专题一基因工程
基因工程的原理和技术
合成子链的原料
DNA聚合酶
催化合成DNA子链
引物
使DNA聚合酶能够从3’端开始连接 脱氧核苷酸
PCR技术依据的原理：
DNA双链复制的原理（遵循碱基互补配对原则） DNA热变性的原理 前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列
基本条件：
• 含待扩增目的基因片段的DNA模板； • 根据目的基因双链各一端序列片段合成
如：抗虫基因、抗病基因、人胰岛素基因、人干扰素基因等
基因工程的操作步骤
❖第一步：获取目的基因 （1）目的基因：
主要是指编码蛋白质的基因,例如，与生物抗 逆性相关的基因、与优良品质、生物药物和 保健品、毒物降解以及工业用酶相关的基因 等，也可以是一些具有调控作用的因子。
基因工程的操作步骤
❖第一步：获取目的基因 从生物中直接获取
④目的基因的检测与鉴定。
含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞,并且维 持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物 中的转化。
❖第三步：将目的基因导入受体细胞 ——转化
转化：目的基因进入受体细胞内,并在受体 细胞中维持稳定和表达的过程，称为转化
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定
温故知新 基因工程的操作步骤
①目的基因的获取； ②表达载体的构建；
为什么要有这一步
③将目的基因导入受体细胞；
④目的基因的检测与鉴定。
基因工程的原理：“按照人们的愿望,进行严格的设计， 通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗 传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物 产品。
高中生物 专题1 基因工程 1
专题1 基因工程 1。
5 蛋白质工程的崛起一、选择题1．蛋白质工程的实质是(）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特殊要求，对蛋白质的结构进行分子设计，由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质结构进行设计改造，必须从基因入手。
答案:C2．葡萄糖异构酶（GⅠ)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对GⅠ基因进行体外定点诱变,以脯氨酸（Prol38)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10～12 ℃。
这属于生物工程中的（)A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程解析：酶工程的重点在于对已存在的酶合理充分利用（如：加酶洗衣粉、嫩肉粉等)，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。
答案:B3．下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计(）A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列解析：蛋白质工程的重要方面是蛋白质的分子设计,它可以分为三类：一是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换,二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，三是设计制造自然界中全新的蛋白质。
D项中的内容是合成基因，属于基因工程.答案：D4．下列不属于蛋白质工程成果的是(）A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t。
PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成果。
而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用，属于酶工程的成果.答案：D5．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（）A．蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂解析：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因，进而控制合成或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。
【中小学课件】高中生物总复习 专题一基因工程课件
溶解DNA 丝状物
―→取两支试管，各加入物质的量浓度为2
mol/L的NaCl溶液，将丝状物放入其中一支试管中，并用玻 璃棒搅拌。
DNA的鉴定 ―→向两支试管中分别加入二苯胺试剂， 沸水中加热一段时间，待试管冷却后，看溶解有DNA的溶 液是否变蓝。
3．方法突破 (1)做该实验时，不能用猪血代替鸡血，因为哺乳动物成 熟的红细胞中没有细胞核，不能提取DNA。 (2)制备鸡血细胞液时，要注意向鸡血中加柠檬酸钠，防 止血液凝固。
人的胰岛素基因可以在大肠杆菌体内得以表达，但是由 于大肠杆菌是原核生物，没有内质网、高尔基体等细胞器的 加工，合成的胰岛素原不具有胰岛素的功能，即没有生物活 性；作为标记基因，有利于重组基因在细胞内表达的鉴定筛
选，但对于目的基因的表达没有促进等调控作用。
答案：D
二、基因工程的基本操作程序 1．构建基因表达载体(核心步骤)
DNA连接酶
DNA聚合 酶
解旋酶
作用特 点
将双链DNA片 段“缝合”起 来，恢复被限 制切开了的两 个核苷酸之间 的磷酸 二酯键
只能将单 个脱氧核 苷酸添加 到脱氧核 苷酸链上
将DNA 两条链 之间的 氢键打 开
作用结 果
形成单 形成重组DNA 形成新的 链DNA DNA分子 分子 分子
(2)限制酶与DNA连接酶的关系
(1)主要来源：原核生物。
(2)特点：能够识别DNA特定的 磷酸二酯键 开两个核苷酸之间的 核苷酸序列 。 ， 切
(3)DNA末端：限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种 形式： 黏性末端 和平末端。
2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：将双链 DNA片段 制酶切开的两个核苷酸之间的 (2)种类 ①E·coli DNA连接酶：只能缝合DNA的黏性末端。 “缝合”起来，恢复被限 。 磷酸二酯键
一基因工程诞生基础
被限制酶切开旳DNA两条单链旳切口，伸出旳核苷酸， 它们之间恰好互补配对，这么旳切口叫黏性末端。
又如： 辨认GGATCC, TGGCCA,上下序列呈什么关系？
（二）DNA连接酶 1.酶旳作用：将双链DNA分子片段旳缺口“缝合”起来，
（1）E·恢复co两li 个D核N苷A酸连之接间酶旳（磷大酸肠二酯杆键菌。）只能
拼接完毕后怎样导入受体细胞 （如受精卵、原核细胞）？
基因旳运载体 —“分子运送车”
我们一起来小结:
没有基础理论旳研究成果，
Hale Waihona Puke 一、基因工程诞生旳基础： 没有技术方面旳创新发明，
基因工程不可能诞生.
二、DNA重组技术旳基本工具
（一）限制性核酸内切酶（限制酶,如EcoRI等）
1、起源：
主要是从原核生物中
+
可是， DNA分子旳直径只有2.0nm,粗细只有
头发丝旳十万分之一，长度也是极其短小旳， 一般以µm为单位，如大肠杆菌旳DNA长度 为1.36µm.
二、DNA重组技术旳基本工具
请结合刚刚旳拼接活动，回忆必修2学习旳内容： 1、切割DNA旳工具（“分子手术刀”） 2、 DNA片段旳连接工具（“分子缝合针”）
3、基因转移工具（“分子运送车”-）----运载体
限制性核酸内切酶，功能：辨认特定核苷酸序列，并在特 定位置切割。
DNA连接酶，功能： 将DNA骨架上旳缺口“缝合”
二、DNA重组技术旳基本工具
（一）限制性核酸内切酶（限制酶） 1、起源：课本中说“主要是从原核生物中 分离纯化出来旳”, 为何它们有此类酶？
将 （双2）链TD4 NDAN片A连段接互酶补（旳噬黏菌性体末）端都之能间连连接起来 接黏性末端和平末端，但连接平末端之 间旳效率比较低。
高考复习：人教版高中生物选修三现代生物技术专题一《基因工程》经典例题创新应用训练含答案解析
高中生物选修三现代生物技术专题全套教学案含单元检测专题一基因工程本专题包括基因工程的发展过程；DNA重组技术的基本工具；基因工程的基本操作程序；基因工程的应用；蛋白质工程的崛起等部分。
b5E2RGbCAP基因工程是一门20世纪70年代以来新兴的生物科学与工程技术相结合的科学。
也叫DNA重组技术。
它是按照人类的意愿，将某种基因有计划地转移到另一种生物中去的新技术。
现已成为生命科学中发展最快、最前沿的学科，有关生物工程的内容，己成为近几年生物高考的热点内容。
其中基因工程的操作工具和基因工程操作的基本步骤以及基因工程的成果及应用前景将是近年命题的新热点plEanqFDPw基因工程操作的三种基本工具，四项基本操作程序等内容将成为考查学生分析综合问题能力的材料；另外，针对生物工程在医药、食品、农林等高新技术产业中的应用，运用有关的生物知识指导生产和实践，对有关的生产方案、生产过程进行分析、综合评价，这也是高考的另一热点。
有关基因工程的备考，今后高考中可能涉及到本考题的热点问题，有如下几个方面：DXDiTa9E3d1•基因工程的基本步骤：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因表达的检测与鉴定几个步骤。
RTCrpUDGiT2•转基因技术的应用：（1）转基因动植物，如抗虫、抗病、抗逆、抗除草剂，抗倒伏的植物；产肉、产蛋量高、生长快、耐粗饲料的动物；此外，转基因动物为人类异体器官移植提供了可能。
（2）基因药物：如人造胰岛素、人造生长激素、溶血栓的尿激酶原等。
（3）基因治疗：美国对复合型免疫缺陷症的治疗；糖尿病的治疗：许多科学家希望利用基因工程手段将正常的合成胰岛素基因导入患者体内，并准确表达，以此来修复或替代失去正常功能的胰岛B细胞，从而维持机体血糖平衡。
（4）利用遗传工程培养转基因固氮绿色植物的展望。
地球上的固氮途径有三条：生物固氮、工业固氮、高能固氮。
其中，生物固氮是植物可利用氮的主要来源。
高一生物专题1基因工程知识点分析
照对市爱民阳光实验学校高一生物专题1 基因工程【本讲信息】一. 教学内容：专题1 基因工程DNA重组技术的根本工具〔一〕教学内容理解DNA重组技术所需三种根本工具的作用，认同基因工程的诞生和开展离不开理论研究和技术创〔二〕教学：DNA重组技术所需的三种根本工具的作用〔三〕教学难点：基因工程载体需要具备的条件〔四〕教学过程：来源：主要从原核生物中分离功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，限制性内切酶并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷（分子手术刀）酸二酯键断开。
切割后的DNA末端：黏性末端平末端功能：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子DNA连接酶T4 DNA连接酶：能“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，（分子缝合针）种类也能“缝合”双链DNA的平末端E·coli DNA连接酶：只能将双链片段互补的黏性末端连接能在宿主细胞中保存下来并大量复制条件：有一个至多个限制酶切割点，基因进入受体细胞的载体有特殊的遗传标记基因，便于筛选。
（分子运输车）质粒（常用）种类：λ噬菌体的衍生物动植物病毒1. 基因工程的原理基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外和，赋予生物以的遗传特性，创造出更符合人们需要的的生物类型和生物产品。
由于基因工程是在水平上进行设计和施工的，因此又叫做。
2. 限制性核酸内切酶限制酶——“分子手术刀〞掌握限制酶的作用，切割后产生的结果，关注限制酶从哪里寻找？噬菌体侵染细菌的——单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。
那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。
由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶〔简称限制酶〕。
限制酶是基因工程中所用的重要切割工具。
家已从原核生物中别离出了许多种限制酶。
选修3 专题1 基因工程
【典例3】乳腺生物反应器是基于转基因技 术平台，将外源基因导入动物基因组中并 定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺能够 天然、高效合成分泌蛋白。下图为利用生 物工程技术让羊生产治疗心脏病药物tPA的 大致过程。请据图分析回答：
(1)图中①表示基因表达载体的构建，该 启动子 载体的组成通常有外源基因、________、 标记基因 终止子 ________、________等。 (2)图中②过程选择受精卵作为tPA基因受 体细胞的主要原因是 受精卵发育的全能性最容易表达 __________________________________。
【互动探究】（1）如果把鼠换成植物，则 导入受体细胞的常用方法改变吗？ 提示：变成农杆菌转化法、基因枪法等。 分析：植物细胞与动物细胞具有不同的特点， 导入的方法是根据操作的需要进行的，如利 用农杆菌易感染植物的特性。 （2）分子水平检测除蛋白质检测外还有什 么检测方法? 提示：DNA分子杂交、分子杂交。 分析：利用目的基因制作的单链DNA探针检 测目的基因或相应的mRNA存在与否，说明目 的基因是否存在或是否转录。
农杆菌转化法的过程： 将目的基因插入到农杆菌的Ti质粒的 T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→ 整合到受体细胞的DNA上→表达
4.目的基因的检测与鉴定
(1)检测目的基因是否插入到染色体DNA DNA分子杂交技术 上常用________________ (2)检测目的基因是否转录出了mRNA可 分子杂交技术 用_______________ (3)检测目的基因是否翻译成蛋白质可用 抗原-抗体杂交 _______________ (4)检测转基因植物是否具有抗虫或抗病 抗虫或抗病 特性，可做___________的接种实验
也可能产生__________。若要在限制酶切割 平末端
基因工程知识点总结
基因工程知识点总结选修3易考知识点背诵专题1基因工程基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果特点基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平剪切→拼接→导入→表达产生人类需要的基因产物打破种的界限，定向改造生物本质基因重组（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（2）功能：能够识别双链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磷酸二酯键断开，因此具有特异性。
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末了之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(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.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：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）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、布局简朴的、自力于细菌染色体之外，并具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：是人们所需要转移或改造的基因2.获取目的基因的方法____________ _________________ _____________3.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。
人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。
4.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物联合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
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（二）基因表达载体的构建
质粒
重组DNA 限制酶
目的基因
DNA连接酶
（二）基因表达载体的构建
1.构建目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下
一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 2.构建零件及其作用
（1）目的基因 （2）启动子 RNA聚合酶识别 和结合的一段特殊结构的DNA 片段，位于基因的首端，RNA 聚合酶与之结合才能驱动基因 转录出mRNA，进而获得需要的 蛋白质。
逆转录酶 核酸酶H DNA聚合酶
与载体连接 该生物 导入受体菌群 cDNAmRNA 杂交双链 单链DNA
双链DNA
2.利用PCR技术扩增目的基因 (1) 原理 PCR是聚合酶链式反应（polymerase chain reaction）,它是利用DNA 双链复制的原理，将基 因的核苷酸序列不断的加以复制，使其数量呈指 数方式增加。因为整个过程是在体外进行，所以 又叫做体外DNA扩增技术。
3.种类： 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
质粒
• 细菌拟核DNA之外能自主 复制的小型双链环状DNA 分子；
• DNA分子上具有多个限制 酶切割位点；
• 能在宿主细胞中进行自我 复制；
• DNA分子上具有特殊的标 记基因；
• 对宿主细胞无影响。
二、基因工程的基本操作程序
第一步 第二步 第三步 第四步
（二）DNA连接酶——“分子缝合针”
1.连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来， 使之成为一个完整的DNA分子
磷酸二酯键
GA A T T C C T T A AG
磷酸二酯键
2.连接酶的部位： 磷酸二酯键，不是氢键
3.连接酶的类型（按来源分类）
(1)E.coli DNA连接酶： 只能连接双链DNA片段互补
2. 过程
高温变性(DNA解旋) （90~95℃）
低温退火(引物结合) （55~60℃）
多次 重复
中温延伸(互补链合成) （70~75℃）
3.特点：指数形式扩增
双链DNA是在高温条件下解链为单链DNA的，因此整个 过程不需要解旋酶。
3.通过DNA合成仪直接合成目的基因 当基因比较小、蛋白质的氨基酸序列可以
测得或核苷酸序列已知时，可采用此种方法。
蛋白质的氨 推
mRAN
推 基因DNA的 合
基酸顺序 测 核苷酸序列 测 核苷酸序列 成
目的 基因
DNA合成仪
（二）基因表达载体的构建
用限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目 的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切 口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下 连接形成重组DNA分子，即基因表达载体。
获取目的基因 构建表达载体 导入受体细胞 目的基因检测与鉴定
（一）目的基因的获取1.从基因中获取目的基因将含有某种生物不同基因的许多片段，导入受体菌的 群体中储存，各个受体菌包含了某种生物所有的动物
发 雌性动物输卵 育 管或子宫
含目的基因 的受精卵
分分 化裂
移 早期 植 胚胎
3.导入微生物细胞 (Ca2+ 处理法) (1)过程
•菌制易备于感接受受态外细源胞D：NA用分C子a2。+（CaCl2）处理细菌，使细 • 重组DNA分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。
(2)优点
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操 作简单、价格低廉。
(3)常用受体细胞
大肠杆菌（E.coli）
（四）目的基因的检测与鉴定
目的基因是否真正插入受体细胞的DNA中，是否能 够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、 鉴定才能得知。
常用的检测手段主要从分子水平和个体水平进行。
1.分子水平（分子杂交技术）
显出 杂交带
（表明目的基因已转录出了mRNA）
检测DNA利用的是DNA与DNA杂交，检测 mRNA利用的是DNA与mRNA杂交。
1.分子水平（分子杂交技术）
（3）检测目的基因是否翻译出蛋白质 （抗原—抗体杂交技术）
提取受体生 与相应抗体杂交 显 出
物的蛋白质
杂交带
（表明目的基因已形成蛋白质产品）
2.个体水平
（1）检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因
提取受体生 适当限制 物全部DNA 酶切割
许多 DNA片段
用同位素标记的 显 出 目的基因片段杂交 杂交带
（表明目的基因已插入）
1.分子水平（分子杂交技术） (2) 检测目的基因是否转录出了mRNA
提取受体生 物的mRNA
用同位素标记的 目的基因片段杂交
（二）基因表达载体的构建
2.构建零件及其作用
（3）终止子 一段特殊结构 的DNA片段，位于基因的尾端， 作用是使转录在所需要的地 方停止。
（4）标记基因 鉴别受体细胞 中是否含有目的基因，从而将含 有目的基因的细胞筛选出来。
(5) 复制原点
（三）将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入受体细胞并且在受体细胞内维持稳 定和表因的构建 基因组的构建提取某生物用适当
许多
全部DNA 限制酶切割 DNA片段
与载体源于大肠杆菌) 的粘性末端
(2) T4 DNA连接酶： 既可以连接双链DNA片段 互补的 （来源于T4噬菌体） 粘性末端，又可以“缝合”双链
DNA片段的平末端
（三）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.作用： 将外源基因送入受体细胞
2.条件： • 能在宿主细胞内复制并稳定地保存； • 具有多个限制酶切位点,便于目的基因插入； • 具有标记基因，便于筛选； • 必需是安全的，对宿主细胞无害。
基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、 土壤农杆菌和动植物细胞等。
导入受体细胞的方法主要是借鉴细菌或病毒侵染细 胞的途径，且因受体细胞的不同而不同。
1.导入植物细胞 （1）农杆菌转化法
（2）其他方法 • 基因枪法 • 花粉管通道法
2.导入动物细胞 (显微注射技术)
含目的基因 显微 的表达载体 注射