标夺市安祺阳光实验学校高二生物期中复习之一-基因工程苏教版 【本讲教育信息】
一. 教学内容：
二、良好开端
本节重点：基因工程的三种操作工具，基因工程的基本操作程序（四步骤），基因工程的应用，蛋白质工程 本节难点：基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞的方法、蛋白质工程与基因工程的区别和联系 三、成功之旅
【知识点1】基因工程的工具
1、分布：该酶主要分布于微生物中。在微生物中能够限制异源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。这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶（简称限制酶）
2、作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。
3、作用部位：在DNA分子内部特定的部位进行，切割的是双链DNA分子的脱氧核苷酸链上的两个磷酸二酯键。
4、特点：具有特异性，即识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割。该酶识别和切割部位一般都具有反向重复序列，即一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的碱基顺序完全一致。如图所示。
5、切割方式：平切和错位切
当限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA的两条链分别切开，则为平切。
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开，则为错位切。
6、作用结果：平切得到的是平末端，错位切得到的是粘性末端。它们的特点是：一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一样，它们之间正好能碱基互补配对。其中，错位切的限制酶在基因工程中最常使用。但要注意的是，在基因工程中为了保证得到相同的粘性末端，必须用相同的限制酶切割质粒和目的基因。
（二）DNA连接酶——“分子缝合针”
1、概念：是将两条DNA连接起来的酶。即连接的是两个DNA分子，两个DNA片段。
2、作用：它的功能是把两个DNA片段末端之间的“缝隙”连接起来。
注意：DNA连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而不是两条链之间互补配对碱基之间的氢键，它与限制性内切酶的作用是相反的。限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键，只是一个是切开，一个是连接。
在基因工程中被同一种限制性核酸内切酶切割开来的目的基因和载体，具有相同的粘性末
端，将它们的粘性末端连接起来，就可以形成重组DNA分子。这就需要DNA连接酶来完成此功能，而且这是基因工程中构建重组载体的必要环节。
3、类型：
①E·coliDNA连接酶：只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。
②T4DNA连接酶：既可以“缝合”双链DNA片段互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。
（三）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1、载体的作用：与目的基因结合形成重组DNA，并将目的基因导入受体细胞。
2、类型：细菌质粒、噬菌体或某些动植物病毒
①细菌质粒：它是一种相对分子质量较小、于细菌DNA之外的小型环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个，质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可
以复制，也可以整合到细菌DNA中，随细菌DNA的复制而复制。
②噬菌体或某些动植物病毒：现在人们还在不断地寻新的载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为基因工程中的载体，如把外源基因导入叶绿体中，可减少“基因污染”。
3、载体必须具备的条件：
①能在宿主细胞内稳定地保存并大量复制。
②具有多个限制酶切点，以便于外源基因连接。每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322就有多种限制酶的单一识别位点，可适用于多种限制酶切割的DNA插入。
③具有某些标记基因，以便进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。此外，载体的存在还需对宿主细胞的生存没有影响。
例题1、下列关于DNA连接酶的作用叙述正确的是
A、将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键
B、将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键
C、连接两条DNA链上碱基之间的氢键
D、只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接起来，而不能将双链DNA片段平末端之间进行连接
解析：DNA连接酶和DNA聚合酶都是作用于磷酸二酯键，与氢键的形成无关。前者在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，而且把双链上两个缺口同时连接起来；而DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段上，且在单链上进行操作。
答案：B
【知识点2】基因工程的基本操作程序
（一）目的基因的获取——基因工程的第一步
1、从基因文库中获取
基因文库包括：基因组文库和部分基因文库（又称cDNA文库）
优点：有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞，使之表达。
2、人工合成目的基因：包括反转录法和人工合成法两种。
3、利用PCR技术扩增目的基因
其最大的特点是：指数式扩增。
（二）基因表达载体的构建——实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。
1、目的是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、表达载体的组成：除了目的基因以外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。
3、构建步骤：
①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；
②用同种限制酶切割目的基因，产生相同的粘性末端；
③将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基
因结合成重组质粒。
（三）将目的基因导入受体细胞
1、目的：使目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内稳定维持和表达
2、方法：受体种类不同，导入方法不同
②导入动物细胞：常用显微注射法
③导入微生物细胞：用Ca2+处理，使之成为感受态细胞
3、转化的实质：使目的基因整合到受体细胞染体基因组中。
（四）目的基因的检测与鉴定
1、导入检测：DNA分子杂交法
2、表达检测
①转录检测：分子杂交法检测是否转录出了mRNA。
②翻译检测：抗原——抗体杂交法
3、个体生物学水平鉴定：根据其性状，如作物的抗性等。
【知识点3】基因工程的应用
1、植物基因工程成果：抗虫转基因植物（如抗虫棉是转入Bt基因培育的）、抗病转基因植物（如病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因等是常用的）、抗逆转基因植物（生物的抗性基因）、转基因改良植物（营养价值、使用价值、观赏价值等）等。
2、动物基因工程成果：提高动物生长速度、改善畜产品的品质、转基因动物生产药物（即生物反应器）、转基因动物做器官移植的供体、生产基因工程药物等。
3、基因诊断和基因
例题2、为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。蒸汽发电机
（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处，DNA
连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）
（2）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。
（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。
（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测，又要用 的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。
解析：限制酶可以水解DNA分子中特定位点的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸分子之间磷酸二酯键的形成；运用农杆菌转化法、基因法或花粉管通道法将目的基因导入受体细胞之后，还需利用植物组织培养技术将受体细胞培养成植株。
气吸式玉米播种机答案：（1）a a （2）基因法（或花粉管通道法） （3）植物组织培养 脱分化（或去分化） 再分化 （4）耐盐基因（目的基因）一定浓度的盐水浇灌（或移栽到盐碱地中）
【知识点4】蛋白质工程铆压机
1、概念：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，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。温泉浴片
2、原理：基因改造
3、过程：①预期蛋白质功能；②设计预期的蛋白质结构；③推测应有的氨基酸序列；④到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。
口罩成型机距离保护4、与基因工程的关系
（1）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。
（2）基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。
（3）蛋白质工程更进一步。它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质的改造。因此它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是经过漫长的进化过程而形成的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了进化的过程。
例题3、蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是
A、基因工程原则上能生产任何蛋白质
B、蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
C、蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现
D、蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程
解析：蛋白质工程是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，是延伸出来的第二代基因工程。
答案：B
四、考点分析
考查内容：基因工程所用到的工具、基因工程的操作过程等内容是近几年高考的主要落脚点。考科学研究的热点和前沿之一，基因诊断、基因、基因产品在人们生活中的出现日渐频繁，对人们的影响也日渐增大，是社会关注的焦点和热点。
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