第五单元第30讲基因工程简介

1第30讲基因工程简介走进高考第一关：教材关合作梳理知识体系一、基因工程又叫做①________或②________。是指在生物体外通过对③________，对生物的基因进行改造和重新组合，然后④________，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。它可以⑤________。二、基因操作的工具Ⅰ.基因“剪刀”⑥________主要存在于⑦________中作用是：⑧________特点是：⑨________Ⅱ.“针线”⑩________；它连接的部位是11________和12________之间Ⅲ.运输工具13________必备条件（1）14________（2）15________（3）16________运用可用的有：17________常用的是：18________最常用的是：19________三、操作步骤Ⅰ.20________直接分离基因：最常用的方法是24________工人合成基因途径25________根据26________合成DNAⅡ.21________2Ⅲ.22________Ⅳ.23________四、基因工程的成果与发展前景基因工程与医药卫生生产基因工程药物，如：27________用基因探针28________，29________等基因治疗是指：30________基因工程与农牧业及食品工业农业获得31________的农作物培养32________作物新品种畜牧业获得人们所需要和具有优良品质的转基因动物利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达食品业：为人类开辟新的食物来源基因工程与环境保护环境监测：用DNA探针可以33________；环境净化1975年科学家创造出了能同时分解34________烃类的35________培育出了“吞噬”36________和37________的细菌，以及能净化镉污染的植物自我校对：①基因拼接技术②DNA重组技术③DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”④导入受体细胞内进行无性繁殖⑤定向地改造生物的遗传性状⑥限制性内切酶⑦微生物⑧识别特定的核苷酸序列，并能在特定切点上切割DNA分子⑨特异性⑩DNA连接酶11脱氧核糖12磷酸13运载体14能够在宿主细胞中复制并稳定地保存15具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接16具有某些标记基因，便于进行筛选17质粒、噬菌体、动植物病毒18质粒19大肠杆菌的质粒20提取目的基因21目的基因与运载体结合22将目的基因导入受体细胞23目的基因的检测和表达24“鸟枪法”25反转录法26已知蛋白质氨基酸序列27胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等28检测肝炎病毒29诊断遗传病30把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的31高产、稳3产和具有优良品质32具有抗逆性33检测饮用水中病毒的含量34四种35“超级细菌”36汞37降解土壤中DDT解读高考第二关：考点关考点1基因工程的工具1.基因的“剪刀”——限制性内切酶（简称限制酶）（1）分布：主要在微生物体内。（2）特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。（3）实例：EcoRI限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。（4）切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。（5）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。2.基因的“针线”——DNA连接酶（1）催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。（2）催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。（3）催化结果：形成重组DNA。3.常用的运载体——质粒（1）本质：小型环状DNA分子。（2）作用①作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。（3）条件①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；4②有多个限制酶切点；③有标记基因。特别提醒：1.限制性内切酶和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（不是氢键），只是一个切开，一个连接。2.质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。3.要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。4.基因工程中工具酶有两种——限制性内切酶和DNA连接酶；工具有三种，除上述两种工具酶外还包括运载体。5.DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。例析1-1已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a\,b\,c\,d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（）A.3B.4C.9D.12解析：若该线性DNA分子在3个酶切位点切断，得到4种长度不同的DNA片段；若在2个酶切位点切断，得到3种长度不同的DNA片段；若在1个酶切位点切断，得到2种长度不同的DNA片段。因此最多能产生4+3+2=9（种）长度不同的DNA片段。答案：C例析1-2下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是()A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶的活性受温度影响5C.限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶可从原核生物中提取解析：限制性内切酶主要存在于微生物中。一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并能在特定的切点上切割DNA分子。其作用对象不是RNA分子，故C错。答案：C互动探究1-1质粒是基因工程最常用的运载体，有关质粒的说法正确的是（）A.质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有B.细菌的基因只存在于质粒上C.质粒为小型环状DNA分子，存在于拟核（或细胞核）外的细胞质基质中D.质粒是基因工程中的重要工具酶之一解析：质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的，故A错误；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上，故B错误。答案：C互动探究1-2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片段互补的黏性末端之间连接起来，而不能将双链DNA片段末端之间进行连接答案：B考点2提取目的基因的方法（1）直接分离基因（鸟枪法）②优点:操作简便。③缺点：工作量大，具有一定的盲目性，目的基因中含有不表达的内含子。（2）人工合成基因①反转录法6a.过程：b.优点：专一性强，目的基因不含内含子。c.缺点：操作过程麻烦，mRNA生存时间短，技术要求高。②根据已知氨基酸序列合成DNAa.过程：b.优点：专一性最强，目的基因不含内含子；可合成自然界不存在的新基因。c.缺点：目前，对于许多复杂的、尚不知道核苷酸序列的基因不能用此法合成。例析2-1“鸟枪法”不适于从下列何种生物获取目的基因（）A.大肠杆菌B.放线菌C.酵母菌D.动、植物病毒解析：由于真核生物在基因表达时，结构基因中的内含子不能指导蛋白质的合成。所以真核生物的目的基因不能用“鸟枪法”获得，只能用人工合成的方法。大肠杆菌、放线菌属于原核生物，酵母菌属真核生物。答案：C例析2-2在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是（）A．辐射B．散弹射击法C．反转录法D．人工合成法解析：7定向提取目的基因的方法主要有两种，即：直接从供体细胞的DNA中分离基因，如“鸟枪法”（即“散弹射击法”）；人工合成基因如“反转录法”、“人工合成法”。辐射诱变则是利用基因突变产生新的基因，具有很大的盲目性。答案：A互动探究2-1鸟枪法克隆目的基因的战略适用于下列哪种生物（）A.细菌B.酵母菌C.棉花D.人类遗传病基因解析：鸟枪法克隆目的基因适用于原核生物。答案：A互动探究2-2用“鸟枪法”提取目的基因的步骤为（）①用特定的限制性内切酶切取特定的DNA片段②用限制性内切酶将供体细胞DNA切成许多片段③将许多DNA片段分别载入运载体④选取目的基因片段载入运载体⑤通过运载体分别转入不同的受体细胞⑥让供体DNA片段在受体细胞内大量繁殖⑦找出带有目的基因的细胞，并分离出目的基因A.①②③④⑤⑥⑦B.①③④⑤⑥⑦C.②③⑤⑥⑦D.②④⑤⑥⑦答案：C考点3基因操作的基本步骤8例析3基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是()A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达解析：反转录法与氨基酸序列推测法合成目的基因有碱基互补配对，目的基因与运载体结合也需碱基互补配对，目的基因的检测需要让标记基因进行表达，基因表达过程中的转录就有碱基互补配对。答案：C互动探究3基因工程的操作步骤包括：①使目的基因与运载体结合；②将目的基因导入受体细胞；③检测目的基因的表达；④提取目的基因。下列排序中，正确的是（）A.③②④①B.②④①③C.④①②③D.③④①②解析：基因工程的操作步骤依次是④①②③。答案：C考点4区分“基因治疗”“基因诊断”与“DNA探针”一、基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。其原理9是把健康的外源基因导入含有基因缺陷的细胞中，在有基因缺陷病人的细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的健康基因。因此，在病人体内两种基因都能够表达，健康基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，人为治愈了有基因缺陷的疾病。二、基因诊断基因诊断是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。基因诊断是一种快速简便的方法。例如，用β-珠蛋白的DNA探针可以检测出镰刀型贫血症，用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酮尿症。此外，基因诊断技术在肿瘤诊断中的应用也取得了重要成果。三、DNA探针由于DNA双链的核苷酸顺序是彼此互补的，当DNA分子杂交时，首先将双链DNA加热或提高pH，使双链解开（这一过程称变性，相反的过程为复性），根据所需基因的核苷酸顺序制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针探查基因库中已经变性的DNA片段，如果有一个DNA片段能和探针片段互补结合而成双链（分子杂交）这一片段即含有所需要的基因。探针的准备：方法之一是：据翻译产物蛋白质的氨基酸顺序查出相应的DNA的核苷酸顺序（约查出30个氨基酸对应的90个左右的核苷酸顺序），再从中选出两个片段，用化学方法合成这两个片段并用同位素标记，即成探针。方法之二是：用所需基因的mRNA逆转录成DNA，标记后作为探针。例析4DNA探针能用于检测（）A.地方性甲状腺肿病患者B.乙肝患者C.骨质软化病患者D.缺铁性贫血病患者解析：DNA探针是用同位素标记的DNA分子片段，应用DNA分子杂交的原理，可以检测病毒种类、遗传病。地方性甲肿病患者是由于缺碘造成的；骨质软化病患者是由于长期缺乏维生素D造成的，可以发生在任何年龄；缺铁贫血病患者是由于食物中长期缺乏Fe造成的；以上三者都是由于营养条件造成的，与遗传物质无关，用DNA分子杂交的方法无法检测。而乙肝患者体内含有乙肝病毒可以用该法测出，如果用已知病毒的DNA分子作探针与未知病毒杂交，如果出现了杂交带，就可推测病毒的种类。答案：B互动探究4（2009·广东，31）免疫是在长期进化过程中，哺乳动物特别是人体对病原性物质的侵害所形成的特殊机制，请回答下列问题：（1）HIV是具有包膜的______