基因工程活动单

专题四遗传的分子基础
课时4 基因工程
活动目的：
1.基因工程的基本工具及操作过程
2.基因工程的应用
3.蛋白质工程
活动一：基因工程的基本工具及操作过程
例1.许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ＇基因，其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG 存在下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。

基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如下图。

请据图回答：
（1）基因工程中，构建基因表达载体的目的是。

（2）限制酶EcoRⅠ的识别序列和切点是—G↓AATTC—，SmaⅠ的识别序列和切点是—CCC↓GGG—。

图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是，连接过程中需要的基本工具是。

（3）转化过程中，大肠杆菌应先用处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。

（4）菌落的颜色为白色的是，原因是。

（5）菌落③中的目的基因是否能表达，可采用的检测办法是。

总结：1.基因工程的基本工具：
2．限制性核酸内切酶主要存在于，切割的部位是，具有怎样的特性？请举例说明。

3.DNA连接酶连接的是。

与DNA聚合酶功能一样吗？4．目的基因的检测与鉴定过程需要检测哪些方面？如何检测？
活动二：基因工程的应用
例2阅读课本，思考并回答下列问题：8.(2012·高考江苏卷)(9分)图1表示含有目的基因D 的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有Msp Ⅰ、BamH Ⅰ、Mbo Ⅰ、Sma Ⅰ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GA TCC、↓GA TC、CCC↓GGG。

请回答下列问题：
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由____ 连接。

(2)若用限制酶Sma Ⅰ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是___ _末端，其产物长度为____ 。

(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma Ⅰ完全切割，产物中共有____种不同长度的DNA片段。

4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____ 。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加___ _的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是___ _。

1．植物基因工程主要应用于哪些方面？请举例说明。

2．动物基因工程方面有哪些应用？请举例说明。

3．医学上进行基因检测的原理是什么？医学上怎样对患者进行基因治疗？
活动三：了解蛋白质工程
1．蛋白质工程与基因工程有哪些相同点？二者的区别有哪些？
2．请绘制出蛋白质工程的操作过程图。

巩固练习
1．下列有关基因工程中限制内切酶的描术，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的影响
C.限制性内切酶能别和切割RNA
D.限制性内切酶可从原核生物中提取
2．运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有（ ）
A ．抗虫基因
B ．抗虫基因产物
C ．抗虫基因对应m RNA
D ．相应性状
3．（多选）科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人乳蛋白。

以下有关该基因工程的叙述正确的有（ ）
A ．采用反转录的方法可以得到完整的目的基因
B ．基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的
C ．在此过程中，马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞
D ．用Sam Ⅰ限制酶处理含目的基因的DNA ，可以产生黏性末端
4．（9分）降钙素是一种多肽类激素，临床上用于治疗骨质疏松症等。

人的降钙素活性很低，半衰期较短。

某科学机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素，从预期新型降钙素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了两条72个碱基的DNA 单链，两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA 片段，再利用Klenow 酶补平，获得双链DNA ，过程如右图。

在此过程中发现，合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象。

分析回答下列问题：
（1）Klenow 酶是一种________酶，合成的双链DNA 有________个碱基对。

（2）获得的双链DNA 经Eco R Ⅰ（识别序列和切割位点-G ↓AATTC-）和BamH Ⅰ（识别序列和切割位点-G ↓GATCC-）双酶切后插入到大肠杆菌质粒中，筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA 测序验证。

①大肠杆菌是理想的受体细胞，这是因为它_________________________。

②设计EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ双酶切的目的是___________________________。

③要进行重组质粒的鉴定和选择，需要大肠杆菌质粒中含有_______________。

（3）经DNA 测序表明，最初获得的多个重组质粒，均未发现完全正确的基因序列，最可能的原因是_______________。

（4）上述制备该新型降钙素，运用的现代生物工程技术是____________________。

5′
3′ DNA 单链 3′ 5′ DNA 单链 5′ 3′ 3′
5′ 5′ 3′ 3′
5′ Klenow 酶 双链DNA
5．下图1表示抗体的基本结构，V L是轻链可变区，V H是重链可变区。

不同抗体可变区不同。

杂交瘤技术的出现使抗体的制备进入了单克隆抗体时代，而20世纪90年代发明的噬菌体抗体库技术为单抗的制备开辟了全新的领域。

下图2是人源性噬菌体抗体生产过程流程图。

请据图回答有关问题：
（1）运用杂交瘤技术制备单克隆抗体主要利用了杂交瘤细胞的特性。

（2）在免疫过程中，需要向健康人体内注射特定抗原（如乙肝疫苗），并且每隔一周重复注射一次，重复注射的目的是。

（3）过程①使用了RT-PCR技术，与常规PCR技术相比较，RT—PCR增加了过程。

RT—PCR过程中，研究者为了仅使人体抗体基因得到扩增，应以作为引物。

（4）为了使④过程成功率更高，应该使用处理大肠杆菌。

（5）从人源性噬菌体抗体生产过程分析，含抗体基因片段最终需要整合到中。

活动一
例1．答案：（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用（2）TTAA DNA连接酶（3）Ca2＋（4）菌落③ lacZ＇标记基因区插入外源基因，不能表达出β-半乳糖苷酶，故菌落为白色（5）抗原—抗体杂交
总结2．答案：微生物磷酸二酯键特性: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，形成黏性末端。

例如EcoRI限制酶能专一识别GAATTC 序列，并在G和A之间将这段序列分开。

3．答案：磷酸和脱氧核糖形成磷酸二酯键。

与DNA聚合酶功能不一样。

4.答案：检测转基因生物的染色体DNA是否插入了目的基因：DNA分子杂交法；
检测目的基因是否转录出了mRNA：分子杂交法；
检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原——抗体杂交法。

活动二
例2【答案】：（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
（2）平537bp、790 bp、661 bp
（3）4
（4）BamHI 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
1.答案：植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等），以及改良农作物品质和利用植物生产药物方面。

举例略。

2.答案：动物基因工程技术主要应用于提高动物生长速度（导入外源生长激素基因）、改善
畜产品的品质（降低乳汁中乳糖的含量可将肠乳酶基因导入奶牛基因组）、用转基因动物生产药物（如乳房生物反应器）、用转基因动物作器官移植的供体等。

3.答案：基因检测的原理是利用DNA分子杂交原理制作相应的探针，快速、准确检测人类
某种疾病的方法（目前已是临床应用阶段）；基因治疗是将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法，目前仅处于实验阶段。

活动三
1.答案：相同点：二者都属于分子水平的操作，蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成
自然界不存在的蛋白质，又被称为第二代基因工程。

区别：主要从生产的蛋白质类型，操作过程的实质，操作程序的基本思路和应用现状方面进行比较。

2.。

图略。

巩固练习
1.C
2.D
3.BC
4.（9分）
（1）DNA聚合酶126
（2）①繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少（2分）
②保证目的基因和载体的定向连接（或防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接）（2分）
③标记基因
（3）合成的核苷酸单链仍较长，产生缺失碱基的现象
（4）蛋白质工程
5.（1）既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体（2）加强免疫，增加体内特定浆细胞的数
量（3）逆转录人抗体基因中的特定碱基序列（4）Ca2+（5）噬菌体DNA。