第34讲 基因工程及蛋白质工程 一轮复习
二、基因工程基本操作过程
1、目的基因的获取 2、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
(一)目的基因的获取
1、目的基因主要是指 编码蛋白质的结构基因 ____________________也可 以是一些具有____________________ 调控作用的因子 。 从自然界中已有物种中分离 初始目的基因的来源 人工合成
切割后具备标记基因、复制原点、启动子和终止子。
切割位点在启动子和终止子之间 质粒上标出T－DNA片段，则所选限制酶切点应位于T－DNA片段
若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构 建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别 是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)、 Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是( D )
有侵染或进入宿主细胞的能力
作为运载体必须具备哪些条件？
1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2)一至多个限制酶切点 便与外源基因连接 3)标记基因 供重组DNA的鉴定和选择 4)对受体细胞无害 5)大小合适
(如抗菌素抗性基因、产物具有 颜色反应的基因等)
在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒， 都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
(课本P受体细胞后，是否可以稳定维持和表达 其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道
注意目的基因插入的位置，选择限制酶的种类
重组DNA
GAATTC CTTAAG GAATTC CTTAAG
载体
限制性内切酶
AATTC G
目的基因
G CTTAA AATTC G
限制性内切酶
G CTTAA
思考：形成的重组DNA分子中，由2个DNA片段之间 T4 DNA连接酶 连接形成的产物有哪些种类？ 15ºC 通常用两种不同的限制酶切割目的基因和运载体
原因：防止目的基因自身环化、运载体自我连接、运 载体和目的基因反向连接，提高所需重组DNA的概率
重组运载体 目的基因自连 运载体自连
限制酶的选择原则
(1)根据目的基因两端的限制酶切点
（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类
切点位于目的基因两端的 限制酶,不能切基因内部
切割目的基因与质粒要具有相同的黏性末端
双链 DNA 片段 将 _______________ “缝合”起来，恢复被限制 作用： 酶切开的两个核苷酸之间的_____________ 磷酸二酯键 ,这 样一个重组的DNA分子就形成了。
(注：形成的是磷酸二酯键而不是氢键，无特异性)
种类：
两类
E·coli DNA连接酶 只能连接黏性末端
T4 DNA连接酶 连接黏性末端和平末端
PCR技术扩增与DNA复制的比较
相 原则 同 原料 点 条件 PCR技术 DNA复制 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 原料、模板、能量、酶 DNA在高温 解旋酶催化 下变性解旋 细胞内 DNA聚合酶
解旋 不 方式 同 场所 体外复制 点 热稳定的DNA聚合酶 酶 （Taq 酶库只包含部基因基因组构建提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶酶切
---鸟枪法
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
重组载SmaI限制酶的切割
平末端
平末端
↓ ……GAATTC…… ……CTTAAG……
↓ 一GGATCC一 一CCTAGG一
一↓GATC 一 一 CTAG 一
EcoRⅠ
黏性末端不相同
同一种DNA片段用不同限制性酶处理，形成的 黏性末端一般不相同，但也有相同的。
↓
限制酶I
限制酶Ⅱ
黏性末端相同
2、分子缝合针──DNA连接酶
RNA聚合酶
能识别启动子并与结合位点结合，催化 DNA转录（合成）出RNA。也有解旋 DNA的作用。
原核细胞的基因转录
RNA聚合 酶结合位点
AGGTCACGTCG TCCAGTGCAGC
RNA聚合酶
A G G U C A C G U C G RNA聚合酶
RNA聚合酶
真核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子 与RNA聚合酶 识别结合位点 外显子 内含子 编码区 非编码区
编码区下游
终止子
外显子： 不能够编码蛋白质的序列
内含子：能够编码蛋白质的序列 非编码序列： 包括非编码区和内含子
一、基因工程的概念及原理
DNA重组技术 通 基因工程又叫基因拼接技术或 _______________________________ 俗的来说，就是按照人们的意愿，把一种生物的 _________提取出来，加以_________ 修饰改造，然后放到 某种基因 _____________________ ，定向的改造生物的 另外一种生物的细胞中 _______________ 遗传性状
二、基因工程的工具
• 准确切割DNA的工具（“分子手术刀”）
——限制性核酸内切酶（简称“限制酶”）
• DNA片段的连接工具（“分子缝合针”）
——DNA连接酶
• 基因转移工具（“分子运输车”） ——运载体
工具≠工具酶
1、“分子手术刀” ——限制酶 来源： 主要从原核生物中分离纯化而来
化学本质：蛋白质 种类： 大约4000种，限制酶是一类酶，而不是 一种酶
④方式：以_____ 指数方式扩增，即____ 2n（n为扩增循 环的次数） ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍 地扩增
过程：
第一步DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热
氢键 断裂，形成___________ 单链DNA 作用下，_____
模板DNA
模板DNA
第二步退火（复性55℃-60℃）：系统温度降低，
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
（三）将目的基因导入受体细胞 ---转化
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 1、将目的基因导入植物细胞 1)农杆菌转化法 对象、过程、原理 2)基因枪法 3)花粉管通道法 2、将目的基因导入动物细胞 显微注射法 (步骤) 3、将目的基因导入微生物细胞 Ca2+处理法（原理、步骤） 为什么大多用微生物作为受体细胞？ 用原核生物和真核 可以
大 有 有 某种生物的全 部基因 部分基因可以
基因中启动子 基因中内含子
基因多少 关信息。
如：根据基因的核苷酸序列； 基因的功能； 基因在染色体上的位置； 基因的转录产物mRNA； 基因翻译产物蛋白质等特性。
① 作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去； 作用② ： 使外源基因能在受体细胞内稳定保存、复制和表达 如果直接把外源基因导入细胞，外源基因在细胞中 不能进行复制、转录和稳定保存。
载体的化学本质:能够自我复制的DNA分子 常用的运载体分为两类： a.质粒 (是拟核外能够自主复制的小型环状DNA） b.λ 噬菌体的衍生物、动植物病毒基因组构建提取某种生物的全部DNA
用适当的限制酶酶切
---鸟枪法
一定大小的DNA片段
将DNA片段与载体连接
重组载--逆转录法
逆转录酶
提取生物某发育时期mRNA
只含该生物 的部分基因
单链DNA
DNA聚合酶
双链的cDNA
与载体连接导入受体菌群储存起来
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点
都能催化形成磷酸二酯键 将单个脱氧核苷 酸加到已存在的 核酸片段上，形 成磷酸二酯键
形成DNA的一条链 DNA复制
在两DNA片段之 不 连接对象 间形成磷酸二 酯键 同
点
作用结果 用途
形成重组DNA分子
基因工程
3、基因的运输工具——运载体
(2)利用PCR技术扩增目的基因
① 概念：PCR全称为多聚酶链式反应 _______________，是一项 体外 特定 DNA片段 在生物____ 复制 ___________ 的核酸合成技术 DNA双链复制 ②原理：__________ ③条件： ________________________、 根据已知目 已知基因的核苷酸序列（前提） ______________ 、 ___________ 四种脱氧核苷酸 一对DNA、 引物 的基因的核 苷酸序列来 _______________________ 热稳定DNA聚合酶 （Taq酶） 合成引物
双链 。 引物与DNA模板结合，形成局部________
模板DNA
模板DNA
第三步延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下， 合成与模板互补的DNA链。 模板DNA
模板DNA
第1个PCR循环完成后 ：得到两个目的基因
PCR技术是分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用 DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图所示)。
， 核苷酸序列 特点： 能够识别双链DNA分子的某种特定__________ 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。 限制酶在原核生物中主要起切割外源DNA，使之失 效，从而达到保护自身的目的。
作用： 结果：
可用于目的基因和载体的切割 平末端 黏性末端 产生_________ 或________ 。
形成整个DNA分子
(二）基因表达载体的构建—基因工程的核心
目的：使目的基因在受体细
胞中稳定存在，并遗传给下 一代，使目的基因表达和发 挥作用
表达载体的组成：
目的基因 启动子 (位于基因的首端，RNA聚合酶识别和结合的部位) 终止子 (位于基因的末端，使转录停止) 标记基因 鉴别和筛选受体细胞是否含有目的基因，一般 复制原点 为抗性基因或荧光基因
高考生物一轮复习 第34讲 基因工程教师备用题库(含解析)-人教版高三全册生物试题
基因工程1.如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。
以下相关叙述,正确的是( )A.②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B.③侵染植物细胞后,重组Ti质粒整合到④的染色体上C.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤就表现出抗虫性状D.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异答案 D ②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶参与,A错误;③侵染植物细胞后,通过农杆菌的转化作用,使目的基因进入植物细胞并整合到④的染色体上,B错误;④的染色体上含有目的基因(抗虫基因)但不一定表达,C错误;基因工程依据的原理是基因重组,基因重组属于可遗传变异,D正确。
2.(2016课标全国Ⅲ,40,15分)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
图(a)图(b)根据基因工程的有关知识,回答下列问题:(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是。
(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。
这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有,不能表达的原因是。
图(c)(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是。
答案(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案可酌情给分) (3)E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶(其他合理答案可酌情给分)解析(1)分析图(a)可知,限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割DNA后形成的粘性末端相同,故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。
高考第一轮复习 基因工程和蛋白质工程
【本讲教育信息】一. 教学内容：基因工程和蛋白质工程二. 教学内容：基因工程和蛋白质工程三. 教学重点：基因工程的工具和步骤蛋白质工程四. 教学难点：基因工程的操作步骤基因工程和蛋白质工程的区别与联系五. 具体内容：1.1 DNA重组技术的基本工具（一）基因工程的原理①这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
②基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。
基因工程具有以下五个方面的特点：①它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的技术；②在DNA分子水平上进行操作；③是在体外进行的人为的基因重组；④一旦成功，便可遗传；⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。
（二）限制性内切酶——“分子手术刀”限制性内切酶简称限制酶，主要存在于微生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，在特定的核苷酸序列，在特定的切点上切割DNA分子（如下图）。
例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAA TTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。
（三）DNA连接酶——“分子缝合针”被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。
把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来，还要靠另一种极其重要的工具，即DNA分子“缝合针”——DNA连接酶。
根据DNA连接酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coliDNA连接酶。
E·coliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来。
另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。
生物一轮复习练习34基因工程含解析
第1讲基因工程一、单项选择题（每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求）1．如图1表示DNA的基本结构,图2表示染色体DNA的片段,箭头是某种限制酶的识别序列和作用位点，下列相关说法正确的是(A)A．图1中a所示部位即图2中箭头所示部位B．图2所示的DNA片段被限制酶切割后获得的末端形式与图1下端相同C．E·coliDNA连接酶可以将两个图1所示结构连接成为一个DNA片段D．基因工程的载体必须具有图2所示的碱基序列[解析]图2箭头所示的部位表示两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,图1中a部图2箭头所示的部位表示两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，图1中a部位是磷酸二酯键，A正确；图2所示的DNA片段被限制酶切割后，将获得黏性末端，而图1所示的DNA具有的末端是平末端，B错误;E·coliDNA连接酶只可以“缝合”双链DNA片段的黏性末端,图1所示为平末端，C错误；限制酶有多种，基因工程中的载体具有其中一个或几个限制酶识别的序列即可，不必一定含有图2所示的碱基序列，D 错误.2．限制性核酸内切酶MunⅠ和限制性核酸内切酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—.如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因.适于作为图示目的基因载体的质粒是（A)［解析]由图可知,质粒B上无标记基因,不适合作为载体;质粒C和D的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点。
只有质粒A上既有标记基因，且EcoRⅠ的切割位点不在标记基因上。
3．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是（B)A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程[解析]基因的结构决定蛋白质的结构,因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。
一轮复习浙科版基因工程与蛋白质工程课件
考点三 DNA的粗提取和鉴定 1.实验原理 1)DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度高,DNA钠盐不溶于酒精而某些蛋 白质能溶于酒精。 2)沸水浴条件下,DNA与二苯胺反应呈蓝色。 2.实验步骤:研磨(生物组织+研磨液)→过滤(得到含DNA的滤液)→离心 →加冷酒精(得到白色絮状物)→用二苯胺鉴定。
①原理:DNA半保留复制。 ②前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。 ③条件:模板(DNA母链)、引物(2种)、Taq DNA聚合酶和原料(4种dNTP) 等。
④
⑤结果:1个DNA→2n个DNA(n为扩增循环次数)。 ⑥鉴定:常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR产物。
【名师点拨】 引物结合位置不在模板链端部时,第三次循环才能出现双 链等长的目标DNA片段(如图)。
通过PCR仪器中的激发光源和发射光检测器,可检测到每个PCR循环中 释放出来的荧光基团发出的荧光,产生的荧光强度直接可反映被扩增的 靶DNA量。 二、CRISPR/Cas9基因编辑技术 1.技术背景:CRISPR/Cas系统是细菌体内演化出的一套防御系统,用于破 坏侵入的病毒DNA分子。CRISPR类似于一个“资料库”,储存多种病毒 的DNA片段;Cas类似于“武器库”,表达各种Cas蛋白,用于切割相应病毒 的DNA。细菌CRISPR/Cas系统工作示意图:
2.CRISPR/Cas9基因编辑技术 科学家从细菌体内挑选出了一种CRISPR/Cas9体系(由靶基因的向
导RNA和Cas9蛋白构成的复合体),向导RNA在基因组中负责寻找靶基因 并与其结合,Cas9蛋白在向导RNA的引导下切割靶基因,使DNA双链断裂 产生平末端。在随后DNA自我修复的过程中,容易随机引起一些碱基对 的插入或缺失,导致基因功能改变。随着广大学者的研究使用,此技术目 前已实现对核苷酸的定点插入、敲除或替换。 与基因工程相比,基因编辑技术意味着人类不必再转入外源基因,而是直 接对细胞原有DNA序列进行精准编辑,大大提高了准确性和安全性。
精讲34 基因工程-2024年高考生物一轮复习课件(新教材新高考)
4.Bt基因表达出的Bt抗虫蛋白：杀死害虫的原理？ 1.转化的概念？
不会对人畜有害的原理？P77右上角
2.将目的基因导入受体细胞的方法、受体细胞？
5.PCR：名称、原理、仪器、条件、过程？
常用原核生物做受体细胞的优点？
缓冲溶液中添加Mg2+的作用？
3.农杆菌转化法 （1）过程？（注意两次拼接、两次导入）（2）原理？
5'
5 CH
′
42 ′H
H
3
O
1
H′ H
2
′ O H′
H
DNA的一条单链具有两个末端，一
端有一个游离的磷酸基团，称作5'
－端，另一端有一个羟基(—OH)，
碱 称作3'－端，两条单链走向相反，
基 一条单链从5′－端到3'－端，另一条
单链从3'－端到5'－端。
1.原核基因的结构
四、认识基因的结构
2.真核基因的结构
第一步、目的基因的筛选与获取
（4）终止子：①本质？②位置？③作用？
1.何为目的基因？P76
（5）复制原点的作用？
2.目的基因的获取方法？ 3.cDNA是怎样形成的？
3.构建过程？ P80倒数第二段(3条)
4. 两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒，优势？
第三步、将目的基因（基因表达载体）导入受体细胞
挥作用。 P80
3.为什么要有“将目的基因导入受体细胞”？
含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 P81
4.为什么要有“目的基因的检测与鉴定”？
目的基因是否能够在受体细胞中稳定维持和表达 其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道 P82
2024届高考一轮复习生物教案(新教材人教版鲁湘辽)：基因工程的应用和蛋白质工程
第7课时基因工程的应用和蛋白质工程课标要求 1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
考点一基因工程的应用1．基因工程在农牧业方面的应用2．基因工程在医药卫生领域的应用3．基因工程在食品工业方面的应用1．基因工程应用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题：(1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？提示不能。
抗虫基因具有专一性。
(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？提示减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。
(3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？提示会。
害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
2．为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。
提示受精卵。
受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源生长激素基因，全能性较高。
1．(2023·山东潍坊高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是() A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量答案 D解析基因工程在农牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质，而不是为了产生体型巨大的个体，A错误；用基因工程方法培育的抗虫植物只能抗虫，不能抗病毒，B错误；转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵细胞，因为受精卵具有全能性，C错误。
2．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。