人教版高中生物选择性必修三第3章基因工程

第1节重组DNA技术的基本工具第3章基因工程番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。

在培育转基因番木瓜时，首先要在体外对含有所需要基因的DNA分子进行“切割”、改造和“拼接”；然后将重组DNA分子导入番木瓜体细胞内，并使其在细胞中表达。非转基因番木瓜转基因番木瓜

实现这一精确的操作过程至少需要三种“分子工具”。“分子运输车”“分子手术刀”“分子缝合针”

一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”1．作用切割DNA分子。

2．来源主要从原核生物中分离纯化。

/////////你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？/////////

原核生物中的限制酶可以切割外源DNA，但对自身的DNA不起作用，起到保护自身的作用。？

3．作用特点能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键（如右图）断开。

大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。TGAGTCATCA3'5'3'5'磷酸二酯键CGCCGGGCGGCCGCCG3'5'3'5'CCGGCGCGGTCATAAATTCG

一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”4．作用结果DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端。EcoRⅠ：识别GAATTC序列，在G与A之间切割。SmaⅠ：识别CCCGGG序列，在G与C之间切割。AGATTCTCAGTA3'5'3'5'黏性末端黏性末端平末端平末端中轴线中轴线科学思维训练1．想一想，为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？

细菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因为含有某种限制酶的细胞的DNA分子或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。2．有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。5′-ACTAGT-3′3′-TGATCA-5′SpeⅠ5′-AAGCTT-3′3′-TTCGAA-5′HindⅢ5′-TCTAGA-3′3′-AGATCT-5′XbaⅠ5′-GATATC-3′3′-CTATAG-5′EcoRⅤ5′-CTCGAG-3′3′-GAGCTC-5′XhoⅠ⑴哪种限制酶切割B片段产生的DNA片段能与限制酶SpeⅠ切割A片段产生的DNA片段相连接？为什么？

XbaⅠ。因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端。⑵不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端，这在基因工程操作中有什么意义？

识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的限制酶被称为同尾酶。同尾酶使构建载体时，切割位点的选择范围扩大。⑶将限制酶SpeⅠ和限制酶XbaⅠ切割产生相同的黏性末端，可以用DNA连接酶“缝合”吗？若可以则重组DNA还可以用这两种限制酶再切割吗？

可以，只要两个黏性末端互补配对DNA连接酶即可对其“缝合”；不能，不存在原来的识别序列了。

二、DNA连接酶——“分子缝合针”1．作用将DNA片段拼接成新的DNA分子。

2．种类

①E·coliDNA连接酶从大肠杆菌中分离得到，只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来。

②T4DNA连接酶从T4噬菌体中分离出来，既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率相对较低。

注意：DNA连接酶连接的是2个DNA片段之间的磷酸二酯键。

/////////DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？/////////

不是一回事。⑴DNA聚合酶只能催化单个核苷酸加到已有的核酸片段3'末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。⑵DNA聚合酶以一条DNA链为模板，催化形成与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，它不需要模板。？

三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

外源基因不能进入受体细胞并复制自己，需要外力的帮助。

1．载体的作用

⑴作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中。

⑵在受体细胞内对目的基因进行大量复制。2．质粒——基因工程中最常用的载体

是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。拟核DNA质粒大肠杆菌质粒

三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

阅读教材第72页相关内容，分析作为载体必须具备的条件。3．载体的要求

⑴能在受体细胞中稳定保存并复制。即携带外源DNA片段进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。质粒标记基因启动子限制酶切割位点终止子复制原点

⑵具有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA（基因）插入。⑶具有标记基因。通常是一些抗生素的抗性基因，便于重组DNA分子的筛选。⑷对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。

三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”4．载体的种类

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。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。重组DNA分子

请在两张纸上分别写上下列两段DNA序列：5′-ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC-3′5′-TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATAC-3′3′-TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG-5′3′-AGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG-5′

请你用EcoRⅠ限制酶对上述两DNA进行“切割”后。将右边DNA链上切下的片段重组到左边那条DNA链的切口处。思考·讨论？5′-ATAGCATGCTATCCATG

AATTCGGCATAC-3′3′-TATCGTACGATAGGTACTTAA

GCCGTATG-5′AATTCATACCGAG

GTATGGCTCTTAA练一练1．利用某目的基因（图甲）和P1噬菌体载体（图乙）构建重组DNA。限制性内切核酸酶BglⅡ、EcoRⅠ和HindⅢ的切割位点分别如下图所示（已知这三种限制酶切割产生的黏性末端不同）。下列分析错误的是（）A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体B．构建重组DNA时，可用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体C．图乙中P1噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后，含有两个游离的磷酸基团D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，两用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA目的基因BglⅡHindⅢEcoRⅠEcoRⅠ甲乙BglⅡHindⅢEcoRⅠD选择限制酶的方法根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点以及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。

⑴应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ；不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。

⑵为避免目的基因及质粒的自身环化、正向连接、反向连接，也可以使用不同的限制酶（非同尾酶）切割目的基因所在片段和质粒（双酶切），如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但确保质粒上也有这两种酶的切割位点）。抗病基因↑SmaⅠ↑EcoRⅠPstⅠ↓PstⅠ↓SmaⅠ↓甲SmaⅠPstⅠEcoRⅠ标记基因乙学习方法总结选择限制酶的方法根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点以及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。

⑶切割质粒时通常选择与切割含目的基因的DNA片段相同的限制酶，以确保二者具有相同的末端。

⑷切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因，即至少要保留一个标记基因，以便用于重组DNA的鉴定和选择，如图乙中的质粒不能使用SmaⅠ切割。抗病基因↑SmaⅠ↑EcoRⅠPstⅠ↓PstⅠ↓SmaⅠ↓甲SmaⅠPstⅠEcoRⅠ标记基因乙学习方法总结探究·实践DNA的粗提取与鉴定一、实验思路

DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。二、实验原理

⑴初步分离DNA和蛋白质：DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。

⑵溶解DNA：DNA能溶于2mol/L的NaCl溶液。

⑶鉴定DNA：在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。三、目的要求

⑴了解DNA的物理和化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理。

⑵学会DNA粗提取的方法以及用二苯胺试剂对DNA进行鉴定。探究·实践DNA的粗提取与鉴定四、方法步骤

⑴DNA粗提取研磨称取约5g菜花切碎，放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。分离将研磨液过滤后在4℃冰箱中放置几分钟或1500r/min离心5min后取上清液。提纯在上清液中加入体积相等的、预冷的95%酒精溶液，静置2~3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。析出DNA时为什么必须用预冷的酒精？

预冷的酒精具有以下优点：

⑴可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解。

⑵抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出。

⑶低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂。探究·实践DNA的粗提取与鉴定四、方法步骤

⑵DNA鉴定

取两支20mL试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。鉴定DNA鉴定结果第2节基因工程的基本操作程序第3章基因工程抗虫棉

1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种有100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。从社会中来转基因抗虫棉（使棉铃虫死亡，左）与非转基因抗虫棉（右）

培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

第一步：目的基因的筛选与获取1．目的基因概念在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关的基因。Bt抗虫蛋白毒性机理Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因掌握了Bt基因的序列信息对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花害虫已有多年历史

第一步：目的基因的筛选与获取2．筛选合适的目的基因

从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。随着测序技术的发展，以及序列数据库（如GenBank）、序列比对工具（如BLAST）等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，这也为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。

思考：科学家为什么筛选Bt基因作为转基因抗虫棉的目的基因？

第一步：目的基因的筛选与获取3．利用PCR获取和扩增目的基因

⑴PCR概念即聚合酶链式反应，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。

⑵

PCR反应条件

①反应环境：缓冲溶液，提供合适的酸碱度和某些离子（如Mg2+）。

②DNA母链：含目的基因，提供DNA复制的模板。

③引物：2种，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。

④原料：四种脱氧核苷酸。⑤酶：耐高温的DNA聚合酶，如Taq酶。注：PCR中解旋用高温代替。激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶单链DNA或单链RNA

第一步：目的基因的筛选与获取3．利用PCR获取和扩增目的基因

⑶PCR获取和扩增目的基因的过程

PCR每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步：变性（90℃以上）使DNA双链解旋

↓冷却复性（50℃左右）引物与模板链结合

↓加热延伸（72℃左右）DNA新链由5′端向3′端延伸

上述过程可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动完成。

⑷目的基因的鉴定

常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。

第一步：目的基因的筛选与获取

/////////用PCR可以扩增mRNA吗？/////////

mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。由mRNA逆转录形成cDNA的过程是：第一步，逆转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA杂交分子；第二步，核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的RNA链，使之变成单链DNA；第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子，如下图所示。单链RNA杂交双链单链DNA双链DNA逆转录酶核酸酶H(RNaseH)DNA聚合酶RNA链DNA链？

第二步：基因表达载体的构建1．构建基因表达载体的目的

让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代；同时使目的基因能够表达和发挥作用。

2．基因表达载体的组成重组DNA分子目的基因标记基因终止子复制原点是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因上游，紧挨转录的起始位点，是RNA聚合酶识别和结合的部位。启动子也是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因下游，使转录在所需要的地方停下来。

第二步：基因表达载体的构建3．基因表达载体的构建首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。

第三步：将目的基因导入受体细胞

构建好的基因表达载体需要通过一定的方式才能进入受体细胞。

1．花粉管通道法——我国科学家独创

方法一：用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。

方法二：也可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。

第三步：将目的基因导入受体细胞2．农杆菌转化法

⑴转化的概念指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。

⑵适用的生物主要是双子叶植物和裸子植物。

⑶原理农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。

第四步：目的基因的检测与鉴定

目的基因进入受体细胞，是否稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。

1．分子水平的检测

⑴利用PCR等技术检测转基因生物的DNA中是否插入了目的基因。

⑵利用PCR等技术检测转基因生物的DNA中的目的基因是否转录出了mRNA。

⑶利用抗原－抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出了蛋白质。

2．个体生物学水平的鉴定

对转基因生物进行抗性接种实验，检测其是否具有抗性及抗性程度；或比较基因工程产品与天然产品的功能活性是否相同。小结：基因工程的基本操作流程图获取质粒、噬菌体等载体筛选和获取目的基因用限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段，然后用DNA连接酶连接，构建基因表达载体将含有目的基因的表达载体导入受体细胞检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性核心阅读教材P77、P82页相关内容，分析基因工程基本操作中获取目的基因的方法、将目的基因导入受体细胞的方法。

1．获取目的基因的方法

⑴利用DNA合成仪人工合成目的基因的方法适合长度较小的基因。

⑵利用PCR获取和扩增目的基因的方法，既可以扩增已得到的基因或DNA片段，也可以用来扩增很长的DNA分子中的目的基因。用该方法的前提是“要有一段已知目的基因的核苷酸序列”，即要知道目的基因边界的碱基序列作为引物。

⑶通过构建基因文库来获取目的基因，基因文库包括基因组文库（包含了一种生物的所有基因）和cDNA文库（包含了一种生物的部分基因，其基因是通过“反转录法”获得的）。科学思维训练科学思维训练阅读教材P77、P82页相关内容，分析基因工程基本操作中获取目的基因的方法、将目的基因导入受体细胞的方法。

2．将目的基因导入受体细胞的方法

⑴受体细胞为植物细胞

花粉管通道法；农杆菌转化法。

⑵受体细胞为动物细胞

将目的基因导入动物受精卵最常用的一种方法是利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中。

⑶受体细胞为原核生物

如以大肠杆菌为受体细胞，先用Ca2+处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。拓展应用

八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜脱饱和酶（其基因用crtⅠ表示）参与β-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtⅠ基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。

⑴科学家在培育“黄金大米”时，将crtⅠ和psy基因导入含pmi基因的质粒中，构建了质粒pSYN12424。该项研究的目的基因是______________，标记基因是_________,质粒pSYN12424的作用crtⅠ和psy基因pmi基因是_______________________。将目的基因导入受体细胞拓展应用

八氢番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜脱饱和酶（其基因用crtⅠ表示）参与β-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtⅠ基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。⑵在构建质粒载体时，目的基因序列中能否含有用到的限制酶的识别序列？为什么？不能。如果目的基因序列中含有限制酶的识别序列，则限制酶可能会将目的基因破坏。第3节基因工程的应用第3章基因工程胰岛素的生产

胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物——重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。从社会中来思考1大肠杆菌作为基因工程中的受体细胞有什么优点？

提示：繁殖快；为单细胞生物；遗传物质相对较少。重组人胰岛素注射液基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面，展示出广阔的前景。思考2大肠杆菌生产的人胰岛素与人体细胞产生的胰岛素结构相同吗？

提示：不相同，胰岛素是分泌蛋白，人体细胞产生的胰岛素会经过内质网和高尔基体的加工，大肠杆菌是原核生物，无内质网和高尔基体，故无法对胰岛素进行进一步加工。

一、基因工程在农牧业方面的应用

1．转基因抗虫植物从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。转基因抗虫水稻（绿色植物）与对照（被害虫侵害的黄色植株转基因抗病毒甜椒

2．转基因抗病植物将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出用常规育种方法很难培育出抗病的新品种。

一、基因工程在农牧业方面的应用

3．转基因抗除草剂植物将降解或抵抗某种除草剂的基因导入植物中，在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田

4．改良植物的品质将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因或与植物花青素代谢相关的基因导入植物中。转基因矮牵牛思考3利用基因工程培育植物新品种有何优越性？

（1）化学杀虫剂施用量减少，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的危害。（2）作物产量增加，提高植物的营养价值。（3）打破了常规育种中难以突破的种间界限，实现了原核生物与植物、不同植物之间、动物与植物之间的基因交流，从而大幅度地改良植物的遗传特性。

一、基因工程在农牧业方面的应用

5．提高动物的生长速率由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。

6．改良畜产品的品质将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。转基因矮牵牛转生长激素基因的鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）转肠乳糖酶基因的奶牛

二、基因工程在医药卫生领域的应用

对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等。

1．利用基因工程技术让微生物批量生产药物

干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。

我国科学家对大肠杆菌或酵母菌进行基因改造，生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。中国干扰素之父——侯云德院士

二、基因工程在医药卫生领域的应用2．利用基因工程技术让哺乳动物批量生产药物

将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。注意：（1）并非所有个体都可以作为乳腺生物反应器，应选择雌性个体，个体本身的繁殖速率、泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。（2）基因表达载体导入的是受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体的体细胞中均含有目的基因，但因为目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，所以目的基因只在乳腺细胞中表达。质疑：目的基因与膀胱中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起又会如何？膀胱生物反应器，目的基因更容易表达，且不受性别影响。练一练1．继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是___________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入___________中，原因是___________________。（3）通常采用______等技术检测外源基因是否插入了小鼠的染色体DNA上。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_________细胞中特异表达。（5）若使外源基因在乳腺细胞中表达，在构建基因表达载体时，还需加入______________等调控元件。启动子的作用是_____________________。显微注射法受精卵受精卵全能性高PCR膀胱上皮乳腺中特异表达的基因的启动子作为RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录

前景：还可能利用基因工程培育无免疫排斥反应的动物器官，用于人类器官移植。

三、基因工程在食品工业方面的应用

利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。

科学家将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。

相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。

小结：基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源等。练一练2．下列有关转基因植物的说法，不正确的是（）A．科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力B．因为转基因抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫，所以转基因抗虫棉已经推广应用C．科学家往往将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高农作物的营养价值D．利用基因工程技术可以改良农作物的品质B练一练3．蜘蛛丝（丝蛋白）被称为“生物钢”，有着超强的抗张强度，可以制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带等。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法，错误是的（）A．将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺中特异表达的基因启动子等结合在一起构建表达载体B．将含有蜘蛛丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等条件的限制，受体来源更广泛D．转基因动物产生的生殖细胞中可能含有药用蛋白基因B练一练4．下列有关动物基因工程的说法，错误的是（）A．将外源生长激素基因导入动物体内并使其表达，可提高动物生长速度B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，其表达产物能使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C．利用基因工程技术，得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产的问题D．用转基因动物作为器官移植的供体时，因为导入的是调节因子，而不是目的基因，所以无法抑制抗原的合成D第4节蛋白质工程的原理和应用第3章基因工程从社会中来发荧光的细菌

右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为它们的体内导入了荧光蛋白的基因。

最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。

蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。属第二代基因工程，已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，并将广泛应用于农业、医药工业和其他工业生产中。

一、蛋白质工程崛起的缘由1．基因工程的实质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。

2．基因工程的不足原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。

3．蛋白质工程崛起的缘由

天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。

////////////你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？////////////？

二、蛋白质工程基本原理1．蛋白质工程的目标

根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。

2．蛋白质工程的实质

通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需蛋白质。

3．蛋白质工程的常用技术

计算机技术、晶体学技术、基因的定点突变技术等。

4．蛋白质工程的基本思路

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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。

二、蛋白质工程基本原理蛋白质工程基本思路的应用

某多肽链的一段氨基酸序列是：……－丙氨酸－色氨酸－赖氨酸－谷氨酸－苯丙氨酸－……讨论1：怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。思考·讨论？首先根据密码子推出mRNA序列：…GCU(C/A/G)-UGG-AAA(G)-GAA(G)-UUU(C)…可以排列出32种。再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列：…CGA(G/T/C)-ACC-TTT(C)-CTT(C)-AAA(G)…讨论2：确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？

确定目的基因的序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。

三、蛋白质工程的应用

1．在医药工业方面

⑴研发速效胰岛素类似物⑵干