基因工程与蛋白质工程
2024届新高考生物(选考)专题5 生物技术与工程 重点小专题14 基因工程
基因工程
考点一 基因工程 考点二 蛋白质工程 备用习题
网 络 构 建
1.判断有关基因工程和蛋白质工程说法的正误
高 (1)DNA连接酶作用的底物可以是DNA片段,也可以是单个核苷酸。 (×)
频 (2)用限制酶处理目的基因和Ti质粒,涉及氢键和磷酸二酯键的断裂。 ( √ )
易 错
(3)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。( ×)
料仅指四种脱氧核苷酸。
(4)利用PCR扩增目的基因时,不需要知道目的基因的全部碱基序列。 (√ )
(5)PCR过程中,模板DNA和引物能在每一次扩增中重复使用。 (×)
高 频
(6)PCR扩增区域由2个引物来决定。
(×)
易 (7)耐高温的DNA聚合酶只能从引物的5'端开始连接脱氧核苷酸。 (× )
错 ●
是3'→5',非模板链(也就是a链)是5'→3';DNA复制中子链延伸方向为5'→3',故引物方向为
5'→3',所以F1配对的单链是3'→5'的b链,故其序列应该与a链相应部分的序列相同。
考点一
(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是
否表达以及表达水平,结果如图乙所示。其中,出现条带1证明细胞内表达了J-V5融合蛋白,
错 ●
(3)利用PCR技术扩增抗虫基因时,PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2+。(√ )
考 前
[解析] (1)PCR反应需在一定的缓冲溶液中进行,需提供DNA模板、2种引物、
清 四种脱氧核苷酸及耐高温的DNA聚合酶等。
零 (2)PCR过程中不需要解旋酶,DNA解旋是在高温下实现的,并且PCR需要的原
基因工程细胞工程发酵工程蛋白质工程生化工程关系
基因工程细胞工程发酵工程蛋白质工程生化工程关系下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基因工程、蛋白质工程和细胞工程
现代生物科技专题
考点31 基因工程、蛋白质工程 和细胞工程
直击 考纲
1.基因工程的诞生(Ⅰ)。
2.基因工程的原理及技术(含PCR)(Ⅱ)。
3.基因工程的应用(Ⅱ)。
4.蛋白质工程(Ⅰ)。
5.植物的组织培养(Ⅱ)。
6.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。
7.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。
8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)。
解析答案
1
2
3
4
5
3.(2015· 全国Ⅱ，40)已知生物体内有一种蛋白质 (P) ，该蛋白质是一种
转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮
氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P
的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1) 从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的
解析 由于限制性核酸内切酶 Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末 端相同，所以经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被 Sau3AⅠ酶切后的产物连接。
解析答案
1
2
3
4
5
(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DNA，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表 甲、丙 ，不能表达的原因是甲中目的基因插入在 达目的基因产物的有_______ __________________ 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 _____________________________________________________________
解析
2021年新课标新高考生物复习课件：专题25 基因工程与蛋白质工程
(2)基因治疗 a.概念:把⑤ 正常基因 导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从 而达到治疗疾病的目的。
b.
c.成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能产 生腺苷酸脱氨酶,然后,再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型 免疫缺陷症。
二、蛋白质工程 1.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:在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程的基本原理
物反应器”。 因此以胡萝卜为转化受体,研究FMDV的VP1基因在转基因 胡萝卜中的表达情况 , 为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供 了一条新途径。 问题探究 (1)构建基因表达载体的目的是什么? (2)将VP1基因转入胡萝卜细胞最常用的是什么方法?其原理是什么? (3)一般来说,切割目的基因或运载体为何使用两种不同的限制酶? 要点点拨 (1)使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一 代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)将目的基因(VP1基因)导入植物细胞最常用的是农杆菌转化法。当植 物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向 这些细胞,这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受 体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,利用这一特点,可将目的基
d.扩增过程
过程 变性 复性
延伸
说明
图解
当温度上升到90 ℃以上时,双链 DNA解聚为单链
温度下降到50 ℃左右,两种引物 通过碱基互补配对与两条单链 DNA结合
72 ℃左右时,Taq DNA聚合酶活 性高,可使DNA新链由5'端向3' 端延伸
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点·基因工程基因工程三种工具原理及基因工程的四个步骤一、基因工程需要三个工具：1、剪刀：限制酶。
2、针线：DNA连接酶。
3、运输：运载体。
二、基因工程四个步骤：1、目的基因的获取。
2、基因表达载体的构建目的基因与运载体结合。
3、将目的基因导入受体细胞。
4、目的基因的检测与表达。
基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术。
是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
基因工程，又称基因操作，DNA重组技术，基因克隆，分子克隆等。
克隆就是来自同一祖先的相同副本或拷贝的集合，而获得同一拷贝的过程则称为克隆化，也就是无性繁殖。
蛋白质工程是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。
1983年，美国生物学家厄尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念，随即被广泛接受和采用。
蛋白质工程是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的蛋白质。
人们利用分子遗传学的知识和对蛋白质结构的了解，在实验室条件下，设计出全新的优良蛋白质。
利用基因工程生产的胰岛素就是蛋白质工程的第一个成功范例。
由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有许多同基因工程技术相似的地方，因此人们也把蛋白质工程称为第二代基因工程。
蛋白质工程与基因工程的区别蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。
原创3：1.4 蛋白质工程的崛起
例如：
干扰素（半胱氨
改
酸）
造
体外很难保存
干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提 高数倍
天冬氨酸激酶
改 天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸） 造 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成 酶（104位的天冬酰
原有的
新的
蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
课堂练习：
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( A ) A. 蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质
课堂练习：
2、蛋白质工程的基本流程正确的是：( D ) ①设计蛋白质分子结构 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A. ①→②→③→④ B. ④→②→①→③ C. ③→④→①→② D. ③→①→④→②
1．水蛭素的改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂， 它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水 蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。 为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基 础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案， 将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使 其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键 来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血 效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验 抗血栓形成的效果，提高20倍。
胰 岛 素 的 三 级 结 构
蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结 构是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。
基因工程的应用和蛋白质工程
抗____基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；抗____基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因
抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
抗逆转基因植物
抗逆转基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗______的大豆和玉米
________的
转基因植物
优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因
高______玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
动
物
基
因
工
程
提高生长速度的
转基因动物
____________基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
生产药物的
转基因动物
药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子
____生物反应器
基因工程的应用和蛋白质工程
考纲要求：
1.基因工程的应用(Ⅱ)。2.蛋白质工程(Ⅰ)。
知识梳理及考点解析：
1.基因工程的应用
完成基因工程的应用表格，了解应用成果。
转基因生物
目的基因
成果举例
植
物
基
因
工
程
抗虫转基因植物
抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
思维拓展 基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。
改善畜产品品质的
转基因动物
________基因
乳汁中含乳糖较少的转基牛
作器官移植供体的
转基因动物
外源的抗原决定基因表达的____因子或除去供体的____决定基因
“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析
“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析一、知识归纳1.与DNA分子相关的酶名称作用参与的生理过程应用限制性核酸内切酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列基因工程DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧酸DNA复制RNA聚合酶在核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录解旋酶使碱基间氢键断裂DNA复制及转录逆转录酶以RNA为模板合成DNA 逆转录及基因工程特别注意:(1)限制性核酸内切酶的来源:多数来自原核生物;作用特点:主要切割外源DNA,对自身的DNA不起作用从而达到保护自身的目的;作用结果:形成DNA片断末端。
(2)各种酶都具有专一性,特别就是限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定的碱基之间切开。
2.基因工程的基本操作程序(1)获取目的基因①基因文库:就是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中通过克隆而储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。
②基因组文库:基因文库中含有一种生物所有的基因就叫做基因组文库。
③部分基因文库:含有一种生物的部分基因,就叫做部分基因文库,如cDNA文库。
PCR技术与DNA复制的比较比较项目PCR技术DNA复制相同点原理DNA双链复制((碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件模板、ATP、酶等不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制主要在细胞核内酶热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子(2)基因表达载体的构建(基因工程的核心)①构建目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达与发挥作用。
②一个基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子、标记基因等。
③构建方法(3)将目的基因导入受体细胞—转化生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2+处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子特别注意:受体细胞中常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物──大肠杆菌、酵母菌等,但要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必需用真核生物酵母菌──需内质网、高尔基体的加工、分泌。
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1、1997年，科学家将动物体内
的能够合成胰岛素的基因与大肠
杆菌的DNA分子重组，并且在大
肠杆菌中表达成功。请据右下图
回(1答)此问图题表。示的是采取___人__工_____
合成基因的方法获取____目__的____基
最常用的载体是：细菌质粒。必须具备的条件：
4、目的基因的获取方法： 直接分离法、人工合成法
。
5、将目的基因导入植物细胞，最常用的方法是农杆菌转化法，其次
还有 基因枪法 和 花粉管通道法 。 受体细胞可以是受精卵、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 显微注射法。此方法的
PCR反应合成DNA
原理：DNA复制 过程：加热DNA解链 冷却引物结合到互补DNA链 条件 ：耐高温DNA聚合酶
互补链合成
一、目的基因的获得
直接分离法
人工合成法
（最常用的方法——鸟枪法）
反转录法
化学合成法
外源DNA
信使RNA 蛋白质氨基酸序列
DNA片段
DNA单链 目的基因核苷酸序列
目的基因
双链DNA
且切割特定的两个脱氧核苷酸之间的 磷酸二酯键 ，形成黏性末端。
2、“分子缝合针”----- DNA连接酶 。
①功能：缝合两个脱氧核苷酸之间的 缺口
。
②与DNA聚合酶作用的异同：连接酶在两个DNA将单个脱氧核苷酸加到已存在的核
3、“分子运输车”-- 载体 酸片段。的3’端的羟基上，形成磷酸二酯键
受体细胞多是 受精卵 。
四、目的基因的表达与鉴定
基因表达
基因表达指基因组中某基因在细胞中转 录为mRNA和翻译成蛋白质的过程。
❖ A．①② D．②④
B．②③
C．③④
DNA连接酶——“分子缝合针”
E·coli DNA连接酶（黏性末端） 1、种类： T4 DNA连接酶 （黏性末端和平末端） 2、作用部位：磷酸二酯键
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合” 起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一 个重组的DNA分子就形成了。
基因工程
1、基因工程又叫做 _D_N_A_重_组_技__术_。
2、基本工具 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶 “分子缝合针” DNA连接酶 基因进入受体细胞的载体 运载体
3、基本操作步骤
1、目的基因的获取 2、基因表达载体的构建（核心）
3、将目的基因导入受体细胞（转化） 4、目的基因的检测与鉴定
基因工程的“专用工具”
目的基因
多个目的基因 多个目的基因 多个目的基因
基本操作步骤
（一）目的基因的提取
获取方法： 1、直接分离法 2、人工合成法：反转录法；化学合成法
PCR反应合成DNA
原理：DNA复制 过程：加热DNA解链 冷却引物结合到互补DNA链 互
补链合成 条件 ：耐高温DNA聚合酶
（二）基因表达载体构建
1、基因表达载体由_启__动_子____、_目_的__基_因__、 _终__止_子__、__标_记_基__因__四部分组成。
运载体：常用质粒、 噬菌体、动植物病毒
注意：真正用作运载体的质粒都 是人工改造过的。
❖ 运载体的特点 ❖ 1.对受体细胞无害 ❖ 2.外源基因的插入不影响载体在宿主细胞内 ❖ 的自我复制 ❖ 3.最好具有多个限制性内切酶的切点，供外
源DNA插入 ❖ 4.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择
❖ 8．除下列哪一项外，转基因工程的运载体必
基因工程
专题1 基因工程
考纲要求
1、理解基因工程的原理和技术Ⅱ
2、理解基因工程的应用
Ⅱ
3、蛋白质工程
Ⅰ
❖ 基因工程又叫做 _D_N_A_重_组__技_术_
按照人们的意愿，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，从而创造出更符合人们需要的新的生物类 型和生物产品
须具备的条件是：（D）
❖ A．能在宿主细胞中复制并保存
❖ B．具有多个限制酶切点，以便与外源基因 连接
❖ C．具有标记基因，便于进行筛选
❖ D．是环状形态的DNA分子
人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌 素抗性基因，该抗性基因的主要作用是
❖ A . 提高受体细胞在自然环境中的耐药性
(B )
❖ B. 有利于对目的基因是否导入进行检测
2、启动子作用：
RNA聚合酶识别和结合的位点
3、标记基因的作用：
抗生素基因 鉴别受体细胞中是否含有目的基因， 筛选含有载体的细胞
二、重组载体的构建
基因表达载体的组成：
a、启动子
b、目的基因
c、终止子
d、标记基因 e、复制原点
提醒 ①与载体相比较,增加启动子、目的 基因和终止子三个基因片段,其功能各不相 同。
❖ C. 增加质粒分子的分子量
❖ D．便于与外源基因连接
基因工程的一般程序
一、目的基因的获得 二、重组载体的构建 三、重组载体的导入和筛选 四、目的基因的表达与鉴定
基本操作步骤
（一）目的基因的提取
目的基因：主要是指__编_码_蛋__白_质_的__结_构_基__因_____。 获取方法： 1、直接分离法 2、人工合成法：反转录法；化学方法合成法
导入方法
转化法：获得转基因大肠杆菌
转化法：获得转基因酵母菌 显微注射法：转基因动物 农杆菌转化法、基因枪法：转基因植 物 花粉管通道法、基因枪法，转化法： 转基因植物
1、基因工程的基本工具
复习回顾
（1）“分子手术刀”--- 限制性内切酶 。
①来源：主要是从 原核 生物中分离纯化出来的。 脱氧 ②功能：能够识别双链DNA分子的某种 特定 的 核苷酸 序列，并
限制性内切酶
黏性末端
EcoRI
黏性末端
来源：主要从原核细胞分离 作用： 一种限制性内切酶只能识别双链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（切割DNA分子）
作用结果： 平未端及粘性未端
❖ 下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的 一组 （ ）
❖
因的过程。
(2) 图中①DNA是以信__使__R_N__A__为
模板，形成单链DNA，在酶的作
用下合成双链DNA，从而获得了
所需要的目的基因。
(3) 图中③代表 重组DN，A它分子往往
含
基因标，记以便对目的基因的
检测。
三、重组载体的导入和筛选
受体细胞 大肠杆菌 酵母菌 动物受精卵 植物体细胞
植物受精卵