì)粒（常用）

λ噬菌體的衍生物

動植物病毒重難熱點歸納限制性內(nèi)切酶的功能黏性末端和平末端DNA連接酶與DNA聚合酶的區(qū)別載體必須具備的條件質(zhì)粒與質(zhì)體的區(qū)別常用的載體下圖表示限制酶切割某DNA的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列及切點是（）A．CTTAAG，切點在C和T之間

B．CTTAAG，切點在G和A之間

C．GAATTC，切點在G和A之間D．CTTAAC，切點在C和T之間 【解析】由圖不難看出該限制酶識別的堿基序列是GAATTC，切點是G與A之間。

1．在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”、“針

線”和“載體”分別是指()

A.大腸桿菌病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶

B.噬菌體、質(zhì)粒、DNA連接酶

C.DNA限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒

D.DNA限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒2.不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是

A．能復(fù)制

B.有多個限制酶切點

C．具有標記基因D．它是環(huán)狀DNA3．質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，它的主要特點是 ①能自主復(fù)制②不能自主復(fù)制③結(jié)構(gòu)很?、艿鞍踪|(zhì)⑤環(huán)狀RNA⑥環(huán)狀DNA

⑦能“友好”地“借居” A．①③⑤⑦ B．①④⑥

C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦．4.有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（）A.DNA連接酶將黏性未端堿基對連接起來B.限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得C．目的基因須由載體導(dǎo)入受體細胞D．人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶5．實施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別DNA子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應(yīng)用了酶的（）

A．高效性

B.

專一性

C．多樣性

D.

催化活性受外界條件影響6.人們常選用細菌質(zhì)粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是A.提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐藥性

B.有利于對目的基因是否導(dǎo)入進行檢測C.增加質(zhì)粒分子的分子量D．便于與外源基因連接7.下列屬于基因載體所必須具有的條件是（多選）（）

A、具有某些標志基因 B、具有環(huán)狀的DNA分子

C、能夠在宿主細胞內(nèi)復(fù)制 D、具有多種限制性內(nèi)切酶8.下列哪些可作為基因工程技術(shù)中常用的基因運載工具（多選）

（） A．大腸桿菌B．質(zhì)粒

C．動物病毒D．線粒體9.在重組DNA技術(shù)中，不常用到的酶是 A、限制性內(nèi)切酶

B、DNA聚合酶 C、DNA連接酶

D、反轉(zhuǎn)錄酶 10.多數(shù)限制性核酸內(nèi)切酶切割后的DNA末端為

A、平頭末端

B、3突出端

C、5突出末端

D、粘性末端

11.在基因工程中通常所使用的質(zhì)粒是

A、細菌的染色體DNA

B、細菌染色體外的DNA

C、病毒染色體DNA

D、噬菌體DNA 12.鐮刀型細胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是 A.解旋酶

B.DNA連接酶

C.限制性內(nèi)切酶

D、RNA聚合酶創(chuàng)新應(yīng)用訓(xùn)練1.番茄在運輸和貯藏過程中，由于過早成熟而易腐爛。應(yīng)用基因工程技術(shù)，通過抑制某種促進果實成熟激素的合成，可使番茄貯藏時間延長，培育成耐貯藏的番茄新品種。這種轉(zhuǎn)基因番茄已于1993年在美國上市，請回答：

（1）促進果實成熟的重要激素是乙烯。（2）在培育轉(zhuǎn)基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是限制性內(nèi)切酶，基因的“針線”是DNA連接酶，基因的“運輸工具”是載體（3）與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程來培育新品種的主要優(yōu)點是目的性強、育種周期短和克服遠源雜交的障礙。2、限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個切點，在目的基因的兩側(cè)各有一個酶Ⅱ的切點。（1）請畫出質(zhì)粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。（2）請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互補的）目的基因的獲取目的基因：指編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因方法：從基因文庫中獲?。?基因文庫基因組文庫部分基因文庫） 人工合成利用PCR技術(shù)擴增目的基因 PCR：是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 目的：獲取大量的目的基因原理：DNA復(fù)制過程

基因表達載體的構(gòu)建（基因工程的核心）目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用?；虮磉_載體的組成：

目的基因：

啟動子：終止子： 標記基因：

將目的基因?qū)胧荏w細胞

轉(zhuǎn)化：目的基因進入受體細胞內(nèi)并在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程方法：導(dǎo)入植物細胞的方法： 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法 花粉通道法導(dǎo)入動物細胞的方法：顯微注射技術(shù)導(dǎo)入微生物的方法：

目的基因的檢測和鑒定檢測：

檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體上是否插入了目的基因

方法：分子雜交技術(shù)（DNA探針+轉(zhuǎn)基因生物DNA） 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄

方法：分子雜交技術(shù)（DNA探針+轉(zhuǎn)基因生物mRNA） 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗原—抗體雜交鑒定：對生物進行個體水平的鑒定知識拓展

1．外顯子與內(nèi)含子

一般來說，結(jié)構(gòu)基因都是由外顯子和內(nèi)含子組成，但是，外顯子和內(nèi)含子的關(guān)系不是完全固定不變的。有時同一條DNA鏈上的某一段DNA序列，當(dāng)它作為編碼某多肽鏈的基因時是外顯子，而作為編碼另一多肽鏈的基因時，則是內(nèi)含子，結(jié)果是同一基因可以同時轉(zhuǎn)錄為兩種或兩種以上的mRNA。

2．原核細胞的基因結(jié)構(gòu)與真核細胞的基因結(jié)構(gòu)的異同點

原核細胞的基因 真核細胞的基因不同點 編碼區(qū)連續(xù)；結(jié)構(gòu)簡單 編碼區(qū)有間隔，不連續(xù)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜相同點 都有編碼區(qū)和非編碼區(qū)；編碼區(qū)都有調(diào)控遺傳信息表達的核苷酸序列；編碼區(qū)上游都有與RNA聚合酶結(jié)合的位點目的基因與運載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）

↓將目的基因?qū)胧荏w細胞

受體細胞：細菌

↓氯化鈣

細胞壁的通透性增大

↓

重組質(zhì)粒進入受體細胞

↓

目的基因隨受體細胞的繁殖而復(fù)制經(jīng)典例題剖析［例1］下列有關(guān)基因工程技術(shù)的正確敘述是

A．重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載體 B．所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列

C．選用細菌作為重組質(zhì)粒的受體細胞是因為細菌繁殖快 D．只要目的基因進入了受體細胞就能成功實現(xiàn)表達 【解析】基因操作的工具有限制酶、連接酶，一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列。運載體是基因的運輸工具，目的基因進入受體細胞后，受體細胞表現(xiàn)出特定的性狀，才說明目的基因完成了表達，基因工程的結(jié)果是讓目的基因完成表達，生產(chǎn)出目的基因的產(chǎn)物，選擇受體細胞的重要條件就是能夠快速繁殖。［例2］應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到探測疾病的目的?；蛱结樖侵?/p>

A．用于檢測疾病的醫(yī)療器械

B．用放射性同位素或熒光分子等標記的

DNA分子

C．合成β—球蛋白的DNA

D．合成苯丙羥化酶DNA片段 【解析】基因診斷是用放射性同位素、熒光分子等標記的DNA作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達到檢測疾病的目的?；A(chǔ)試題訓(xùn)練1、構(gòu)建基因組DNA文庫時，首先雷分離細胞的

A、染色體DNA

B、線粒體DNA

C、總mRNA

D、tRNA

2．在基因工程中，科學(xué)家常用細菌、酵母菌等微生物作為受體細胞，原因是（）A.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便

B.遺傳物質(zhì)含量少

C.繁殖速度快D.性狀穩(wěn)定，變異少3．因工程的操作步驟：①使目的基因與運載體相結(jié)合，②將目的基因?qū)胧荏w細胞，③檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求，④提取目的基因，正確的操作順序是（）A．③②④①B.②④①③C．④①②③

D．③④①②4．工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計施工的，在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的步驟是（）A．人工合成基因

B．目的基因與運載體結(jié)合C．將目的基因?qū)胧荏w細胞D．目的基因的檢測和表達5．就分于結(jié)構(gòu)而論，質(zhì)粒是

A、環(huán)狀雙鏈DNA分子

B、環(huán)狀單鏈DNA分于

C、環(huán)狀單鏈RNA分子

D、線狀雙鏈DNA分子6．聚合酶鏈反應(yīng)可表示為

A、PEC

B、PER

C、PDR

D、PCR7．在已知序列信息的情況下，獲取目的基因的最方便方法是A、化學(xué)合成法

B、基因組文庫法

C、CDNA文庫法

D、聚合酶鏈反應(yīng)8．有關(guān)基因工程的敘述正確的是（）A.限制性內(nèi)切酶只在獲得目的基因時才用B.重組質(zhì)粒的形成在細胞內(nèi)完成

C.質(zhì)粒都可作運載體

D.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料9．不屬于目的基因與運載體結(jié)合過程的是（） A．用一定的限制酶切割質(zhì)粒露出黏性末端 B．用同種限制酶切割目的基因露出黏性末端

C.將重組DNA導(dǎo)入受體細胞中進行擴增

D．將切下的目的基因插入到質(zhì)粒切口處10．科學(xué)家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶蛋白。以下有關(guān)該基因工程的敘述錯誤的是A．采用反轉(zhuǎn)錄的方法得到的目的基因B．基因非編碼區(qū)對于目的基因在塊莖中的表達是不可缺少的C．馬鈴薯的葉肉細胞可作為受體細胞

D．用不同種限制酶處理質(zhì)粒和含有目的基因的DNA，可產(chǎn)生黏性末端而形成重組DNA分子11．基因工程常用的受體細胞有①大腸桿菌②枯草桿菌③支原體④動植物細胞

A．①②③④ B．①②③

C．②③④ D．①②④12．用DNA探針檢測飲用水中病毒的具體方法是 A．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行比較 B．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行組合

C．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行雜交 D．A、B、C三種方法均可13．1976年，美國的H.Boyer教授首次將人的生長抑制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌，并獲得表達，此文中的“表達”是指該基因在大腸桿菌()

A．能進行DNA復(fù)制

B.能傳遞給細菌后代

C.能合成生長抑制素釋放因子

D.能合成人的生長素14．在遺傳工程技術(shù)中，限制性內(nèi)切酶主要用于（）

A．目的基因的提取和導(dǎo)入

B．目的基因的導(dǎo)入和檢測

C．目的基因與運載體結(jié)合和導(dǎo)入

D．目的基因的提取和與運載體結(jié)合15、

以下有關(guān)基因工程的敘述，正確的是

A.基因工程是細胞水平上的生物工程

B．基因工程的產(chǎn)物對人類全部是有益的

C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變

D．基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強16（多選）一個基因表達載體的構(gòu)建應(yīng)包括

A．目的基因B．啟動子

C．終止子

D．標記基因

創(chuàng)新應(yīng)用訓(xùn)練 1、在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細胞或血液中提取的，由于受原料來源限制，價價十分昂貴，而且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自70年代遺傳工程發(fā)展起來以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組DNA，并以重組DNA引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌，可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，請分析回答：（

1）在基因工程中，質(zhì)粒是一種最常用的基因的運載體，它廣泛地存在于細菌細胞中，是一種很小的環(huán)狀DNA分子。 （2）在用目的基因與質(zhì)粒形成重組DNA過程中，一般要用到的工具酶是限制性內(nèi)切酶

和DNA連接酶。

（3）將含有“某激素基因”的質(zhì)粒導(dǎo)入細菌細胞后，能在細菌細胞內(nèi)直接合成“某激素”，則該激素在細菌體內(nèi)的合成包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個階段。

（4）在將質(zhì)粒導(dǎo)入細菌時，一般要用氯化鈣處理細菌，以增大細菌細胞壁的通透性。2、科學(xué)家通過基因工程培育抗蟲棉時，需要從蘇云金芽孢桿菌中提取出抗蟲基因，“放入”棉花的細胞中與棉花的DNA結(jié)合起來并發(fā)揮作用，請回答下列有關(guān)問題：（1）從蘇云金芽孢桿菌中切割抗蟲基因所用的工具是限制性內(nèi)切酶，此工具主要存在于微生物中，其特點是一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸系列，并在特定的點位切割。（2）蘇云金芽孢稈菌一個DNA分子上有許多基因，獲得抗蟲基因常采用的方法是“鳥槍法”。具體做法是：用限制性內(nèi)切酶酶將蘇云金芽孢桿菌的DNA切成許多片段，然后將這些片段分別與載體結(jié)合，再通過載體轉(zhuǎn)入不同的受體細胞，讓它們在各個受體細胞中大量復(fù)制，從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的ＤＮＡ片段分離出來。（3）進行基因操作一般要經(jīng)過的四個步驟是 提取目的基因，目的基因與載體結(jié)合，將目的基因?qū)胧荏w細胞， 目的基因的檢測和表達。基因工程的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因植物：抗蟲轉(zhuǎn)基因植物

抗病轉(zhuǎn)基因植物

抗蟲逆轉(zhuǎn)基因植物

改良植物品質(zhì)

轉(zhuǎn)基因動物：提高動物生長速度

改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物

用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體

基因工程藥物 基因治療經(jīng)典例題剖析1．不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是 A．干擾素 B．白細胞介素

C．青霉素 D．乙肝疫苗 【解析】基因工程生產(chǎn)的藥物有胰島素