第三节 蛋白质工程
一、选择题
1.蛋白质工程的目标是( )
A.通过对基因进行诱变,产生新的蛋白质
B.通过基因重组,合成生物体本来没有的蛋白质
C.根据人们对蛋白质功能的特定需求,改造或制造蛋白质
D.生产大量的蛋白质
解析:蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要,以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础,通过基因修饰或合成新的基因,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。
答案:C
2.对蛋白质的改造有大改、中改和小改之分,其划分的依据是( )
A.蛋白质分子的复杂程度
B.操作过程的复杂程度
C.蛋白质改造部位的多少
D.蛋白质数目的多少
解析:蛋白质的改造有大改、中改、小改,其划分的依据是蛋白质改造部位的多少。
答案:C
3.蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时,主要包括哪几种 ( )
①进行少数氨基酸的替换
②对不同来源的蛋白质进行拼接
③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质
④直接改变蛋白质的空间结构
A.①② B.①②③
C.②③④
D.①②④
解析:蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时,不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换,能对不同来源的蛋白质进行拼接,能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。
答案:B
4.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需求,蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。
答案:B
5.下列关于蛋白质工程应用的叙述,不正确的是( )
A.蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性
B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性
C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰,合成速效型胰岛素制剂
解析:蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因,进而控制合成或改变自然界中的蛋白质。在大肠杆菌中生产人胰岛素利用的是基因工程。
答案:C
6.下列不属于蛋白质工程成果的是( )
A.改造酶的结构,提高酶的热稳定性
B.生产出鼠—人嵌合抗体
C.将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺
D.蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍
解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造,属于蛋白质工程的成果。而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用,属于酶工程的成果。
答案:D
7.以下有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.蛋白质工程发展的基础是基因工程
B.蛋白质工程是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
C.利用蛋白质工程生产的速效胰岛素已通过临床试验
D.蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
解析:利用蛋白质工程可以通过预期蛋白质功能,人工设计基因,从而制造出新的蛋白质。
答案:D
8.人们发现,蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细,但强度却更大,于是就有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构,以指导对蚕丝蛋白基因的修改,从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程的名称和依据的原理分别是( )
A.基因突变:DNA→RNA→蛋白质
B.基因工程:RNA→RNA→蛋白质
C.基因工程:DNA→RNA→蛋白质
D.蛋白质工程:蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质
解析:通过改造基因获得满足人类需要的蛋白质,属于蛋白质工程,其原理为蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。
答案:D
9.科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌体内表达,使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高了β干扰素的抗病活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A.基因工程
B.蛋白质工程
C.基因突变
D.细胞工程
解析:基因工程是通过对基因的操作,将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体,使目的基因高效表达,从而提取所需蛋白质,或表现出某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白质的改变,所得到的已不是天然存在的蛋白质。题目中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的β干扰素也不是天然的β干扰素,而是经过改造的人类所需要的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
答案:B
10.科学家想提高玉米中赖氨酸的含量,计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸,这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造,操作正确的是( )
A.直接通过分子水平改造蛋白质
B.直接改造相应的mRNA
C.对相应的基因进行操作
D.重新合成新的基因
解析:蛋白质功能与其高级结构密切相关,因蛋白质高级结构非常复杂,所以直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的,对基因进行操作却容易得多,而且获得的性状可以遗传。
答案:C
11.下列关于蛋白质工程的说法,正确的是( )
A.蛋白质工程仅仅是对蛋白质分子进行操作
B.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
C.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
解析:蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或产生新的蛋白质。蛋白质工程的流程是预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因);天然蛋白质的合成过程是基因→表达(转录和翻译)→形成具一定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。
答案:B
12.下列关于蛋白质工程的叙述,正确的是( )
①通过对蛋白质进行结构分析获取蛋白质的结构信息 ②蛋白质的结构预测主要指根据蛋白质分子的氨基酸序列,来对其高级结构进行预测 ③结构预测的目的是构建蛋白质的立体结构模型,从而进行结构和功能的研究以及蛋白质分子设计 ④实施蛋白质工程的前提条件是基因工程 ⑤可利用基因工程的方法对蛋白质进行改造 ⑥所有蛋白质结构的改造都可以通过基因定点诱变技术来实现
A.①③④⑥
B.②③④⑤
C.①②③⑤
D.①②③④
解析:实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系,故④错。对蛋白质结构分析主要是获取蛋白质的结构信息,以便将蛋白质分子的结构特性同其特定的功能有效地联系起来。对结构预测的目的是在了解蛋白质的氨基酸序列的基础上来构建蛋白质的立体结构模型,从而进行结构和功能的研究以及蛋白质分子设计。定点诱变技术是创造新基因的一般方法,但通过基因的定点诱变技术并不能实现对所有蛋白质的改造,故⑥错。
答案:C
二、非选择题
13.某多肽链的一段氨基酸序列是…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来。
(2)确定目的基因的碱基序列后,怎样才能合成或改造目的基因(DNA)
解析:蛋白质工程首先设计蛋白质的氨基酸序列,然后找到对应的脱氧核苷酸序列,根据DNA(基因)的脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。由氨基酸序列可知,翻译该蛋白质的mRNA上的碱基序列为…—AUGUGGUUUUGG—…或…—AUGUGGUUCUGG—…。由mRNA上的碱基序列可知,转录产生mRNA的DNA分子的碱基序列为:
或
答案:(1)根据氨基酸序列反推mRNA密码子序列,再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为:
或
(2)根据DNA的碱基序列,利用4种脱氧核苷酸进行人工合成。
14.下图为蛋白质的定点诱变技术的部分过程图解,请据图解回答下列问题。
(1)图中质粒的本质是 。
(2)将定点诱变过的质粒引入细胞进行复制后,可得到 种结果,图示的三对碱基的组成分别是 、 。
(3)图示的这种对遗传物质的改造和人工诱变的区别是
。
(4)通过图示技术实现对蛋白质的改造属于 。
解析:基因定点诱变技术是实现蛋白质工程“小改”的操作技术,与人工诱变和自然突变相比,该诱变技术是一种定向的基因改造,而一般的基因突变是不定向的。
答案:(1)小型环状DNA
(2)两
(3)人工诱变是遗传物质不定向的变异,而图示的这种对遗传物质的改造是对遗传物质的定向改变
(4)小改
15.胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题。
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么
解析:(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,因此,题图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能。
(2)合成的目的基因应与载体结合,构建基因表达载体,然后导入受体细胞中才能得以表达。
(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因,即目的基因。改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物,并且在生产过程中要借助工程菌,所以还需要进行发酵。因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列,然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
答案:(1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因。第二章
基因操作的主要原理
1、核酸凝胶电泳的原理及分类？在生理条件下，核酸分子中的磷酸基团是离子化的，所以DNA和RNA实际上呈多聚阴离子状态。将DNA、RNA放到电场中，它就会由负极→正极移动。在一定的电场强度下，DNA分子的迁移率取决于核酸分子本身的大小和构型。分子量较小的DNA分子，比分子量较大的分子具有更紧密的构型，所以其电泳迁移率也就比同等分子量的松散型的开环DNA分子或线性DNA分子要快些。分类：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、脉冲电场凝胶电泳。
2、影响DNA迁移率的因素有那些？
DNA分子量大小；DNA的构象；凝胶的浓度。
3、EB的作用原理。一种具扁平分子的核酸染料，可插入到DNA或RNA分子的碱基之间。在300nm紫外灯照射下发射出荧光。
4、核酸分子杂交所依据的原理是什么？有那几种杂交方式？带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链的结构。杂交方式有:DNA/DNA印迹杂交——Southern
Blotting；RNA/RNA印迹杂交－Northern
blotting；斑点印迹杂交和狭线印迹杂交；菌落或噬菌斑杂交。
5、细菌转化的技术方法。原生质体转化法、化学转化法、电穿孔法。
6、Sanger的双脱氧链终止法的技术路线？利用了DNA聚合酶的两种特性：第一，它能够利用单链的DNA做模板，合成出准确的DNA互补链；第二，DNA聚合酶能够利用2’,3’-双脱氧核苷酸做底物，使之参入到寡核苷酸连的3’末端，从而终止链的生长。技术路线：见书
7.化学修饰法的技术路线：见P71，参考技术图
8.PCR的原理：双链DNA分子在高温下解链成两条单链DNA，然后DNA聚合酶在有一对寡核苷酸引物的存在的情况下，以单链DNA为模板利用反应混合物中的dNTPs合成新生的DNA互补链。并且，每一条新生链上都具有了新的引物结合位点。然后反应混合物再经过上述过程，即可有合成新链。如此反复循环，即可实现特定区段DNA的迅速大量扩增。
9.简并引物：一类由多种寡核苷酸组成的混合物，彼此之间仅有一个或数个核苷酸的差异。
Taq聚合酶：有5’(3’DNA聚合酶活性；无3’(5’外切酶活性；最适聚合酶温度72℃，连续保温30min具有相当活力，选择72℃延伸；变性温度：≤95℃使其在整个扩增循环中保持足够活性。
Pfu聚合酶：耐热；有5’(3’DNA聚合酶活性和3’→5’外切酶活性；精确度：pfu
>Taq，但pfu扩增效率通常比Taq酶略差反向PCR：是用反向的互补引物来扩增两引物以外的DNA片段，对某个已知DNA片段两侧的未知序列进行扩增。
10.盒式取代诱变的原理：利用一段人工合成的具有突变序列的寡核苷酸片段，即寡核苷酸盒取代野生型基因中的相应序列。这种寡核苷酸盒是由两条合成的寡核苷酸组成的，当它们退火时，会按设计要求产生出需要的粘性末端。
Kunkel定点诱变：①
将待突变的基因克隆入RF-M13
DNA载体上，导入具有dUTP酶（dut-）和N-尿嘧啶脱糖苷酶（ung-）双缺陷的大肠杆菌（dut-，ung-）菌株中。②
dUTP酶缺陷导致细胞内dUTP水平上升，并在DNA复制时，部分取代dTTP进入DNA新生链中。又由于ung缺陷使掺入DNA的dUTP残基不能除去。由这种大肠杆菌菌株产生的M13单链DNA大约有1%的T被U所取代，然后进行DNA定点诱变。③
双链DNA导入正常的大肠杆菌中，其尿嘧啶N-糖基化酶除去DNA链上的尿嘧啶碱基。结果原来的M13模板链被降解，只有突变链因不含U，被保留下来。这种方法产生的M13噬菌体中含有突变DNA的比例大大增加。重组PCR定点诱变：详见P98
11.凝胶阻滞实验原理：DNA与蛋白质结合后分子量变大，改变了迁移率，由此判断DNA是否与蛋白质发生结合。竞争DNA的作用：反应体系中加入超量的非标记竞争DNA，用于研究DNA与蛋白质作用的专一性。
12.DNaseI印迹试验原理：详见P115，参考技术图
13.甲基化干扰试验原理：根据DMS（硫酸二甲酯）能够使G残基甲基化，而六氢吡啶又能够特异切割甲基化的G残基这一原理。
第三章
1、限制性内切酶识别DNA的特点？什么是同裂酶，什么是同尾酶？
Ⅰ型酶：分子量较大，反应需Mg2+、S-腺苷酰-L-甲硫氨酸（SAM）、ATP等。
这类酶有特异的识别位点但没有特异的切割位点，而且切割是随机的，所以在基因工程中应用不大；
Ⅱ型酶（狭义的限制性内切酶）：分子量较小（105
Da），只有一种多肽，通常以同源二聚体的形式存在。反应只需Mg2+的存在，并且具有以下两个特点，识别位点是一个回文对称结构，并且切割位点也在这一回文对称结构上。基因工程
1.1
基因工程概述
教学目标
1.1基因工程概述》教案
知识与技能
说出基因工程的概念
2.简述基因工程的诞生历程
3.说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用
2过程与方法:1.学会运用知识解决相关问题的能力
3、情感态度价值观:1.认同基因工程的诞生和发展离不开理论突破和技术创新分析基因工程研
究的理论基础
教学重点
简述基因工程的概念
2.举例说出基因工程的工具
教学难点
1举例说出基因工程的工具。
教学方法:
讲述、引导、启发、讨论、探究
教具使用
多媒体课件
共案部分
个案部分
教师主导活动
学生主体活动
课前
在课前发给学生预习提纲
以问题的形式呈现教学内容
1.基因工程创立的理论基础是
什么
2.什么叫做基因工程 基因工学生在课前通过阅读课本,查找
程发展史上的里程碑是什么 资料一一解决预习提纲提供的问
3.基因工程的工具酶是什么 题
1.什么叫限制性内切酶 它有
什么特点
5.什么叫黏性末端
6.什么叫运载体 运载体必需
根据学生预习的情况,研
习教材
教学1.首先引导学生回顾有关知学生在老师的引导下回顾有关知
过程
使他们在坚实的理论知识识
的支持下学习基因工程的概念
等知识
2.基因工程的诞生和发展
带领学生充分发掘教科书提学生在老师的带领下发掘教材内
供的丰富素材,提高学生的学容
习兴趣,激发学生深入进行科
学探究的欲望
在“基因工程的诞生和发展”
中,不仅指出了基因工程诞生
的基础—现代分子生物学颔
域理论上的三大发现及技术上
的三大发明、创立基因工程的
科学家科恩的标志性工作,指学生明确基因工程的概念
出了基因工程的概念和关键技
术,还通过科学家怕米特的具
有里程碑意义的实验,说明了
基因工程的发展及应用前景
3.基因工程的工具—酶与载
首先调动学生认真阅读图学生认真阅读图文,仔细分析各
文,仔细分析各种基因工程的种基因工程的工具的作用
工具的作用,再配合动画过程
进一步说明酶和载体在基因工
程中的作用。具体的过程如下
(1)设问:基因工程要求科学
家首先完成什么操作 这一操
作在何种水平上进行的
(2)设问:实现这一操作需要学生回答:对基因进行切割。在
何种工具
分子水平上进行
(3)科学家通过实验,从原核
生物中分离并纯化出在特定的学生回答:酶
位点上切割DNA分子的酶
限制性核酸内切酶。设问:科
学家们从原核生物中找到的限
制性核酸内切酶这把“分子手
术刀”是如何切割的 切割后
产生什么结果呢
师生共同总结:限制性核酸内切
用PPT完成课本相关教学内容。酶具有特异性,一种限制性核酸
(4)有了限制性核酸内切酶我内切酶只能识别特定的脱氧核苷
们可以对DA进行加工切割,酸序列,并在特点的位点切割
将一特定的有遗传效应的DN限制性核酸内切酶有两类,一类
片段从DNA分子上切割下来,错位切割,产生黏性末端:一类
实施基因工程的第一步
平切,产生平口末端。
设问:那么,如何将来源不同
的DNA分子拼接起来呢 (共15张PPT)
第二节
基因工程的应用
转基因生物的安全性和生物武器的危害性
学习目标
1．关注转基因生物的安全性问题
2．举例说出生物武器的危害
3．学会分析转基因生物的利与弊
问题1：转基因食品安全吗？
问题2：民意调查显示，66%的法国人认为转基因食品对健康有害，在英国只有14%的消费者愿意接受转基因食品，大多数消费者对转基因生物的安全性持怀疑态度。我们该如何科学地认识转基因生物的安全性呢？
问题3：生长快、体形大、肉质细、味道美的转草鱼生长激素基因三倍体鲤鱼，是由我国转基因鲤鱼研究小组近年取得的重要成果。专家们将转草鱼生长激素基因鲤鱼培育为三倍体的主要目的是什么？
问题4：利用转基因技术制造的全新致病菌比一般生物武器危害性大，其原因是什么？
转基因生物的安全性问题
转基因生物的安全性问题
1．为什么有人认为转基因生物存在安全性问题呢？
2．在转基因植物的安全性方面，除了要考虑转基因植物的食用安全问题外，还需考虑其对生态系统的影响，为什么？
3．如何理性看待转基因生物？
（1）目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
（2）目的基因往往是异种生物的基因。
（3）外源基因往往是随机插入宿主细胞基因组的。
1、转基因食品对人体健康的影响
2、对生态系统的影响
转基因植物的扩散对生物多样性的影响；
导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而导致自然界的混乱；
其残体分解物、根际分泌物等能否对生态环境造成大规模的负面效应……
国家建立相应的评估及预警机制，更加合理地利用转基因生物
转基因生物与食物安全
①反对“实质性等同
”，
②担心出现滞后效应，
③担心出现新的过敏源，
④担心营养成分改变，
⑤担心会侵犯宗教信仰者或素食者的权益
①“实质性等同”是对安全性评价的起点，不是终点；
②多环节、严谨性评价，
③科学家的负责态度可防止过敏蛋白出现，
④至今未发现转基因食物
安全性影响健康的实例，
⑤采取举证排除法，防止贻误技术发展
如何理性看待转基因生物？
从转基因的带来的好处以及可能潜在的危险两方面来回答这个问题
。
转基因生物与生物安全
①转基因植物扩散到种植区外变成野生种或杂草，
②转基因植物竞争能力强，可能成为“入侵的外来物种”，
③转基因植物的外源基因与细菌或病毒杂交，重组出有害的病原体，
④可能使杂草成为用除草剂除不掉的“超级杂草”
①转基因农作物扩散到种植区会很快死亡，
②转基因农作物表现出新性状必须具有一定条件和种植技术，
③存在生殖隔离，很难与其他植物杂交，
④农作物传粉距离有限，
⑤花粉存活时间有限
转基因生物与环境安全
①转基因植物打破自然物种的原有界限，可能破坏生态系统稳定性；
②重组微生物产生的中间代谢产物，可能造成二次污染，
③重组DNA与微生物杂交是否会产生有害病原微生物，
④转基因植物花粉中的有毒蛋白可能通过食物链进入生物体内
①转基因生物移入的是已存在的外源基因，不会破坏生态系统稳定性；
②抗虫农作物可减少农药的使用量，保护了环境；
③种植抗除草剂农作物的农田，管理容易，保护其土壤环境；
④某些新闻报道不实
【例1】英国前首相布莱尔发表了一篇文章，文中说：“毫无疑问，转基因作物对人类健康和环境有可能带来危害，保护公众和环境的安全，现在是，将来也是政府的首要任务。但与此同时，这种新的科技成果将给人类带来更多的利益，这也是毋庸置疑的。”
就以上材料你认为下列说法不正确的是( )
A．转基因技术应用的基本原理是基因重组，转基因作物是转基因技术的一种产物
B．如果转基因作物产生了对人类健康及环境的负面影响，我们应该反对转基因技术
C．科学家必须在现有知识与技术的基础上尽量考虑转基因作物可能存在的风险并采取相应的防范措施
D．国家必须对转基因作物的研究制定相应的法律法规，并进行严格管理与有效控制
B
1．生物武器包括哪些种类？
2．生物武器一般具有怎样的特点？
生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等。
(1)具有强大的感染力和致病力。
(2)有潜伏期，在潜伏期内一般症状不明显，难以被发现；
(3)污染面积大，危害时间长；可以对军队和平民造成大规模杀伤后果；
(4)传播途径多；
(5)生物武器造价低，技术难度不大。
(6)受自然条件影响大。生物武器主要指病原微生物，所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。
生物武器的危害性
3．基因工程与新型生物武器的关系。
（1）利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的微生物，这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更强的生物武器。
（2）人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。利用转基因技术，根据人类特定种群或民族的基因组成特点，研制针对特定种群的生物武器。
生物武器的危害性
【例2】阅读下列材料，回答问题。
材料一：联合国组织的一个专家小组的研究报告指出，虽然许多国家签订了《禁止生物武器公约》，但对生物武器的研制并未停止，因此，对生物武器防治方法的研究也应得到加强。
材料二：生物战剂做成干粉或液体喷洒到空气中，形成有害的气雾云团，叫做“生物战剂气溶胶”。它的颗粒很小，肉眼很难看见，渗透力强、杀伤范围广，一些通常通过食物或昆虫传播的病原体也可以通过气溶胶由呼吸道感染，所以使人致死的剂量较其他感染途径小。
【例2】
(1)有可能成为“生物战剂气溶胶”病原体的生物包括哪些类群？(请列举两例)
______________________________________。
(2)人体抵抗病原体感染的第一道防线是________，最有效的防线是________________。
(3)在战争中，为预防敌方使用生物武器，你认为参战部队采取的最有效措施是________。请简述这一措施的原理：_________________________________________________________________________________。
细菌、病毒、衣原体、立克次氏体等
皮肤、黏膜等
特异性免疫
接种疫苗
使参战人员体内产生相应的抗体和记忆细胞，
当病原体侵入时，会迅速产生强烈的免疫反应
科学技术是一把“双刃剑”，生物科学技术也不例外。
法律
道德规范
生物武器的危害性(共19张PPT)
第三节
蛋白质工程
“超级植物”
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
你已经知道了基因工程可应用于动植物遗传育种、人类疾病预防和生态环境保护。
除了这些应用之外，基因工程在其他领域还有哪些应用吗？
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的基本原理。
3.举例说出蛋白质工程的应用和发展。
一、蛋白质工程的概念和原理
蛋白质工程的目的：
生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质
蛋白质工程概念：利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质
项目
蛋白质工程
基因工程
蛋白质
实质
应用
现状
合成自然界不存在的蛋白质
天然存在的蛋白质
改造基因
目的基因导入受体细胞并表达
对现有蛋白质进行改造，对创造新的蛋白质还未成功
已被广泛应用
基因工程原则上只能生产自然界已存在蛋白质。
天然蛋白质不一定完全符合人类的需要。
生产符合人们需要的并非自然界已存在蛋白质。
对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
蛋白质工程流程图
预期
功能
DNA合成
分子设计
蛋白质
三维结构
氨基酸序
列多肽链
基因
DNA
mRNA
生物
功能
转录
翻译
折叠
中心法则
某多肽链的一段氨基酸序列是：
……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸
-苯丙氨酸-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG
色氨酸：UGG
赖氨酸：AAA、AAG
甲硫氨酸：AUG
苯丙氨酸：UUU、UUC
1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）；再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。
根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
二、蛋白质工程应用
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。
解决人类的问题：
1、粮食问题
2、健康问题
3、环境问题
帮助人们认识生命世界和人类自己：
1、对人类基因组的研究
2、受精卵发育机制的研究
3、人类学习和记忆的分子基础
1.蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ ）
A.氨基酸结构
B.蛋白质空间结构
C.肽链结构
D.基因结构
D
2.下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ）
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要
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.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
B
3.以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ ）
A.蛋白质工程以基因工程为基础
B.蛋白质工程就是酶工程的延伸
C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
A
4.蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成
③预期蛋白质功能
④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A.①②③④ B.④②①③
C.③①④② D.③④①②
C
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第三节
蛋白质工程
学习目标
1．简述蛋白质工程的基本原理
2．举例说明蛋白质工程的应用和发展
3．尝试运用逆向思维分析和解决问题
问题1：蛋白质工程崛起的缘由是什么？
问题2：请简述蛋白质工程是怎么回事？
为什么说它是第二代基因工程？
问题3：天然蛋白质合成的过程是怎样进行的？
问题4：蛋白质工程的基本流程是什么？
蛋白质工程的崛起
1965年，我国科学工作者首次人工合成了结晶牛胰岛素
1983年，美国科学家提出蛋白质工程这一名词
蛋白质工程的概念和原理
1．什么是蛋白质工程？
2．为什么要进行蛋白质工程的研究？
3．实施蛋白质工程的前提条件是什么？科学家测定蛋白质结构时主要采用哪两种方法？
4．基因定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。PCR技术是基因定点诱变技术常用的方法之一。其具体过程是怎样的？
蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构和功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。
一、蛋白质工程的概念和原理
结构分析
结构预测与设计
基因工程
蛋白质纯化
功能分析
一、蛋白质工程的概念和原理
不断完善
实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系。科学家测定蛋白质结构是主要采用X射线晶体衍射法和核磁共振法。
基因定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。PCR技术是基因定点诱变技术常用的方法之一。其具体过程是怎样的？
一般先人工合成带有突变位点的引物，通过PCR扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法，将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可合成所需的蛋白质。
蛋白质的定点诱变过程
【例1】科学家将β-干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗病活性及其储存稳定性，该生物技术为
（
）
A．基因工程
B．蛋白质工程
C．基因突变
D．细胞工程
B
蛋白质工程的应用
1．工业化生产中的酶促反应要求所使用的酶具有高度的稳定性和催化活性，特别是对高温的稳定性。利用蛋白质工程可以获得这种耐高温酶吗？
通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性
①将天门冬酰胺和谷氨酰胺转变为其他氨基酸
②引入二硫键
制药领域
——①鼠－人嵌合抗体、
②改造的纤维蛋白溶解酶原激活因子（t－PA）
恒定区
可变区
蛋白质工程的应用
2．现有某多肽链的一段氨基酸序列是：“…—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—…”请讨论、回答下列问题：
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
（3）通过以上分析和讨论，你能说出什么是蛋白质工程吗？
生物功能
氨基酸序列
多肽链
基因
DNA
mRNA
转录
翻译
蛋白质
三维结构
折叠
预期功能
中心法则
分子设计
DNA合成
蛋白质工程
蛋白质工程的应用
3．蛋白质工程与基因工程有什么区别和联系？
项目
基因工程
蛋白质工程
操作环境
操作对象
目的基因
基本过程
结果
联系
生物体外
生物体外
基因
基因
一般为自然存在的基因
一般为自然不存在的基因
剪切、拼接、导入、表达
见教材P30
人类需要的基因产物
创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有特定结构和功能的蛋白质
蛋白质工程的关键技术是基因工程，因为蛋白质的合成是由基因控制的，所以说蛋白质工程又被称为第二代基因工程。
蛋白质工程的应用
4．蛋白质工程的现状是怎样的？
蛋白质工程使我们不仅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白质，而且能在分子水平上对基因和蛋白质进行再设计和改造，进而创造出自然界不存在的基因和蛋白质。当然，蛋白质工程中还有许多理论和技术问题有待于研究和探索，但是可以相信，蛋白质工程的发展前景一定非常广阔。第二节 关注基因工程
一、选择题
1.以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法,正确的是( )
A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C.抗病毒转基因植物可以抵抗害虫
D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异
解析:抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒,并不是所有病毒,也不能抗虫。抗病毒转基因植物可能会发生变异。
答案:B
2.下列关于基因治疗的说法正确的是( )
A.基因治疗只能治疗一些传染病,如艾滋病
B.基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因
C.基因治疗的主要原理是引入健康基因弥补患者的基因缺陷
D.基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段
解析:基因治疗是指将健康基因导入有基因缺陷的细胞内,以达到修复基因缺陷的目的。基因治疗不能治疗传染病。基因治疗目前还处于初期的临床试验阶段。
答案:C
3.若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,其在环境保护上的重要意义是( )
A.减少氮肥使用量,降低生产成本
B.减少氮肥生产量,节约能源
C.避免使用氮肥过多引起的环境污染
D.改良土壤的群落结构
解析:农业生产中大量施用氮肥、磷肥,往往造成水体富营养化,引起淡水“水华”、海洋“赤潮”现象的发生,造成水体恶化,污染环境。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,可减少氮肥施用量,避免水体富营养化,在环保方面具有重要意义。
答案:C
4.生物武器具有强大的感染力和致病力,针对这些特点,下列哪项不是防治生物武器的有效措施 ( )
A.提前接种疫苗
B.发现病人,立即报告,及时隔离
C.注意切断传播途径
D.只注意环境消毒,不注意动植物灭菌
解析:防治生物武器,既要注意环境消毒,又要注意动植物灭菌,因为动植物都可以成为传染源。
答案:D
5.下列关于基因工程应用的叙述,正确的是( )
A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C.-种基因探针能检测水体中的各种病毒
D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
解析:基因工程是生物工程技术的核心内容,能够按照人们的意愿,定向地改造生物的遗传性状。基因治疗是把正常的基因导入有缺陷的细胞,从而使其表达,达到治疗目的。基因诊断常用基因探针来进行,其遵循的原理是DNA分子杂交,具有很强的特异性,因此一种探针只能检测水体中的一种病毒。所有生物共用一套遗传密码,所以原核基因也能用来进行真核生物的遗传改良。
答案:B
6.生物武器的传播途径包括( )
①直接传播 ②食物传播 ③生活必需品传播 ④施用者人体传播
A.①②
B.②③
C.①②③
D.①②③④
解析:生物武器的本质是病原体,尤其是病原微生物,故本题所述传播途径包括①②③,不包括④。
答案:C
7.下列技术依据DNA分子杂交原理的是( )
①用DNA分子探针诊断疾病 ②受精卵的形成 ③快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 ④目的基因与载体结合成重组DNA分子
A.②③
B.①③
C.③④
D.①④
解析:用DNA分子探针诊断疾病和快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量,都利用了DNA分子探针,都用到了DNA分子杂交原理。受精卵的形成利用了细胞膜的流动性原理。目的基因与载体结合成重组DNA分子涉及碱基互补配对。
答案:B
8.下列有关基因工程的成果及应用的说法,正确的是( )
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物
C.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
D.目前,在发达国家,基因治疗已用于临床实践
解析:植物的抗性表现为抗虫、抗病、抗除草剂、抗干旱、抗盐碱等,分别是由不同的抗性基因决定的。基因工程在畜牧业上的重要应用是改善畜产品的品质,而不是培养体型巨大的动物。基因治疗有望为人类解除遗传病带来的痛苦,但目前还处于初期的临床试验阶段。
答案:C
9.美国科学家运用基因工程的方法得到体型巨大的“超级小鼠”,运用的方法是( )
A.把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠体内
B.把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠的受精卵中
C.把植物细胞分裂素基因和生长素基因分别注入小白鼠的受精卵中
D.把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入小白鼠的卵细胞中
解析:外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入到小白鼠的受精卵中,就可得到体型巨大的“超级小鼠”。
答案:B
10.下列有关动物基因工程的说法,错误的是( )
A.将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度
B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中,使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低
C.利用基因工程技术,得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要的药品的生产问题
D.用转基因动物作为器官移植的供体时,由于导入的是调节因子,而不是目的基因,因此无法抑制抗原的合成
解析:用转基因动物作为器官移植的供体时,导入的调节因子能抑制抗原决定基因的表达。
答案:D
11.转基因技术就是对某一物种具有特别性状的基因进行分离,并把它移植到另一物种上去,从而使这一物种具有组合基因。然而转基因技术也会带来负面影响。下列哪项不是转基因生物可能带来的弊端 ( )
A.对生物多样性的影响,如抗除草剂作物的产生会破坏农田生物的多样性
B.使近亲野生物种具有抗性基因,可能会变成“超级杂草”
C.转基因生物的食品加工带来食品污染
D.转基因生物的大规模繁殖导致生物入侵
解析:转基因生物可能带来食品污染,而不是食品加工带来食品污染。
答案:C
二、非选择题
12.利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。青岛“崂山奶山羊乳腺反应器研制”项目通过鉴定,该项目产生的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点,可产生干扰素、乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品,造福人类。
请根据这一科技成果的研究过程回答问题。
(1)科学家从相关基因组中获取了目的基因,并采用 技术对目的基因进行扩增,然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有 。
(2)在基因工程操作过程中,基因工程的核心是 ,一个基因表达载体的组成必须有标记基因,其作用是
。
(3)如何检测和鉴定目的基因已被成功导入羊体内 请写出两种方法。
解析:目的基因的扩增常用PCR技术;在将目的基因与载体结合时需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否导入了目的基因。目的基因的检测与鉴定方法:DNA分子杂交(检测是否导入了目的基因)、DNA与mRNA杂交、抗原与抗体杂交、从羊的乳汁中提取干扰素等。
答案:(1)PCR(聚合酶链式反应) 限制性核酸内切酶、DNA连接酶
(2)基因表达载体的构建 为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来
(3)DNA分子杂交;DNA与mRNA分子杂交;抗原—抗体杂交;从羊的乳汁中提取干扰素。(写出以上任意两点即可)
13.胰岛素是治疗糖尿病的重要药物,下图是采用基因工程技术生产胰岛素的操作过程示意图,请据图回答问题。
(1)完成过程②必需的酶是 。
(2)在利用A、B获得C的过程中,必须用 切割A和B,使它们产生相同的 ,再加入 ,才可形成C。
(3)取自大肠杆菌的物质B,在基因工程中起 作用,必须具备的条件是 (至少2个)。
(4)图中的D是基因工程中的 细胞,能作为这种细胞的有 等。
解析:(1)过程②为由单链RNA到双链DNA的过程,为反转录,需要反转录酶的催化。
(2)A为目的基因,B为载体,需要用限制性核酸内切酶切出相同的黏性末端,然后在DNA连接酶的作用下相互结合。
(3)从大肠杆菌中提取的B为质粒,在基因工程中可以起到载体的作用。载体必须具备的条件是具有标记基因和一至多个限制酶切割位点,能够在宿主细胞中复制并稳定保存。
(4)常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
答案:(1)反转录酶
(2)限制性核酸内切酶 黏性末端 DNA连接酶
(3)载体 具有标记基因和一至多个限制酶切割位点,能够在宿主细胞中复制并稳定保存
(4)受体 大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞
14.棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死,而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法,我国已将该毒蛋白基因移入棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡,所以该棉花新品种在1998年推广后,已取得了很好的经济效益。
请根据上述材料回答下列问题。
(1)该项科学成果在环境保护上的重要作用是
。
(2)科学家预言,此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后,也将出现不抗虫的植株,出现此种现象的原因是发生了 。
(3)题中“毒蛋白基因移入棉花植株内并实现成功表达”中的“成功表达”是指
。
(4)与杂交育种、诱变育种相比,通过基因工程培育新品种的主要优点是
。
(5)在培育“转基因抗虫棉”的基因操作中,所用的基因的“剪刀”是 ,基因的“针线”是 ,基因的
“运载工具”是 。
(6)转基因技术有利有弊,请各举一例加以说明:
有利方面:
;
有害方面:
。
解析:本题主要考查了基因工程的优点、目的基因的表达和基因工程的安全性问题等知识点。基因工程的优点是目的性强、育种周期短,克服了远缘杂交不亲和的障碍。抗虫棉的优点是减少了农药对环境的污染,保护了生态环境。其中毒蛋白基因的表达经过转录和翻译两个阶段。
答案:(1)减少了农药对环境的污染,保护了生态环境
(2)基因突变
(3)毒蛋白基因在棉花细胞内经过转录和翻译合成了毒蛋白
(4)目的性强,育种周期短,克服了远缘杂交不亲和的障碍
(5)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体(或质粒等)
(6)用于疾病的诊断和治疗,生产传统方法难以生产的药物,用于培育优良动、植物新品种等 不利于环境保护,可能引起环境问题、食物安全性问题、生物安全性问题等基因工程的概述
1．下列说法中不正确的有（ ）。
①限制性核酸内切酶是从真核生物中分离纯化得到的 ②DNA连接酶是从原核生物中分离纯化得到的 ③不同限制性核酸内切酶切割DNA的位点不同 ④质粒是单链DNA
A．①③
B．②④
C．①④
D．②③
2．用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是（ ）。
A．常用相同的限制性核酸内切酶处理外源DNA分子和质粒
B．DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C．可用含抗生素的培养基筛选出获得目的基因的受体细胞
D．目的基因导入大肠杆菌后不一定能成功表达
3．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly和Ser构成发光环，现将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（ ）。
A．促使目的基因导入宿主细胞中
B．促使目的基因在宿主细胞中复制
C．使含目的基因的受体细胞容易被检测出来
D．使目的基因容易成功表达
4．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X可能代表（ ）。
A．不含人胰岛素基因的细菌细胞
B．能合成抗体的细菌细胞
C．不能合成胰岛素的细菌细胞
D．能合成抗生素的细菌细胞
5．下图中所示黏性末端属于由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是（ ）。
A．①②
B．①③
C．①④
D．②③
6．下列关于基因工程的叙述，错误的是（ ）。
A．目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
7．下列叙述符合基因工程概念的是（ ）。
A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因
B．将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上
8．在基因工程中不会出现（ ）。
A.
DNA连接酶是将黏性末端的碱基连接起来
B．限制性核酸内切酶用于目的基因的获得
C．目的基因需由载体导入受体细胞
D．人工合成基因不需要用限制性核酸内切酶
9．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，操作错误的是（ ）。
A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C．将重组DNA分子导入烟草原生质体
D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
10．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
（1）限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有______和______。
（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是______。
（3）按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即______DNA连接酶和______DNA连接酶。
（4）反转录作用的模板是______，产物是______。若要在体外获得大量反转录产物，常采用______技术。
（5）基因工程中除质粒外，________和________也可作为运载体。
（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是______。
参考答案
1．答案：C 解析：限制性核酸内切酶、DNA连接酶是从原核生物中分离得到的；不同的限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列不同，切割的位点也有区别；质粒是双链环状DNA分子。
2．答案：B 解析：要使大肠杆菌生产人的蛋白质，先用同一种限制性核酸内切酶处理人的蛋白质基因与载体，然后用DNA连接酶连接形成重组DNA，最后导入大肠杆菌。导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达。
3．答案：C 解析：标记基因的作用是检测目的基因是否导入受体细胞，并进行筛选。
4．答案：C 解析：由图可知人胰岛素基因已导入受体细胞；由于质粒的复制，可使目的基因一起复制并随细菌的分裂繁殖遗传给子代细菌；人胰岛素基因可能会表达产生胰岛素，也可能未表达成功而不能合成胰岛素。
5．答案：B 解析：由同一种限制性核酸内切酶切割得到的黏性末端，单链游离的碱基能互补配对。
6．答案：D 解析：人胰岛素原基因中有内含子存在，因此在大肠杆菌中表达后无生物活性。载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但由于它和目的基因是相互独立的，因此并不能促进目的基因的表达。
7．答案：B 解析：A选项所述内容属于细胞工程；C选项属于诱变育种；D选项属于噬菌体侵染细菌；B选项中将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株，符合基因工程的概念和特点。
8．答案：A 解析：DNA连接酶是将黏性末端间的磷酸和脱氧核糖连接起来，形成磷酸二酯键。
9．答案：A 解析：用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，用同种限制性内切酶分别切割烟草的运载体和抗除草剂的基因，因限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA，故A项错误。构建基因的表达载体完成后将其导入烟草细胞内，最后还需要将其放入含除草剂的培养基中进行筛选，选出抗除草剂的细胞进行植物组织培养。
10．解析：（1）限制性核酸内切酶切割DNA分子后，露出的末端类型为黏性末端和平末端两种。（2）要想使另一种限制性核酸内切酶切割并与之相连接，则需要的限制性核酸内切酶切割后的末端与EcoRⅠ切割后的末端一致。（3）基因工程中使用的DNA连接酶有两种类型即T4DNA连接酶、大肠杆菌DNA连接酶。（4）反转录的模板是RNA，产物是cDNA（或DNA），可用PCR技术对其扩增。（5）基因工程中常用载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。（6）不经特殊处理，大肠杆菌吸收质粒DNA的能力很弱。
答案：（1）黏性末端 平末端 （2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同 （3）大肠杆菌 T4 （4）mRNA（或RNA） cDNA（或DNA） PCR （5）噬菌体 动植物病毒 （6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱(共29张PPT)
第一节
基因工程概述
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蚕丝？
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
1、说出基因工程的概念；
2、简述基因工程的诞生历程；
3、说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用；
4、简述基因工程基本操作程序的步骤。
一、基因工程的概念
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，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。
基因工程的别名
操作环境
操作对象
操作水平
基本过程
结果
基因拼接技术或DNA重组技术
生物体外
基因
DNA分子水平
人类需要的基因产物
剪切
→拼接
→导入
→表达
理论基础
DNA是遗传物质的发现
DNA双螺旋结构的确立
遗传信息传递方式(中心法则)的认定
技术保障
基因工程工具
的发现和应用
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
基因载体(如质粒)
二、基因工程的诞生和发展
提取
抗虫基因
棉花细胞
苏云金芽孢杆菌
(有抗虫特征)
普通棉花
(无抗虫特征)
与运载体DNA拼接，导入
(含抗虫基因)
棉花植株
(有抗虫特征)
基因工程培育抗虫棉的简要过程
如何将苏云金芽孢杆菌细胞内的抗虫基因从它的DNA分子中切割下来？
如何将切下来的抗虫基因与运载体DNA连接起来？
如何将重组的DNA运送到棉花细胞？
需要切割DNA的工具（分子手术刀）
需要连接DNA片断的工具
（分子缝合针）
需要基因转移的工具（分子运输车）
——限制性核酸内切酶
——DNA连接酶
——基因载体
工具酶
思
考
1、限制性核酸内切酶（简称限制酶）
能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。
含义：
主要从原核生物中分离得到
来源：
磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键
作用部位：
有专一性。即一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
作用特点：
产生黏性未端
作用结果：
三、基因工程的工具
EcoRI
A
A
G
T
T
C
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
G
A
A
T
T
C
识别GAATTC序列，并在G和A之间切开
限制酶在切断DNA时，可在切口处带有几个伸出的核苷酸，他们之间碱基正好互补配对，因此称这些片断为黏性末端。
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
要想获得某个特定性状的基因必须用限制性核酸内切酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
切两个切口，产生四个黏性末端。
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
会产生相同的黏性末端。
思
考
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
A
T
A
A
T
A
T
G
C
T
A
T
A
EcoRI
EcoRI
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
G
C
G
C
T
A
A
T
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
2、DNA连接酶
两条链的骨架部分，形成磷酸二酯键
连接部位：
具有相同黏性末端的两个DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。
结果：
C
G
G
C
C
G
T
T
A
A
A
A
T
T
G
C
T
A
T
A
用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要形成几
个磷酸二酯键？
2个
用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？
4个
外源基因（如抗虫基因）怎样才能运送到受体细胞（如棉花细胞）？
需要“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体
思
考
3、基因载体（运载体）
作为运载工具，将外源基因送入受体细胞。
作用：
条件：
⑴能在宿主细胞内自我复制并稳定地保存
⑵有一个或多个限制酶切点，可使外源基因插入其中
⑶具有某些遗传标记基因，以便进行筛选
⑷对受体细胞无害
质粒（最常用）、噬菌体和某些动植物病毒
种类：
假如外源基因导入受体细胞后不能复制会怎样？
作为载体如果没有限制酶切割位点将怎样？
外源基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
如果载体对受体细胞有害将怎样？
会在细胞增殖中丢失
外源的基因不可能插入
如果载体上有遗传标记基因，就可通过标记基因的表达来检测。
将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的外源基因也可能无法表达。
思
考
四、基因工程的一般过程与技术
获取目的基因
形成重组DNA分子
将重组DNA分子导入受体细胞
筛选含有目的基因的受体细胞
目的基因的表达
取出DNA
用限制酶切断DNA
目前被较广泛提取使用目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。
获取目的基因的方法
1、直接分离基因
2、人工基因合成法
直接合成法：已知某基因的序列的前提下,可以用化学方法合成或
用PCR技术扩增大量获取目的因.(如胰岛素基因)
想一想:还有其他的方法可
以合成目的基因吗
DNA合成仪
PCR扩增仪
目的基因与运载体结合-----形成重组DNA
提取质粒并用限制酶切割
用连接酶将目的基因和质粒连接
用限制酶切割目的基因和用相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子
将重组DNA导入受体细胞并扩增
将目的基因导入受体细胞
将受体细胞进行扩增
基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。如用质粒作运载体,则选大肠杆菌为受体细胞
导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。
筛选含有目的基因的受体细胞
受体细胞是否具运载体特有的“标记基因”所控制的性状
检测依据：
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。
目的基因的表达
是否有目的基因表达的产物
表达的依据：
外源基因在受体细胞内表达的理论基础，基因是控制生物性状的基本单位，生物界共用一套遗传密码，遗传信息的传递都遵循中心法则的信息流动方向。
1、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是（
）
A.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状
D
2、以下说法正确的是（
）
A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B.质粒是基因工程中唯一的运载体
C.载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D.基因控制的性状都能在后代表现出来
C
3、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.有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D.便于与外源基因连接
B
4、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体（
）
A.细菌质粒
B.噬菌体
C.动植物病毒
D.细菌核区的DNA
D
5、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（
）
A.同种限制酶
B.
两种限制酶
C.同种连接酶
D.
两种连接酶
A
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