基因工程和蛋白质工程复习课学案

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规定：1、基因工程的诞生Ⅰ2、基因工程的原理及技术Ⅱ3、基因工程的应用Ⅱ4、蛋白质工程Ⅰ一、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，通过体外DNA重组和转基因技术，发明出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——（1）来源：重要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：可以辨认双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：2.“分子缝合针”——（1）功能：缝合（2）与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.“分子运送车”——（1）载体具有的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是,它是一种有自我复制能力的双链环状DNA分子。（3）其它载体：噬菌体、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的基因。2.原核基因采用直接分离法获得，真核基因是人工合成法。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。限制酶运载体 直接分离法：供体细胞中的DNA→DNA片段→受体细胞→DNA片段扩增反转录法：逆转录合成mRNA→单链DNA→双链DNA化学合成法：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，推测出结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，合成目的基因。第二步：重组载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因可以表达和发挥作用。2.组成：目的基因＋标记基因标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否具有目的基因，从而将具有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞_常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌转化法，另一方面尚有基因枪法和花粉管通道法等。受体细胞可以是卵细胞（受精卵）、体细胞（经组织培养成为完整个体）将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。将目的基因导入微生物细胞：用氯化钙解决大肠杆菌，3.重组细胞导入受体细胞后，筛选具有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。第四步：目的基因的检测和表达1.一方面要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。2.另一方面还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（三）基因工程的应用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的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。（四）蛋白质工程的概念、基本途径蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相相应的脱氧核苷酸序列例１、豇豆对多种害虫具有抗虫能力，主线因素是豇豆体内具有胰蛋白酶克制剂基因(CpTI基因)。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不抱负，重要因素是CpTI蛋白质的积累量局限性。通过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CPTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示：请根据以上材料，回答下列问题：(1)CpTI基因是该基因工程中的基因，“信号肽，序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是。在①过程中，一方面要用酶切开，暴露出，再用酶连接。(2)在该基因工程中，供体细胞是，受体细胞是。(3)②过程称为。(4)检测修饰后的CpTI基因是否表达的最佳方法是。（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来哺育新品种的重要优点是和。（6）当前，转基因大豆，转基因棉花等已经进入了我们的生活。请你谈谈转基因农作物也许带来的利与弊。（各一条）利弊：。例２、番茄果实成熟过程中，某种酶（PG）开始合成并显著增长，促使果实变红变软。 但不利于长途运送和长期保鲜。科学家运用反义RNA技术（见图解），可有效解决此问题。该技术的核心是，从番茄体细胞中获得指导PG合成的信使RNA，继而以该信使RNA为模板人工合成反义基因并将之导入离体番茄体细胞，经组织培养获得完整植株。新植株在果实发育过程中，反义基因经转录产生的反义RNA与细胞原有mRNA（靶mRNA）互补形成双链RNA，阻止靶mRNA进一步翻译形成PG，从而达成克制果实成熟的目的。请结合图解回答：（1）反义基因像一般基因同样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的信使RNA，原料是四种，所用的酶是。（2）开始合成的反义基因第一条链是与模板RNA连在一起的杂交双链，通过加热去除RNA，然后再以反义基因第一条链为模板合成第二条链，这样一个完整的反义基因被合成。若要以完整双链反义基因克隆成百上千的反义基因，所用复制方式为（3）假如指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是—A—U—C—C—A—G—G—U—C—，那么，PG反义基因的这段碱基对序列是。（4）将人工合成的反义基因导入番茄叶肉细胞原生质体的运送工具是，该目的基因与运送工具相结合需要使用的酶有，在受体细胞中该基因指导合成的最终产物是。例３、随着科学技术的发展，化学农药的产量和品种逐年增长，但害虫的抗药性也不断增强，对农作物危害仍然很严重。如近年来，棉铃虫在我国大面积暴发成灾，导致经济损失每年达100亿以上。针对这种情况，江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将某种能产生抗虫毒蛋白细菌的抗虫基因导入棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。就以上材料，分析回答：（1）抗虫基因之所以能接到植物体内去，因素是___________________。（2）“转基因抗虫棉”具有抗害虫的能力，这表白棉花体内产生了抗虫的_____________物质。这个事实说明，害虫和植物共用一套_____________，蛋白质合成的方式是_____________的。（3）“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可表达为__________________。（4）该项科技成果在环境保护上的作用是___________________。（5）科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此现象来源于___________。巩固练习：一、选择题：每小题只有一个选项最符合题意。1、下列四条DNA分子，彼此间间具有粘性末端的一组是（）TAGGTAGGCCATTACCGGTA①②③④A．①②B．②③C．③④D．②④2、运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有()A、抗虫基因B、抗虫基因产物C、新的细胞核D、相应性状3、（2023深圳一模考题）研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细胞内，以表达产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因：A是抗链霉素基因，B是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大肠杆菌不带任何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗抗生素一方面应当A、仅有链霉素

B、仅有氨苄青霉素C、同时有链霉素和氨苄青霉素

D、无链霉素和氨苄青霉素4、（05全国Ⅰ）镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是A.解旋酶B.DNA连接酶C.限制性内切酶D、RNA聚合酶5、人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是()A、大肠杆菌B、酵母菌C、T4噬菌体D、质粒DNA6．下列关于各种酶作用的叙述，不对的的是 （） A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接 B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录 C．一种DNA限制酶能辨认多种核苷酸序列，切割出多种目的基因 D．胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞7、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎具有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是()A．采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B．基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C．马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D．同一种限制酶解决质粒和具有目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子8．碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中 （） ①种子的萌发②病毒的增殖过程③细菌的二分裂过程④目的基因与运载体的结合 ⑤DNA探针的使用⑥分泌蛋白的加工和运送 a A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥C．②④⑤D．②③⑤⑥9．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图示意蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上依次表达A．转录和翻译B．翻译和转录C．复制和转录D．传递和表达10．随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，关于基因污染的下列说法不对的的是A．转基因作物可通过花粉散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库B．基因污染是一种不可以扩散的污染C．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，也许破坏生态系统的稳定性D．转基因生物有也许成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存二．非选择题：11.糖尿病是种常见病，且发病率有逐年增长的趋势，以致发达国家把它列为第三号“杀手”。（1）目前对糖尿病Ⅰ型的治疗，大多采用激素疗法，所用激素为_____________，由_________________细胞分泌。（2）让一健康人和糖尿病患者于空腹时同时口服葡萄糖，服用量按每人每公斤体重1克计算，随后每隔一段时间，测定各人的血糖浓度，如图6—1所示，图中表达糖尿病患者的曲线是_________。（3）这种治疗用的激素过去重要是从动物的内脏中提取，数量有限，20世纪70年代后，开始采用基因工程的方法生产，如图所示，请回答：①指出图中2、4、6、7的名称:2_____________，4_____________，6_____________，7_____________。②一般获取4采用的方法是_____________。③6的获得必须用_____________切割3和4，使它们产生相同的_____________，再加入适量的_____________酶，才可形成。12、在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前重要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，并且产量低，临床供应明显局限性。自70年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后运用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：（1）在基因工程中，质粒是一种最常用的，它广泛地存在于细菌细胞中，是一种很小的环状分子。（2）在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具酶是和。（3）将具有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成涉及和两个阶段。（4）在将质粒导入细菌时，一般要用解决细菌，以增大。13、用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二阶段，将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从乳汁或尿液中提取药物。（1）将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，可以产生药物蛋白的原理是基因能控制。

（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是由于它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种____________构成，基因中碱基配对的规律都是__________。

（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要通过和翻译两个环节。在翻译中需要的模板是，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬运工兼装配工是，将氨基酸的肽键连接成蛋白质的场合是________，“翻译”可理解为将由____个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看在翻译中充任着“译员”。

（4）运用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简朴，甚至可直接饮用治病。假如将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，运用转基因牛羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处在不同发育时期的动物都可生产药物。人胰岛细胞大肠杆菌胰岛人胰岛细胞大肠杆菌胰岛素mRNAA①人胰岛素人胰岛素大量的A反复进行③④②⑤⑥⑦⑧⑨⑩BCD（1）能否运用人的皮肤细胞来完毕①过程？，为什么？。（2）过程②必需的酶是酶，过程③必需的酶是酶。（3）与人体细胞中胰岛素基因相比，通过②过程获得的目的基因不具有非编码区和。（4）若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行4次，至少需要提供胸腺嘧啶个。（5）在运用AB获得C的过程中，必须用切割A和B，使它们产生，再加入，才可形成C。（6）为使过程⑧更易进行，可用（药剂）解决D。15、某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(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______________，提取它的一个必要环节是__________________。它与基因运载工具_________结合前还必须通过的解决环节是________________________。(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环节，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____________________________，(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缺陷细胞是该图多画了［］_________。16.根据实验原理和材料用品，设计实验选择运载体质粒，明确质粒的抗菌素基因所抗的抗菌素类别。①实验原理：作为运载体的质粒，须有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的细菌，其质粒才可用作运载体。②材料用品：青霉素、四环素的10万单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。③方法环节：第一步：取三个含细菌培养基的培养皿并标为1、2、3号，在酒精灯旁，用三支注射器，分别注入1mL蒸馏水、青霉素液、四环素液，并使之分布在整个培养基表面。第二步：将接种环在酒精灯上灼烧，并在酒精灯火旁取菌种，对三个培养皿分别接种。第三步：将接种后的三个培养皿放入37℃恒温箱培养24h④预期结果：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________17、限制性内切酶Ⅰ的辨认序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的辨认序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。（2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？答案例1：1）脱氧核苷酸；逆转录酶（2）半保存复制（3）—T—A—G—G—T—C—C—A—G——A—T—C—C—A—G—G—T—C—（4）质粒（或运载体、病毒）；限制性内切酶和DNA连接酶；（反