選修三現代生物技術專題

專題一基因工程商南縣鹿城中學朱建國

課標要求知識要求

1）簡述基因工程的誕生 2）簡述基因工程的原理和技術 3）舉例說出基因工程的應用 4）簡述蛋白質工程

基因工程概念——是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組技術和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫DNA重組技術。

理論基礎

DNA是遺傳物質的證明

DNA雙螺旋結構和中心法則的確立

遺傳密碼的破譯

工程技術

基因轉移載體的發現

工具酶的發現

DNA合成和測序技術的發現

DNA體外重組的實現

重組DNA表達實驗的成功

第一例轉基因動物的問世

PCR技術的發明基因工程的別名 基因拼接技術或DNA重組技術操作環境 生物體外操作對象 基因操作水平 DNA分子水平基本過程 剪切→拼接→導入→表達結果 人類需要的基因產物［例1］切取牛的生長激素和人的生長激素基因，用顯微注射技術將它們分別注入小鼠的受精卵中，從而獲得了“超級鼠”，此項技術遵循的原理是 A．基因突變：DNA→RNA→蛋白質 B．基因工程：RNA→RNA→蛋白質 C．細胞工程：DNA→RNA→蛋白質

D．基因工程：DNA→RNA→蛋白質 【解析】此題既復習中心法則，又考察基因工程。由題所述是把牛和人的生長素基因注入到鼠的受精卵中，應屬于基因工程。 【答案】D１．把兔控制血紅蛋白合成的信使RNA加入到大腸桿菌的提取液中，結果能合成出兔的血紅蛋白，這說明()

A.兔和大腸桿菌共用一套遺傳密碼子

B．大腸桿菌的遺傳物質是RNAC．兔的RNA和大腸桿菌的RNA攜帶相同的遺傳信息D．兔控制血紅蛋白合成的基因能進人大腸桿菌2．能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是（）

A．單倍體育種

B．雜交育種

C．基因工程育種

D．多倍體育種3．科學家用納米技術制造出一種“生物導彈”，可以攜帶DNA分子。把它注射入組織中，可以通過細胞的內吞作用的方式進入細胞內，DNA被釋放出來，進入到細胞核內，最終整合到細胞染色體中，成為細胞基因組的一部分，DNA整合到細胞染色體中的過程，屬于()

A．基因突變

B．基因重組

C．基因互換

D．染色體變異4．下列何種技術能有效地打破物種的界限,定向地改造生物的遺傳性狀,培育新的農作物優良品種

A．基因工程技術B．誘變育種技術 C．雜交育種技術

D．組織培養技術5．生物細胞中含有細胞質基因的結構是（多選()

A.細胞核和染色體B．染色體和核糖體C．線粒體和質粒D．線粒體和葉綠體

創新應用訓練

1.利用基因工程生產蛋白質藥物，經歷了三個發展階段。第一階段，將人的基因轉入細菌細胞；第二階段，將人的基因轉入小鼠等動物的細胞。前兩個階段都是進行細胞培養，提取藥物。第三階段，將人的基因轉入活的動物體，飼養這些動物，從乳汁或尿液中提取藥物。

（1）將人的基因轉入異種生物的細胞或個體內，能夠產生藥物蛋白的原理是基因能控制蛋白質的合成。 （2）人的基因能和異種生物的基因拼接在一起，是因為它們的分子都具有雙螺旋結構，都是由四種脫氧核苷酸

構成，基因中堿基配對的規律都是A-TG-C。

（3）人的基因在異種生物細胞中表達成蛋白質時，需要經過轉錄和翻譯兩個步驟。在翻譯中需要的模板是MRNA，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬運工兼裝配工是轉運RNA，將氨基酸通過肽鍵連接成蛋白質的場所是核糖體，“翻譯”可理解為將由4個“字母”組成的核酸“語言”翻譯成由20個“字母”組成的蛋白質“語言”，從整體來看轉運RNA在翻譯中充任著“譯員”。５、

回答有關真核細胞中遺傳信息及其表達的問題。（1）將同位素標記的尿核苷（尿嘧啶和核糖的結合物）加入細胞培養液中，不久在細胞核中發現被標記的mRNA、tRNA、rRNA。（2）將從A細胞中提取的核酸，通過基因工程的方法，轉移到另一種細胞B中，當轉入DNA時，其遺傳信息在B細胞中得到表達并能夠復制傳給下一代；當轉入RNA時，在B細胞中雖能合成相應的蛋白質，但性狀不會遺傳。（3）已知某基因片段堿基排列如右圖。由它控制合成的多肽中含有“—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—賴氨酸—”的氨基酸序列。（脯氨酸的密碼子是：CCU、CCC、CCA、CCG；谷氨酸的是GAA、GAG；賴氨酸的是AAA、AAG；甘氨酸的是GGU、GGC、GGA、GGG。）

翻譯上述多肽的mRNA是由該基因的②鏈轉錄的（以圖中①或②表示），此mRNA的堿基排列順序是：-CCUGAAGAGAAG-

-GGACTTCCCTTC-。DNA重組技術的基本工具

限制性內切酶來源：主要從原核生物中分離（分子手術刀）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并使每一條鏈

中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。

切割后的DNA末端：黏性末端

平末端

DNA連接酶

功能：將切下來的DNA片段拼接成新的DNA分子（分子縫合針）

種類

T4DNA連接酶：既能“縫合”雙鏈DNA片段互補的黏性末端，

也能“縫合”雙鏈DNA的平末端

E·coliDNA連接酶：只能將雙鏈片段互補的黏性末端連接

基因進入受體細胞的載體

條件：

能在宿主細胞中保存下來并大量復制（分子運輸車）

有一個至多個限制酶切割點，

有特殊的遺傳標記基因，便于篩選。

種類：

質粒（常用）

λ噬菌體的衍生物

動植物病毒重難熱點歸納限制性內切酶的功能黏性末端和平末端DNA連接酶與DNA聚合酶的區別載體必須具備的條件質粒與質體的區別常用的載體下圖表示限制酶切割某DNA的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列及切點是（）A．CTTAAG，切點在C和T之間

B．CTTAAG，切點在G和A之間

C．GAATTC，切點在G和A之間D．CTTAAC，切點在C和T之間 【解析】由圖不難看出該限制酶識別的堿基序列是GAATTC，切點是G與A之間。

1．在基因工程中，科學家所用的“剪刀”、“針

線”和“載體”分別是指()

A.大腸桿菌病毒、質粒、DNA連接酶

B.噬菌體、質粒、DNA連接酶

C.DNA限制酶、RNA連接酶、質粒

D.DNA限制酶、DNA連接酶、質粒2.不屬于質粒被選為基因運載體的理由是

A．能復制

B.有多個限制酶切點

C．具有標記基因D．它是環狀DNA3．質粒是基因工程中最常用的運載體，它的主要特點是 ①能自主復制②不能自主復制③結構很小④蛋白質⑤環狀RNA⑥環狀DNA

⑦能“友好”地“借居” A．①③⑤⑦ B．①④⑥

C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦．4.有關基因工程的敘述中，錯誤的是（）A.DNA連接酶將黏性未端堿基對連接起來B.限制性內切酶用于目的基因的獲得C．目的基因須由載體導入受體細胞D．人工合成目的基因不用限制性內切酶5．實施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內分離出來，這要利用限制性內切酶。一種限制性內切酶能識別DNA子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應用了酶的（）

A．高效性

B.

專一性

C．多樣性

D.

催化活性受外界條件影響6.人們常選用細菌質粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是A.提高受體細胞在自然環境中的耐藥性

B.有利于對目的基因是否導入進行檢測C.增加質粒分子的分子量D．便于與外源基因連接7.下列屬于基因載體所必須具有的條件是（多選）（）

A、具有某些標志基因 B、具有環狀的DNA分子

C、能夠在宿主細胞內復制 D、具有多種限制性內切酶8.下列哪些可作為基因工程技術中常用的基因運載工具（多選）

（） A．大腸桿菌B．質粒

C．動物病毒D．線粒體9.在重組DNA技術中，不常用到的酶是 A、限制性內切酶

B、DNA聚合酶 C、DNA連接酶

D、反轉錄酶 10.多數限制性核酸內切酶切割后的DNA末端為

A、平頭末端

B、3突出端

C、5突出末端

D、粘性末端

11.在基因工程中通常所使用的質粒是

A、細菌的染色體DNA

B、細菌染色體外的DNA

C、病毒染色體DNA

D、噬菌體DNA 12.鐮刀型細胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是 A.解旋酶

B.DNA連接酶

C.限制性內切酶

D、RNA聚合酶創新應用訓練1.番茄在運輸和貯藏過程中，由于過早成熟而易腐爛。應用基因工程技術，通過抑制某種促進果實成熟激素的合成，可使番茄貯藏時間延長，培育成耐貯藏的番茄新品種。這種轉基因番茄已于1993年在美國上市，請回答：

（1）促進果實成熟的重要激素是乙烯。（2）在培育轉基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是限制性內切酶，基因的“針線”是DNA連接酶，基因的“運輸工具”是載體（3）與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程來培育新品種的主要優點是目的性強、育種周期短和克服遠源雜交的障礙。2、限制性內切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制性內切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。在質粒上有酶Ⅰ的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶Ⅱ的切點。（1）請畫出質粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。（2）請畫出目的基因兩側被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。（3）在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互補的）目的基因的獲取目的基因：指編碼蛋白質結構基因方法：從基因文庫中獲取（ 基因文庫基因組文庫部分基因文庫） 人工合成利用PCR技術擴增目的基因 PCR：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。 目的：獲取大量的目的基因原理：DNA復制過程

基因表達載體的構建（基因工程的核心）目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達和發揮作用。基因表達載體的組成：

目的基因：

啟動子：終止子： 標記基因：

將目的基因導入受體細胞

轉化：目的基因進入受體細胞內并在受體細胞內維持穩定和表達的過程方法：導入植物細胞的方法： 農桿菌轉化法 基因槍法 花粉通道法導入動物細胞的方法：顯微注射技術導入微生物的方法：

目的基因的檢測和鑒定檢測：

檢測轉基因生物的染色體上是否插入了目的基因

方法：分子雜交技術（DNA探針+轉基因生物DNA） 檢測目的基因是否轉錄

方法：分子雜交技術（DNA探針+轉基因生物mRNA） 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質抗原—抗體雜交鑒定：對生物進行個體水平的鑒定知識拓展

1．外顯子與內含子

一般來說，結構基因都是由外顯子和內含子組成，但是，外顯子和內含子的關系不是完全固定不變的。有時同一條DNA鏈上的某一段DNA序列，當它作為編碼某多肽鏈的基因時是外顯子，而作為編碼另一多肽鏈的基因時，則是內含子，結果是同一基因可以同時轉錄為兩種或兩種以上的mRNA。

2．原核細胞的基因結構與真核細胞的基因結構的異同點

原核細胞的基因 真核細胞的基因不同點 編碼區連續；結構簡單 編碼區有間隔，不連續；結構復雜相同點 都有編碼區和非編碼區；編碼區都有調控遺傳信息表達的核苷酸序列；編碼區上游都有與RNA聚合酶結合的位點目的基因與運載體結合（以質粒為運載體）

↓將目的基因導入受體細胞

受體細胞：細菌

↓氯化鈣

細胞壁的通透性增大

↓

重組質粒進入受體細胞

↓

目的基因隨受體細胞的繁殖而復制經典例題剖析［例1］下列有關基因工程技術的正確敘述是

A．重組DNA技術所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載體 B．所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列

C．選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌繁殖快 D．只要目的基因進入了受體細胞就能成功實現表達 【解析】基因操作的工具有限制酶、連接酶，一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列。運載體是基因的運輸工具，目的基因進入受體細胞后，受體細胞表現出特定的性狀，才說明目的基因完成了表達，基因工程的結果是讓目的基因完成表達，生產出目的基因的產物，選擇受體細胞的重要條件就是能夠快速繁殖。［例2］應用基因工程技術診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到探測疾病的目的。基因探針是指

A．用于檢測疾病的醫療器械

B．用放射性同位素或熒光分子等標記的

DNA分子

C．合成β—球蛋白的DNA

D．合成苯丙羥化酶DNA片段 【解析】基因診斷是用放射性同位素、熒光分子等標記的DNA作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達到檢測疾病的目的。基礎試題訓練1、構建基因組DNA文庫時，首先雷分離細胞的

A、染色體DNA

B、線粒體DNA

C、總mRNA

D、tRNA

2．在基因工程中，科學家常用細菌、酵母菌等微生物作為受體細胞，原因是（）A.結構簡單，操作方便

B.遺傳物質含量少

C.繁殖速度快D.性狀穩定，變異少3．因工程的操作步驟：①使目的基因與運載體相結合，②將目的基因導入受體細胞，③檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求，④提取目的基因，正確的操作順序是（）A．③②④①B.②④①③C．④①②③

D．③④①②4．工程是在DNA分子水平上進行設計施工的，在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的步驟是（）A．人工合成基因

B．目的基因與運載體結合C．將目的基因導入受體細胞D．目的基因的檢測和表達5．就分于結構而論，質粒是

A、環狀雙鏈DNA分子

B、環狀單鏈DNA分于

C、環狀單鏈RNA分子

D、線狀雙鏈DNA分子6．聚合酶鏈反應可表示為

A、PEC

B、PER

C、PDR

D、PCR7．在已知序列信息的情況下，獲取目的基因的最方便方法是A、化學合成法

B、基因組文庫法

C、CDNA文庫法

D、聚合酶鏈反應8．有關基因工程的敘述正確的是（）A.限制性內切酶只在獲得目的基因時才用B.重組質粒的形成在細胞內完成

C.質粒都可作運載體

D.蛋白質的結構可為合成目的基因提供資料9．不屬于目的基因與運載體結合過程的是（） A．用一定的限制酶切割質粒露出黏性末端 B．用同種限制酶切割目的基因露出黏性末端

C.將重組DNA導入受體細胞中進行擴增

D．將切下的目的基因插入到質粒切口處10．科學家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶蛋白。以下有關該基因工程的敘述錯誤的是A．采用反轉錄的方法得到的目的基因B．基因非編碼區對于目的基因在塊莖中的表達是不可缺少的C．馬鈴薯的葉肉細胞可作為受體細胞

D．用不同種限制酶處理質粒和含有目的基因的DNA，可產生黏性末端而形成重組DNA分子11．基因工程常用的受體細胞有①大腸桿菌②枯草桿菌③支原體④動植物細胞

A．①②③④ B．①②③

C．②③④ D．①②④12．用DNA探針檢測飲用水中病毒的具體方法是 A．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行比較 B．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行組合

C．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行雜交 D．A、B、C三種方法均可13．1976年，美國的H.Boyer教授首次將人的生長抑制素釋放因子的基因轉移到大腸桿菌，并獲得表達，此文中的“表達”是指該基因在大腸桿菌()

A．能進行DNA復制

B.能傳遞給細菌后代

C.能合成生長抑制素釋放因子

D.能合成人的生長素14．在遺傳工程技術中，限制性內切酶主要用于（）

A．目的基因的提取和導入

B．目的基因的導入和檢測

C．目的基因與運載體結合和導入

D．目的基因的提取和與運載體結合15、

以下有關基因工程的敘述，正確的是

A.基因工程是細胞水平上的生物工程

B．基因工程的產物對人類全部是有益的

C．基因工程產生的變異屬于人工誘變

D．基因工程育種的優點之一是目的性強16（多選）一個基因表達載體的構建應包括

A．目的基因B．啟動子

C．終止子

D．標記基因

創新應用訓練 1、在藥品生產中，有些藥品如干擾素，白細胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細胞或血液中提取的，由于受原料來源限制，價價十分昂貴，而且產量低，臨床供應明顯不足。自70年代遺傳工程發展起來以后，人們逐步地在人體內發現了相應的目的基因，使之與質粒形成重組DNA，并以重組DNA引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌，可以高效率地生產出上述各種高質量低成本的藥品，請分析回答：（

1）在基因工程中，質粒是一種最常用的基因的運載體，它廣泛地存在于細菌細胞中，是一種很小的環狀DNA分子。 （2）在用目的基因與質粒形成重組DNA過程中，一般要用到的工具酶是限制性內切酶

和DNA連接酶。

（3）將含有“某激素基因”的質粒導入細菌細胞后，能在細菌細胞內直接合成“某激素”，則該激素在細菌體內的合成包括轉錄和翻譯兩個階段。

（4）在將質粒導入細菌時，一般要用氯化鈣處理細菌，以增大細菌細胞壁的通透性。2、科學家通過基因工程培育抗蟲棉時，需要從蘇云金芽孢桿菌中提取出抗蟲基因，“放入”棉花的細胞中與棉花的DNA結合起來并發揮作用，請回答下列有關問題：（1）從蘇云金芽孢桿菌中切割抗蟲基因所用的工具是限制性內切酶，此工具主要存在于微生物中，其特點是一種限制性內切酶只能識別一種特定的核苷酸系列，并在特定的點位切割。（2）蘇云金芽孢稈菌一個DNA分子上有許多基因，獲得抗蟲基因常采用的方法是“鳥槍法”。具體做法是：用限制性內切酶酶將蘇云金芽孢桿菌的DNA切成許多片段，然后將這些片段分別與載體結合，再通過載體轉入不同的受體細胞，讓它們在各個受體細胞中大量復制，從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的ＤＮＡ片段分離出來。（3）進行基因操作一般要經過的四個步驟是 提取目的基因，目的基因與載體結合，將目的基因導入受體細胞， 目的基因的檢測和表達。基因工程的應用

轉基因植物：抗蟲轉基因植物

抗病轉基因植物

抗蟲逆轉基因植物

改良植物品質

轉基因動物：提高動物生長速度

改善畜產品的品質

用轉基因動物生產藥物

用轉基因動物作器官移植的供體

基因工程藥物 基因治療經典例題剖析1．不屬于基因工程方法生產的藥物是 A．干擾素 B．白細胞介素

C．青霉素 D．乙肝疫苗 【解析】基因工程生產的藥物有胰島素