蘇教版選修三基因工程 基因工程概述公開(kāi)課

第一節(jié)基因工程概述角似鹿、鼻似獅、目似虎、唇似牛、爪似鷹、髭似馬、鱗似魚(yú)、身似蛇呼風(fēng)喚雨騰云駕霧定向基因改造設(shè)想

設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過(guò)多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程?；蚬こ袒蚬こ痰睦碚撲亯|艾弗里：證明ＤＮＡ是遺傳物質(zhì)沃森和克里克：闡明ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)尼倫貝格：破譯遺傳密碼1973年:美\科恩：將兩種不同來(lái)源的ＤＮＡ分子進(jìn)行體外重組，并首次實(shí)現(xiàn)了在大腸桿菌中的表達(dá)，創(chuàng)立了定向改造生物的新技術(shù)＿基因工程1944195319601966什么叫基因工程？

基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。是指在體外，通過(guò)人工“剪切”和“拼接”等方法，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá),產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。（一）基因工程的概念概念的把握基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程結(jié)果特點(diǎn)本質(zhì)基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)打破種的界限，定向改造生物基因重組19８２年，美、帕米特：采用顯微注射法基因工程培育抗蟲(chóng)棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：上述培育抗蟲(chóng)棉的關(guān)鍵步驟是什么？導(dǎo)入普通棉花(無(wú)抗蟲(chóng)特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲(chóng)基因棉花細(xì)胞(含抗蟲(chóng)基因)棉花植株(有抗蟲(chóng)特性)重組DNA形成關(guān)鍵步驟一：關(guān)鍵步驟二：關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)形成重組DNA重組DNA導(dǎo)入受體(棉花)細(xì)胞解決培育抗蟲(chóng)棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？（二）DNA重組技術(shù)的基本工具

關(guān)鍵步驟一的工具：

關(guān)鍵步驟二的工具：

關(guān)鍵步驟三的工具：分子手術(shù)刀—限制性內(nèi)切酶分子針線—DNA連接酶

分子運(yùn)輸車—運(yùn)載體１、“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶限制酶

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。思考：①限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？②限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開(kāi)嗎？③什么叫黏性末端？思考：①限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？限制酶所識(shí)別的序列，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。②限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開(kāi)嗎？任何一種限制酶都只識(shí)別和切斷特定的核苷酸序列，這是由限制酶的性質(zhì)所決定的。中軸線③什么叫黏性末端？被限制酶切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。問(wèn)題探討：①限制酶從哪里尋找？提示：聯(lián)想從前學(xué)過(guò)的內(nèi)容──噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)細(xì)菌等單細(xì)胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么這類原核生物之所以長(zhǎng)期進(jìn)化而不絕滅，有何保護(hù)機(jī)制？原核生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。②迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來(lái)的，聯(lián)系你已有的知識(shí)，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？是因?yàn)槲⑸镌陂L(zhǎng)期演化過(guò)程中，含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過(guò)甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵．⑴.特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，在特定的切點(diǎn)切割DNA分子。⑵分布：主要在微生物中。3.結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端．１、限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。如果把兩種來(lái)源不同的DNA用同一種限制酶來(lái)切割，會(huì)怎樣呢？

會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來(lái)，就似乎可以合成重組的DNA分子了。２、“分子針先”——DNA連接酶

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，是把梯子兩邊扶手的斷口連接起來(lái)，這樣一個(gè)重組的DNA分子才能形成。思考：DNA連接酶連接的是什么部位？AATTGCCTTAAG思考：②DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？

不是一回事?；蚬こ讨兴玫倪B接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現(xiàn)在什么地方呢？（1）DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個(gè)核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)。因此DNA連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不相同。３、運(yùn)載工具－載體

要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來(lái)的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去。能將外源基因送入細(xì)胞的工具就是載體。將外源基因送入受體細(xì)胞。

①作用：②條件：1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）載體DNA必須有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便目的基因插入到載體上去。3）具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。載體DNA必須是安全的,不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害,或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去;5)載體DNA分子大小應(yīng)適合,以便提取和在體外進(jìn)行操作,太大就不便操作.③常用種類：：質(zhì)粒、噬菌體和一些動(dòng)植物病毒。原因：1.重組DNA不能復(fù)制，就可能丟失。2.沒(méi)有一個(gè)和多個(gè)切割位點(diǎn)，就不能進(jìn)行DNA的重組。3.載體上沒(méi)有沒(méi)有標(biāo)記基因，我們用肉眼又看不到載體是否真正進(jìn)入，鑒定困難.4.出于對(duì)分離出的基因產(chǎn)物運(yùn)用后果有顧慮，要求載體必須對(duì)細(xì)胞無(wú)害。當(dāng)然這里主要考慮載體不能有害于受體細(xì)胞，影響其生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。大腸桿菌的質(zhì)粒：

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞生存沒(méi)有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。質(zhì)粒的特點(diǎn)細(xì)胞染色體（或擬核DNA分子）外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響；3.質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。1.以下說(shuō)法正確的是（）

A、所有的限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列

B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體

C、運(yùn)載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接

D、DNA連接酶使黏性末段的堿基之間形成氫鍵C練習(xí)2.不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是

A、能復(fù)制（）

B、有多個(gè)限制酶切點(diǎn)

C、具有標(biāo)記基因

D、它是環(huán)狀DNAD3.有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是（）

A、基因工程技術(shù)能定向地改造生物的遺傳性狀，培育生物新品種

B、重組DNA的形成在細(xì)胞內(nèi)完成

C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞

D、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體BD1．在基因工程中，切割載體和含有目的基因的DNA片段中，一般需使用（）A.同種限制酶B.兩種限制酶C.同種連接酶D.兩種連接酶2．有關(guān)基因工程的敘述正確的是（）A.限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用 B.重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的

C.質(zhì)粒都可作為載體D.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分為合成目的基因提供資料3．下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常使用的用來(lái)運(yùn)載目的基因的載體（）

A.細(xì)菌質(zhì)粒B.噬菌體C.動(dòng)植物病毒D.細(xì)菌核區(qū)的DNA4．基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來(lái)，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識(shí)別DNA子中的GAATTC順序，切點(diǎn)在G和A之間，這是應(yīng)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

AＤＤＢ5．在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得該基因的最佳方法是（）A．用mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA

B．以4種脫氧核苷酸為原料人工合成C．將供體DNA片段轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，再進(jìn)一步篩選D．由蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測(cè)mRNA6．下列關(guān)于基因工程的敘述中，正確的是（）A．基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程 B．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變C．基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng) D．基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類都是有益的ＢＣ7．下圖是某一DNA片段，下列關(guān)于該圖的敘述，正確的是（）A．若圖中的ACT能決定一個(gè)氨基酸，則ACT可稱為一個(gè)密碼子B．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶都可作用于②處C．若該片段能與RNA聚合酶結(jié)合，則該片段為基因的終止子D．DNA復(fù)制過(guò)程需要解旋酶作用于①處，而轉(zhuǎn)錄不需要8．在基因工程技術(shù)中，限制性核酸內(nèi)切酶主要用于（）A．目的基因的獲取和導(dǎo)入 B．目的基因的導(dǎo)入和檢測(cè)C．目的基因的獲取和與運(yùn)載體結(jié)合 D．基因表達(dá)載體的構(gòu)建和導(dǎo)入ＢＣ9.基因工程中常用細(xì)菌等原核生物作受體細(xì)胞的原因不包括()A、繁殖速度快B、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少C、多為單細(xì)胞，操作簡(jiǎn)便D、DNA為單鏈，變異少10．科學(xué)家已能運(yùn)用基因工程技術(shù)，讓羊合成并分泌抗體。相關(guān)敘述不正確的是（）A．該技術(shù)將導(dǎo)致定向的變異 B．受精卵是理想的受體細(xì)胞C．宜采用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 D．垂體分泌的催乳素能促進(jìn)抗體的產(chǎn)生11．下列用DNA重組技術(shù)生產(chǎn)的人類蛋白藥物及其用途錯(cuò)誤的是（）A．血清白蛋白——血漿補(bǔ)充物B．干擾素——抗病毒、抗腫瘤C．紅細(xì)胞生成素——治療貧血 D．白細(xì)胞介素——治療肺氣腫

ＤＤＤ12．“工程菌”是指（）A．用物理或化學(xué)方法誘發(fā)菌類自身某些基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系B．用遺傳工程的方法，把相同種類不同株系的菌類通過(guò)雜交得到新細(xì)胞株系C．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系D．從自然界中選取能迅速增殖的菌類13．下列平末端屬于同一種限制酶切割而成的是（）

A.①③ B.①④ C.②③ D.②④14．下列說(shuō)法正確的是（）A．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以兩者沒(méi)有區(qū)別B．通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍是天然的蛋白質(zhì)C．蛋白質(zhì)工程是在基因水平上改造蛋白質(zhì)的D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的ＣＢＣ15．下列屬于PCR技術(shù)的條件的是（）

①單鏈的脫氧核苷酸序列引物 ②目的基因所在的DNA片段 ③脫氧核苷酸④核糖核苷酸 ⑤DNA連接酶 ⑥D(zhuǎn)NA聚合酶 ⑦DNA限制性內(nèi)切酶

A.①②③⑤ B.①②③⑥ C.①②③⑤⑦ D.①②④⑤⑦16.下列有關(guān)PCR技術(shù)的敘述正確的是()

A.作為模板的DNA序列必須不斷的加進(jìn)每一次的擴(kuò)增當(dāng)中

B.作為引物的脫氧核苷酸序列必須不斷的加進(jìn)每一次的擴(kuò)增當(dāng)中

C.反應(yīng)需要的DNA聚合酶必須不斷的加進(jìn)反應(yīng)當(dāng)中

D.反應(yīng)需要的DNA連接酶必須不斷的加進(jìn)反應(yīng)當(dāng)中17.蛋白質(zhì)工程中，直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是()

A.氨基酸結(jié)構(gòu) B.蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) C.肽鏈結(jié)構(gòu) D.基因結(jié)構(gòu)AＢＤ18.1993年，我國(guó)科學(xué)工作者培育成的抗棉鈴蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，其抗蟲(chóng)基因的來(lái)源()A.普通棉花的基因突變B.棉鈴蟲(chóng)變異形成的致死基因

C.寄生在棉鈴蟲(chóng)體內(nèi)的線蟲(chóng)D.蘇云金芽孢桿菌體內(nèi)的抗蟲(chóng)基因19.蛋白質(zhì)工程的基本流程是()

①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②DNA合成③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④據(jù)核苷酸序列推出脫氧核苷酸序列

A.①②③④ B.④②①③ C.③①④②

D.③④①②20.在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個(gè)脫氧核苷酸對(duì)，其中腺嘌嶺脫氧核苷酸是460個(gè)）放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個(gè)數(shù)是()A.540個(gè) B.8100個(gè)C.17280個(gè)D.7560個(gè)

ＤＣＢ21．下列有關(guān)基因工程的應(yīng)用中，對(duì)人類不利的是()A、制造“工程菌”用于藥品生產(chǎn)B、制造“超級(jí)菌”分解石油、農(nóng)藥C、重組DNA誘發(fā)受體細(xì)胞基因突變D、導(dǎo)入外源基因替換缺陷基因22．mRNA上的終止密碼子不編碼氨基酸，與之相對(duì)應(yīng)的DNA片段位于()A．編碼區(qū)下游的非編碼區(qū)中 B．基因編碼區(qū)內(nèi)C．基因的最末端 D．基因編碼區(qū)最末端的內(nèi)含子中23．堿基互補(bǔ)配對(duì)發(fā)生在下列哪些生理過(guò)程或生物技術(shù)中：() ①種子的萌發(fā)②病毒的增殖過(guò)程③細(xì)菌的二分裂過(guò)程④目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合 ⑤DNA探針的使用⑥分泌蛋白的加工和運(yùn)輸A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥ C．②④⑤D．②③⑤⑥

ＣAA24.某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶（Amy）基因a,通過(guò)基因工程的方法，將a轉(zhuǎn)到馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。這一過(guò)程涉及（）

A.目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，可隨著馬鈴薯的DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞

B.基因a導(dǎo)入成功后，將抑制細(xì)胞原有的新陳代謝，開(kāi)辟新的代謝途徑C.細(xì)菌的DNA分子較小，可直接作為目的基因，導(dǎo)入受體中不需要整合到馬鈴薯的DNA分子中

D.目的基因來(lái)自細(xì)菌，可以不需要運(yùn)載體直接導(dǎo)入受體細(xì)胞25.下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述，正確的是（）

A.質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器

B.質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子

C.質(zhì)粒只有在侵入宿主細(xì)胞后在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制

D.細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行AＢ26.下列屬于獲取目的基因的方法是（）A.從物種中直接分離B.根據(jù)已知氨基酸序列推測(cè)合成法C.以mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄D.轉(zhuǎn)錄法27．下列哪些可作為基因工程技術(shù)中常用的“分子運(yùn)輸車”（）

A．大腸桿菌 B．質(zhì)粒 C．動(dòng)物病毒D．線粒體28．有關(guān)基因工程的說(shuō)法，正確的是（）

A．在基因工程操作中，只要在受體細(xì)胞中檢測(cè)到目的基因，就能表達(dá)B．基因工程操作的必須的工具有限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和運(yùn)載體C．抗蟲(chóng)棉的目的基因來(lái)自于蘇云金芽胞桿菌D．抗蟲(chóng)棉的后代中可能有不抗蟲(chóng)的個(gè)體29．科學(xué)家將含人的α一抗胰蛋白酶基因的DNA片段，注射到羊的受精卵中，該受精卵發(fā)育成的羊能分泌含α一抗胰蛋酶的奶。這一過(guò)程涉及（）

A．DNA按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則自我復(fù)制B．DNA以其一條鏈為模板合成RNAC．RNA以自身為模板自我復(fù)制D．按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質(zhì)ABCBCBCDABD多選題30．科學(xué)家將控制某藥物蛋白合成的基因轉(zhuǎn)移到白色來(lái)亨