593-基因工程和蛋白质工程复习课学案

1、PAGE PAGE 15基因工程和蛋白质工程复习课学案李集中学高三生物备课组考纲要求：1、基因工程的诞生 2、基因工程的原理及技术 3、基因工程的应用4、蛋白质工程一、基因工程的概念基因工程程是指按按照人们们的愿望望，通过过体外DDNA重重组和转转基因技技术，创创造出更更符合人人们需要要的新的的生物类类型和生生物产品品。基因因工程是是在水平平上进行行设计和和施工的的，又叫叫做DNNA重组组技术。（一）基基因工程程的基本本工具1.“分分子手术术刀”（1）来来源：主主要是从从原核生生物中分分离纯化化出来的的。（2）功功能：能能够识别别双链DDNA分分子的某某种特定定的核苷苷酸序列列，并且且使每一一

2、条链中中特定部位位的两个个核苷酸酸之间的的，因此此具有专专一性。（3）结结果：经经限制酶酶切割产产生的DDNA片片段末端端通常有有两种形形式：2.“分分子缝合合针”（1）功功能：缝缝合 （2）与DNNA聚合合酶作用用的异同同:DNAA聚合酶酶只能将将单个核核苷酸加加到已有有的核苷苷酸片段段的末端端，形成成磷酸二二酯键。DNAA连接酶酶是连接接两个DDNA片片段的末末端，形形成磷酸酸二酯键键。3.“分分子运输输车”（1）载载体具备备的条件件：能在受受体细胞胞中复制制并稳定定保存。具有一一至多个个限制酶酶切点，供外源源DNAA片段插插入。具有标标记基因因，供重重组DNNA的鉴鉴定和选选择。（2）最

3、最常用的的载体是是,它是是一种有有自我复复制能力力的双链链环状DNNA分子子。（3）其其它载体体： 噬菌体体、动植植物病毒毒(二)基基因工程程的基本本操作程程序第一步：目的基基因的获获取1.目的的基因是是指： 编码蛋蛋白质的的基因 。2.原核核基因采采取直接接分离法法获得，真核基基因是人人工合成成法。人人工合成成目的基基因的常常用方法法有反转转录法_和化学合合成法_。 限制制酶 运载体体直接分离离法：供供体细胞胞中的DDNA DNAA片段 受体体细胞DNAA片段扩扩增反转录法法：逆转转录 合成 mmRNAA 单链链DNAA 双双链DNNA化学合成成法：根根据已知知的蛋白白质的氨氨基酸序序列，推

4、推测出相相应的mmRNAA 序列列，推测测出结构构基因的的核苷酸酸序列，再通过过化学方方法，合合成目的的基因。第二步：重组载载体的构构建1.目的的：使目目的基因因在受体体细胞中中稳定存存在，并并且可以以遗传至至下一代代，使目目的基因因能够表表达和发发挥作用用。2.组成成：目的的基因标记基基因标记基因因的作用用：是为为了鉴定定受体细细胞中是是否含有有目的基基因，从从而将含含有目的的基因的的细胞筛筛选出来来。常用用的标记记基因是是抗生素素基因。第三步：将目的的基因导导入受体体细胞_常用的转转化方法法：将目的基基因导入入植物细细胞：采采用最多多的方法法是农杆杆菌转化化法，其其次还有有 基因因枪法和和

5、花粉管管通道法法等。受受体细胞胞可以是是卵细胞胞（受精精卵）、体细胞胞（经组组织培养养成为完完整个体体）将目的基基因导入入动物细细胞：最最常用的的方法是是 显微微注射技技术。此此方法的的受体细细胞多是是 受精精卵。将目的基基因导入入微生物物细胞：用氯化化钙处理理大肠杆杆菌，3.重组组细胞导导入受体体细胞后后，筛选选含有基基因表达达载体受受体细胞胞的依据据是标记记基因是是否表达达。第四步：目的基基因的检检测和表表达1.首先先要检测测转基因因生物的的染色体体DNAA上是否否插入了了目的基基因，方方法是采采用 DDNA分分子杂交交技术。2.其次次还要检检测目的的基因是是否转录录出了mmRNAA，方法

6、法是采用用用标记记的目的的基因作作探针与与mRNNA杂交交。3.最后后检测目目的基因因是否翻翻译成蛋蛋白质，方法是是从转基基因生物物中提取取蛋白质质，用相相应的 抗体进进行抗原原抗体体杂交。4.有时时还需进进行 个个体生物物学水平平的鉴定定。如转转基因抗抗虫植物物是否出出现抗虫虫性状。（三）基基因工程程的应用用1.植物物基因工工程：抗抗虫、抗抗病、抗抗逆转基基因植物物，利用用转基因因改良植植物的品品质。2.动物物基因工工程：提提高动物物生长速速度、改改善畜产产品品质质、用转转基因动动物生产产药物。3.基因因治疗：把正常常的外源源基因导导入病人人体内，使该基基因表达达产物发发挥作用用。（四）蛋蛋

7、白质工工程的概概念、基基本途径径蛋白质工工程是指指以蛋白白质分子子的结构构规律及及其生物物功能的的关系作作为基础础，通过过基因修修饰或基基因合成成，对现现有蛋白白质进行行改造，或或制造一一种新的的蛋白质质，以满满足人类类的生产产和生 活的的需求。（基因因工程在在原则上上只能生生产自然然界已存存在的蛋蛋白质）基本途径径：从预预期的蛋蛋白质功功能出发发设计预预期的蛋蛋白质结结构推测应应有的氨氨基酸序序列找到相相对应的的脱氧核核苷酸序序列例、豇豇豆对多多种害虫虫具有抗抗虫能力力，根本本原因是是豇豆体体内具有有胰蛋白白酶抑制制剂基因因(CppTI基基因)。科学家家将其转转移到水水稻体内内后，却却发现效

8、效果不理理想，主主要原因因是CppTI蛋蛋白质的的积累量量不足。经过在在体外对对CpTTI基因因进行了了修饰后后，CPPTI蛋蛋白质在在水稻中中的积累累量就得得到了提提高。修修饰和表表达过程程如下图图所示：请根据以以上材料料，回答答下列问问题：(1)CCpTII基因是是该基因因工程中中的 基基因，“信号肽肽，序列列及“内质网网滞留信信号”序列的的基本组组成单位位是 。在过程中中，首先先要用酶酶切开，暴露出出 ，再再用酶连连接。(2)在在该基因因工程中中，供体体细胞是是，受体体细胞是是。(3)过程称称为 。(4)检检测修饰饰后的CCpTII基因是是否表达达的最好好方法是是 。（5）与与杂交育育种

9、、诱诱变育种种相比，通过基基因工程程来培育育新品种种的主要要优点是是和。（6）当当前，转转基因大大豆，转转基因棉棉花等已已经进入入了我们们的生活活。请你你谈谈转转基因农农作物可可能带来来的利与与弊。（各一条条）利弊：。例、番番茄果实实成熟过过程中，某种酶酶（PGG）开始始合成并并显著增增加，促促使果实实变红变变软。但不利于于长途运运输和长长期保鲜鲜。科学学家利用用反义RRNA技技术（见见图解），可有有效解决决此问题题。该技技术的核核心是，从番茄茄体细胞胞中获得得指导PPG合成成的信使使RNAA，继而而以该信信使RNNA为模模板人工工合成反反义基因因并将之之导入离离体番茄茄体细胞胞，经组组织培养

10、养获得完完整植株株。新植植株在果果实发育育过程中中，反义义基因经经转录产产生的反反义RNNA与细细胞原有有mRNNA（靶靶mRNNA）互互补形成成双链RRNA，阻止靶靶mRNNA进一一步翻译译形成PPG，从从而达到到抑制果果实成熟熟的目的的。请结结合图解解回答：（1）反反义基因因像一般般基因一一样是一一段双链链的DNNA分子子，合成成该分子子的第一一条链时时，使用用的模板板是细胞胞质中的的信使RRNA，原料是是四种，所用的的酶是。（2）开开始合成成的反义义基因第第一条链链是与模模板RNNA连在在一起的的杂交双双链，通通过加热热去除RRNA，然后再再以反义义基因第第一条链链为模板板合成第第二条链

11、链，这样样一个完完整的反反义基因因被合成成。若要要以完整整双链反反义基因因克隆成成百上千千的反义义基因，所用复复制方式式为（3）如如果指导导番茄合合成PGG的信使使RNAA的碱基基序列是是AUCCAGGUC，那么么，PGG反义基基因的这这段碱基基对序列列是。（4）将将人工合合成的反反义基因因导入番番茄叶肉肉细胞原原生质体体的运输输工具是是，该目目的基因因与运输输工具相相结合需需要使用用的酶有有，在受受体细胞胞中该基基因指导导合成的的最终产产物是。例、随随着科学学技术的的发展，化学农农药的产产量和品品种逐年年增加，但害虫虫的抗药药性也不不断增强强，对农农作物危危害仍然然很严重重。如近近年来，棉铃

12、虫虫在我国国大面积积暴发成成灾，造造成经济济损失每每年达1100亿亿以上。针对这这种情况况，江苏苏农科院院开展“转基因因抗虫棉棉”的科技技攻关研研究，成成功地将将某种能能产生抗抗虫毒蛋蛋白细菌菌的抗虫虫基因导导入棉花花细胞中中，得到到的棉花花新品种种对棉铃铃虫的毒毒杀效果果高达880%以以上。就就以上材材料，分分析回答答：（1）抗虫虫基因之之所以能能接到植植物体内内去，原原因是_。（2）“转基因因抗虫棉棉”具有抗抗害虫的的能力，这表明明棉花体体内产生生了抗虫虫的_物物质。这这个事实实说明，害虫和和植物共共用一套套_，蛋白白质合成成的方式式是_的的。（3）“转基因因抗虫棉棉”抗害虫虫的遗传传信息

13、传传递过程程可表示示为_。（4）该该项科技技成果在在环境保保护上的的作用是是_。（5）科科学家预预言，此此种“转基因因抗虫棉棉”独立种种植若干干代以后后，也将将出现不不抗虫的的植株，此现象象来源于于_。巩固练习习：一、选择择题： 每小题题只有一一个选项项最符合合题意。1、下列列四条DDNA分分子，彼彼此间间间具有粘粘性末端端的一组组是 （ ）T A G GC C A TT A C CG G T AABCD2、运用用现代生生物技术术，将苏苏云金芽芽孢杆菌菌的抗虫虫基因整整合到棉棉花细胞胞中，为为检测实实验是否否成功，最方便便的方法法是检测测棉花植植株是否否有( ) A、抗虫基基因 BB、抗虫虫基

14、因产产物 C、新的细细胞核 DD、相应应性状3、（220066深圳一一模考题题）研究究人员想想将生长长激素基基因通过过质粒介介导入大大肠杆菌菌细胞内内，以表表达产生生生长激激素。已已知质粒粒中存在在两个抗抗性基因因：A是是抗链霉霉素基因因，B是是抗氨苄苄青霉素素基因，且目的的基因不不插入到到基因AA、B中中，而大大肠杆菌菌不带任任何抗性性基因，则筛选选获得“工程菌菌”的培养养基中的的抗抗生生素首先先应该A、仅有有链霉素素 B、仅有氨氨苄青霉霉素C、同时有有链霉素素和氨苄苄青霉素素 D、无链霉霉素和氨氨苄青霉霉素4、（005全国国）镰刀刀型细胞胞贫血症症的病因因是血红红蛋白基基因的碱碱基序列列发

15、生了了改变。检测这这种碱基基序列改改变必须须使用的的酶是A. 解解旋酶BB. DNNA连接接酶C. 限限制性内内切酶 DD、RNAA聚合酶酶5、人的的糖蛋白白必须经经内质网网和高尔尔基体进进一步加加工合成成，通过过转基因因技术，可以使使人的糖糖蛋白基基因得以以表达的的受体细细胞是( )A、大肠肠杆菌 B、酵母菌菌 CC、T44噬菌体体 DD、质粒粒DNAA6下列列关于各各种酶作作用的叙叙述，不不正确的的是（ ）ADDNA连连接酶能能使不同同脱氧核核苷酸的的磷酸与与脱氧核核糖连接接BRRNA聚聚合酶能能与基因因的特定定位点结结合，催催化遗传传信息的的转录C一一种DNNA限制制酶能识识别多种种核苷

16、酸酸序列，切割出出多种目目的基因因D胰胰蛋白酶酶能作用用于离体体的动物物组织，使其分分散成单单个细胞胞7、科学学家通过过基因工工程的方方法，能能使马铃铃薯块茎茎含有人人奶蛋白白。以下下有关该该基因工工程的叙叙述错误误的是( )A采用用反转录录的方法法得到的的目的基基因有内内含子B基因因非编码码区对于于目的基基因在块块茎中的的表达是是不可缺缺少的C马铃铃薯的叶叶肉细胞胞可作为为受体细细胞D同一一种限制制酶处理理质粒和和含有目目的基因因的DNNA，可可产生黏黏性末端端而形成成重组DDNA分分子8碱基基互补配配对发生生在下列列哪些生生理过程程或生物物技术中中（ ）种子的的萌发 病毒的的增殖过过程 细

17、菌的的二分裂裂过程 目的基基因与运运载体的的结合 DNAA探针的的使用 分泌蛋蛋白的加加工和运运输aABC DD9蛋白白质工程程是新崛崛起的一一项生物物工程，又称第第二代基基因工程程。下图图示意蛋蛋白质工工程流程程，图中中A、BB在遗传传学上依依次表示示A转录录和翻译译 B翻翻译和转转录 CC复制制和转录录 D传递和和表达10随随着转基基因技术术的发展展，“基因污污染”应运而而生，关关于基因因污染的的下列说说法不正正确的是是A转基基因作物物可通过过花粉散散落到它它的近亲亲作物上上，从而而污染生生物基因因库B基因因污染是是一种不不可以扩扩散的污污染C杂草草、害虫虫从它的的近亲获获得抗性性基因，可

18、能破破坏生态态系统的的稳定性性D转基基因生物物有可能能成为“入侵的的外来物物种”，威胁胁生态系系统中其其他生物物的生存存二非选选择题：11. 糖尿病病是种常常见病，且发病病率有逐逐年增加加的趋势势，以致致发达国国家把它它列为第第三号“杀手”。（11）目前前对糖尿尿病型的治治疗，大大多采用用激素疗疗法，所所用激素素为_，由_细胞分分泌。（2）让让一健康康人和糖糖尿病患患者于空空腹时同同时口服服葡萄糖糖，服用用量按每每人每千千克体重重1克计算算，随后后每隔一一段时间间，测定定各人的的血糖浓浓度，如如图61所示示，图中中表示糖糖尿病患患者的曲曲线是_。（3）这这种治疗疗用的激激素过去去主要是是从动物

19、物的内脏脏中提取取，数量量有限，20世世纪700年代后后，开始始采用基基因工程程的方法法生产，如图所所示，请请回答：指出图图中2、4、66、7的的名称:2_，44_，66_，77_。一般获获取4采采用的方方法是_。6的获获得必须须用_切切割3和和4，使使它们产产生相同同的_，再加入入适量的的_酶，才可形形成。12、在在药品生生产中，有些药药品如干干扰素，白细胞胞介素，凝血因因子等，以前主主要是从从生物体体的组织织、细胞胞或血液液中提取取的，由由于受原原料来源源限制，价价十十分昂贵贵，而且且产量低低，临床床供应明明显不足足。自770年代代遗传工工程发展展起来以以后，人人们逐步步地在人人体内发发现

20、了相相应的目目的基因因，使之之与质粒粒形成重重组DNNA，并并以重组组DNAA引入大大肠杆菌菌，最后后利用这这些工程程菌，可可以高效效率地生生产出上上述各种种高质量量低成本本的药品品，请分分析回答答：（1）在在基因工工程中，质粒是是一种最最常用的的，它广广泛地存存在于细细菌细胞胞中，是是一种很很小的环环状分子子。（2）在在用目的的基因与与质粒形形成重组组DNAA过程中中，一般般要用到到的工具具酶是和。（3）将将含有“某激素素基因”的质粒粒导入细细菌细胞胞后，能能在细菌菌细胞内内直接合合成“某激素素”，则该该激素在在细菌体体内的合合成包括括和两个阶阶段。（4）在在将质粒粒导入细细菌时，一般要要用

21、处理理细菌，以增大大 。13、用用基因工工程生产产蛋白质质药物，经历了了三个发发展阶段段。第一一阶段，将人的的基因转转入细菌菌细胞；第二阶阶段，将将人的基基因转入入小鼠等等动物的的细胞。前两个个阶段都都是进行行细胞培培养，提提取药物物。第三三阶段，将人的的基因转转入活的的动物体体，饲养养这些动动物，从从乳汁或或尿液中中提取药药物。（1）将将人的基基因转入入异种生生物的细细胞或个个体内，能够产产生药物物蛋白的的原理是是基因能能控制。（2）人的基基因能和和异种生生物的基基因拼接接在一起起，是因因为它们们的分子子都具有有双螺旋旋结构，都是由由四种_构构成，基基因中碱碱基配对对的规律律都是_。（3）人

22、的基基因在异异种生物物细胞中中表达成成蛋白质质时，需需要经过过和翻译译两个步步骤。在在翻译中中需要的的模板是是，原料料是氨基基酸，直直接能源源是ATTP，搬搬运工兼兼装配工工是，将将氨基酸酸的肽键键连接成成蛋白质质的场所所是_，“翻翻译”可可理解为为将由_个“字字母”组组成的核核酸“语语言”翻翻译成由由个“字字母”组组成的蛋蛋白质“语言”，从整整体来看看在翻译译中充任任着“译译员”。（4）利用转转基因牛牛、羊乳乳汁提取取药物工工艺简单单，甚至至可直接接饮用治治病。如如果将药药物蛋白白基因移移到动物物如牛、羊的膀膀胱上皮皮细胞中中，利用用转基因因牛羊尿尿液生产产提取药药物比乳乳汁提取取药物的的更

23、大优优越性在在于：处处于不同同发育时时期的动动物都可可生产药药物。人胰岛细胞大肠杆菌胰岛素mRNAA人胰岛素人胰岛素大量的A重复进行BCD14、下下图是利利用基因因工程技技术生产产人胰岛岛素的操操作过程程示意图图，请据据图作答答。（1）能能否利用用人的皮皮肤细胞胞来完成成过程？，为什什么？。（2）过过程必需的的酶是酶酶，过程程必需的的酶是酶酶。（3）与与人体细细胞中胰胰岛素基基因相比比，通过过过程获获得的目目的基因因不含有有非编码码区和。（4）若若A中共共有a个个碱基对对，其中中鸟嘌呤呤有b个个，则过程程连续进进行4次次，至少少需要提供胸腺腺嘧啶个个。（5）在在利用AAB获得得C的过过程中，必

24、须用用切割A和和B，使使它们产产生，再加加入 ，才可形形成C。（6）为为使过程程更易进进行，可可用（药药剂）处处理D。15、某某科学家家从细菌菌中分离离出耐高高温淀粉粉酶(AAmy)基因a，通过过基因工工程将aa转移到到马铃薯薯植物中中。经检检测，AAmy在在成熟块块茎细胞胞的细胞胞间隙中中发现。请回答答：(1)在在基因工工程中，a叫_，提取取它的一一个必要要步骤是是_。它与与基因运运载工具具_结合前前还必须须经过的的处理步步骤是_。(2)AAmy在在成熟块块茎细胞胞间隙中中的发现现，说明明细菌的的基因aa已整合合到上图图中的_或_结构中中。(3)合合成Ammy的过过程分为为转录和和翻译两两大

25、步骤骤，Ammy合成成并分泌泌到细胞胞外，定定位在细细胞间隙隙中，参参与该过过程的细细胞器有有_，(4)AAmy的的基本组组成单位位是_，各各组成单单位间靠靠_相连。(5)以以本图比比作马铃铃薯块茎茎的缺陷陷细胞是是该图多多画了_。16.根根据实验验原理和和材料用用具，设设计实验验选择运运载体质质粒，明明确质粒粒的抗菌菌素基因因所抗的的抗菌素素类别。实验原原理：作作为运载载体的质质粒，须须有标记记基因，这一标标记基因因是抗菌菌素抗性性基因。故凡有有抗菌素素抗性的的细菌，其质粒粒才可用用作运载载体。材料用用具：青青霉素、四环素素的100万单位位溶液、菌种试试管、灭灭菌的含含细菌培培养基的的培养皿

26、皿、酒精精灯、接接种环、一次性性注射器器、蒸馏馏水、恒恒温箱。方法步步骤：第一步：取三个个含细菌菌培养基基的培养养皿并标标为1、2、3号，在在酒精灯灯旁，用用三支注注射器，分别注注入1mmL蒸馏馏水、青青霉素液液、四环环素液，并使之之分布在在整个培培养基表表面。第二步：将接种种环在酒酒精灯上上灼烧，并在酒酒精灯火火旁取菌菌种，对对三个培培养皿分分别接种种。第三步：将接种种后的三三个培养养皿放入入37恒温箱箱培养224h。预期结结果：_ _17、限限制性内内切酶的识别别序列和和切点是是GGATTCC，限制制性内切切酶的识别别序列和和切点是是GATTC。在质质粒上有有酶的一个个切点，在目的的基因的

27、的两侧各各有一个酶的切点点。（1）请请画出质质粒被限限制酶切割后后所形成成的黏性性末端。（2）请请画出目目的基因因两侧被被限制酶酶切割后后所形成成的黏性性末端。（3）在在DNAA连接酶酶作用下下，上述述两种不不同限制制酶切割割后形成成的黏性性末端能能否连接接？为什什么？答案例1：11）脱氧氧核苷酸酸；逆转转录酶（2）半保保留复制制（3）TAGGTCCAGATTCCAGGTC（4）质质粒（或或运载体体、病毒毒）；限限制性内内切酶和和DNAA连接酶酶；（反反义）RRNA例、目目的 四种脱脱氧核苷苷酸 限制性性内切酶酶 黏黏性末端端（2）豇豆细细胞 水稻细细胞（33）转录录（4）让多种种害虫吞吞食水稻稻叶片（）目目的明确确，培育育周期短短。（）可以以让人类类获得具具有优良良品质的的作物，如蛋白白质含量量更高、抗逆性性更强；打破传传统育种种界限，如植物物表达微微生物的的抗虫性性状。弊弊：转基基因农作作物也可可能变异异成为对对人类或或环境有有害的物物种，如如抗逆性性极强的的“超