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１１４ ５年高考３年模拟 Ａ版 高考生物
26
专题 基因工程与蛋白质工程
后形成的末端相同 在 连接酶的作用下目的基因与载体也
， ＤＮＡ
可以连接起来 为了避免目的基因和载体的自身环化和随意连
。
接 可使用不同的限制酶切割目的基因和载体 使目的基因和载
， ，
考点一 基因工程
体各具有两个不同的末端
。
一、基因工程的概念和优点
三、基因工程的基本操作程序
１概念：按照人们的愿望 通过 转基因 等技术 赋予生物
． ， ① ， １目的基因的筛选与获取
以新的遗传特性 创造出更符合人们需要的新的生物类型和生 ．
， 筛选合适的目的基因 较为有效的方法是从相关的已知
物产品 由于基因工程在 水平上进行设计和施工 因此又 （１） ：
。 ＤＮＡ ， 结构和 功能清晰 的基因中进行筛选
叫 重组 技术 旧称 重组技术 ① 。
② ＤＮＡ （ ＤＮＡ ）。 利用 获取和扩增目的基因
２优点 （２） ＰＣＲ
． 原理 半保留复制
与杂交育种相比 克服了 远缘杂交不亲和 的障碍 ａ． ：② ＤＮＡ 。
（１） ： ③ 。 ì模板 提供 复制的模板
与诱变育种相比 可定向改造生物的遗传性状 ï ＤＮＡ： ＤＮＡ
（２） ： 。 ï 脱氧核苷酸 种 合成 子链的原料
说明 限制性内切核酸酶旧称限制性核酸内切酶 Ｅ．ｃｏｌｉ 条件í③ （４ ）： ＤＮＡ
： ， ｂ． ï 耐高温的 聚合酶 催化合成 子链
连接酶旧称 Ｅ ｃｏｌｉ 连接酶 连接酶旧称 ï④ ＤＮＡ ： ＤＮＡ
ＤＮＡ · ＤＮＡ ，Ｔ４ ＤＮＡ î 引物 种 从引物的 端开始连接脱氧核苷酸
连接酶 全书同 非必要不再标注 ⑤ （２ ）： ３′
Ｔ４ ＤＮＡ ， ， 。 扩增过程
ｃ．
二、基因工程的基本工具
过程 说明 图解
１限制性内切核酸酶（限制酶）
．
来源 主要从 原核 生物中分离纯化出来 当温度上升到 以上
（１） ： ① 。 变性 ⑥ ９０℃
作用 识别双链 分子的特定核苷酸序列 并且使每 时 双链 解聚为单链
（２） ： ＤＮＡ ， ， ＤＮＡ
一条链中特定部位的 磷酸二酯键 断开
② 。 温度下降到 左右时
{在识别序列中心轴线两侧切开 产生 黏性末端 ５０℃ ，
结果 → ③ 复性 两种引物通过碱基互补配
（３） 在识别序列中心轴线处切开 产生 平末端
→ ④ 对与两条单链 ＤＮＡ 结合
２ 连接酶
．ＤＮＡ 左右时 耐高温
作用 将双链 片段 缝合 起来 恢复被限制酶切开 ⑦ ７２ ℃ ，
（１） ： ＤＮＡ “ ” ， 的 聚合酶活性高 可
的两个核苷酸间的磷酸二酯键 延伸 ＤＮＡ ，
。 使 新链由 端向
主要种类 ＤＮＡ ５′ ３′
（２） 端延伸
主要种类 Ｅ．ｃｏｌｉ 连接酶 连接酶
⑤ ＤＮＡ ⑥ Ｔ４ＤＮＡ 目的 通过 指数式 扩增获取大量的目的基因
ｄ． ： ⑧ 。
来源 大肠杆菌 噬菌体 鉴定 常采用 琼脂糖凝胶电泳 来鉴定 的产物
Ｔ４
ｅ． ： ⑨ ＰＣＲ 。
特点 只 缝合 黏性末端 黏性末端和平末端都可 缝合 说明 耐高温的 聚合酶旧称Ｔａｑ酶或热稳定 聚合
“ ” “ ” ： ＤＮＡ ＤＮＡ
３载体 酶或Ｔａｑ 聚合酶 全书同 非必要不再标注
ＤＮＡ ， ， 。
．
条件 能在受体细胞中复制并稳定保存 具有一个至多
２基因表达载体的构建———基因工程的核心
．
（１） ： ；
个限制酶 切割位点 具有标记基因 目的 使目的基因 在受体细胞中稳定存在，并且遗传
（１） ： ⑩
⑦ ； 。
{最常用 质粒 给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用
， 。
种类 ：⑧
（２） 其他 噬菌体 动植物病毒等 基因表达载体的组成
（２）
： 、
作用 携带外源 片段 进入受体细胞 目的基因
（３） ：⑨ ＤＮＡ 。
特点 可在受体细胞中进行自我复制或整合到受体 复制原点 载体自我复制的起点
（４） ： ：
ＤＮＡ 上 ， 随受体 ＤＮＡ 同步复制 。 基 启动子 聚合酶 识别和结合部位
因 ： ＲＮＡ ，
名师点拨 （１） 限制酶具有特异性 ， 即一种限制酶只能识 表 驱动基因转录出 ｍＲＮＡ
别特定的碱基序列 并在特定的切割位点上进行切割 限制酶 达 终止子 转录终点
， 。 载 ：
不切割自身 的原因是原核生物自身 分子中不存在相 体
ＤＮＡ ＤＮＡ
应限制酶的识别序列或识别序列已经被修饰 标记基因 鉴别受体细胞中是否含有
。 ：
在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶 以 构建过程
（２） ， （３）
获得相同的黏性 或平 末端 但如果用两种不同的限制酶切割
（ ） 。
专题２６ 基因工程与蛋白质工程 １１５
３食品工业方面：利用基因工程菌生产食品工业用酶 氨基
． 、
酸和维生素等
。
二、蛋白质工程
１蛋白质工程崛起的缘由
．
基因工程的实质 将一种生物的基因转移到另一种生物
（１） ：
３将目的基因导入受体细胞 体内 后者可以产生它本不能产生的蛋白质 进而表现出新的
． ， ，
性状
生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 。
基因工程的不足 原则上只能产生自然界已存在的蛋
花粉管通道法 （２） ：
常用方法
农杆菌转化法
、
显微注射法
Ｃａ
２＋转化法 白质
。
２蛋白质工程的基本原理
．
受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞
将含有目的基因 ２＋处理细胞 细胞
将目的基因插入 Ｃａ →
Ｔｉ 的表达载体提 处于能吸收周围环
质粒的 上
Ｔ－ＤＮＡ → 纯 取卵 受精 境中 分子的生
导入农杆菌 侵染 → （ ＤＮＡ
过程 → 卵 显微注射 理状态 重组表达
植物细胞 整合到 ）→ → →
受体细胞的
→
染色体
受精卵发育
→
胚 载体与感受态细胞 ３蛋白质工程的基本思路
胎移植 获得具 混合 感受态细胞 ．
上 表达 → →
ＤＮＡ → 有新性状的动物 吸收 分子
ＤＮＡ
４目的基因的检测与鉴定
．
思考 ：既然存在基因工程，为什么还要改造蛋白质？
１
提示 ：基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。
１
思考 ：蛋白质工程中为什么能通过对基因操作来实现对天然蛋白
２
质的改造？
提示 ： 蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，
２ ａ．
容易改造； 改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋
ｂ．
白质无法遗传。
说明 旧教材中 检测目的基因是否插入可用 分子杂
： ， ＤＮＡ
交技术
。
二 结构规律 生物功能 改造或合成 蛋白质 氨基
、① ② ③ ④ ⑤
酸 脱氧核苷酸
一 转基因 重组 技术 远缘杂交不亲和 ⑥
、① ② ＤＮＡ ③
二 原核 磷酸二酯键 黏性 平 Ｅ．ｃｏｌｉ
、① ② ③ ④ ⑤ ＤＮＡ
切割位点 质粒 携带外源 片段 考点三 生物技术的安全性与伦理问题
⑥Ｔ４ＤＮＡ ⑦ ⑧ ⑨ ＤＮＡ
三 功能清晰 半保留复制 脱氧核苷酸 耐高温的 一、转基因生物的安全性
、① ②ＤＮＡ ③ ④
聚合酶 引物 指数式 琼脂糖
ＤＮＡ ⑤ ⑥９０℃ ⑦７２℃ ⑧ ⑨ １转基因生物存在安全性问题的原因
凝胶电泳 在受体细胞中稳定存在 并且遗传给下一代 ．
⑩ ， 目前对基因的结构 基因间的相互作用及基因的调控机
聚合酶 目的基因 农杆菌转化法 显微注射法 （１） 、
ＲＮＡ 制等都了解得相当有限
抗原 抗体杂交 。
— 目的基因往往是异种生物的基因
（２） 。
外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
考点二 基因工程的应用与蛋白质工程 （３） 。
２ 对转基因生物安全性的争论：在食物安全 生物安全 环
一、基因工程的应用 ． 、 、
境安全三个方面存在激烈的争论
１农牧业方面 。
． ３理性对待转基因技术：趋利避害 不能因噎废食
转基因植物 培育转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转 ． ， 。
（１） ： 、 、 二、生物技术中的伦理问题
基因抗除草剂植物和改良植物的品质
。
克隆技术引发的伦理问题
转基因动物 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质
（２） ： 、 。
２医药卫生领域 比较治疗性克隆和生殖性克隆
． （１）
对微生物或动植物的细胞进行基因改造 使它们能够生
（１） ，
产药物 如利用乳腺生物反应器和基因工程菌获得重要医药
，
产品
。
培育转基因克隆猪器官 解决人类器官移植供体器官不
（２） ，
足和免疫排斥问题
。
１１６ ５年高考３年模拟 Ａ版 高考生物
是对人类尊严的侵犯
类型 ｅ． 。
治疗性克隆 生殖性克隆 破坏了人类基因多样性的天然属性 不利于人类的生存和进化
项目 ｆ． ， 。
试管婴儿与设计试管婴儿
结果 产生特定的细胞 组织和器官 产生独立生存的新个体 （３）
、
修复或替代受损的细胞 组
、 用于生育 获得人的复
区别 目的 织和器官 从而达到治疗疾 ，
， 制品
病的目的
水平 细胞水平 个体水平 试管婴儿与设计试管婴儿都要通过体外受精 并进行胚胎
，
移植 不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断
都属于无性生殖 产生新个体或新细胞 组织和器官 遗 ， 。
联系 ； 、 ，
传信息一般不变 三、禁止生物武器
我国禁止生殖性克隆 原因如下 １生物武器种类：包括致病菌类 病毒类和生化毒剂类等
（２） ， ： ． 、 。
克隆人没有 父母 可能导致他们在心理上受到伤害 ２ 中国政府的态度：在任何情况下不发展 不生产 不储存
ａ． “ ”， 。 ． 、 、
由于技术问题 克隆人可能有严重的生理缺陷 生物武器 并反对生物武器及其技术和设备的扩散 主张全面禁
ｂ． ， 。 ， ，
家庭地位难以认定 可能使以血缘为纽带的人伦关系消亡 止和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器
ｃ． ， 。 。
冲击现有的一些有关婚姻 家庭和两性关系的伦理道德观念
ｄ． 、 。
提升一 限制酶的选择和标记基因筛选原理
１限制酶的选择原则
．
根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的
（１）
种类
２载体上标记基因的筛选原理
．
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因 目的基
应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶 以便将目的 。
ａ． ， 因要转入的受体细胞没有抵抗相应抗生素的能力 当含有抗生
基因 切出 如图可选择Ｐｓｔ 。
“ ”， Ⅰ。 素抗性基因的载体进入受体细胞后 抗性基因在受体细胞内表
不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶 以防破 ，
ｂ． ， 达 使受体细胞能够抵抗相应抗生素 所以在受体细胞的培养体
坏目的基因 如图不能选择Ｓｍａ ， ，
， Ⅰ。 系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞 倘若
为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 也可使用 （
ｃ． ， 在选择培养基中不能存活 则表明无载体转入 当然不会有 目
不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图也可选择用 Ｐｓｔ 和 ， ， “
， Ⅰ 的基因 转入 能存活时必含该载体 原理如图所示
Ｅｃｏ 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点 ” ， ）， ：
ＲⅠ （ ，
而且这两种酶的切割位点不会完全破坏标记基因
）。
根据质粒的特点确定限制酶的种类
（２）
提升二 的粗提取与鉴定
ＤＮＡ
１实验原理
．
根据 质粒的 片段选择限制酶 图中甲 乙 丁
（３） Ｔｉ Ｔ－ＤＮＡ ， 、 、
质粒均不宜选取 而丙 质粒宜选取 设切割目的基因的限
Ｔｉ ， Ｔｉ （
制酶为Ｘｂａ 和Ｓａｃ
Ⅰ Ⅰ）。
专题２６ 基因工程与蛋白质工程 １１７
３注意事项
．
用玻璃棒沿一个方向搅拌 防止 发生断裂 使其能
（１） ， ＤＮＡ ，
完整地缠在玻璃棒上
。
粗提取的 中可能还含有 脂质和蛋白质等
（２） ＤＮＡ ＲＮＡ、
杂质
。
２操作流程
．
要点点拨 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且
（１） ，
遗传给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用
， 。
将目的基因 ＶＰ１基因 导入植物细胞通过农杆菌转化
应用 基因工程的应用案例分析 （２） （ ）
法时 其原理为 当植物体受到损伤时 伤口处的细胞会分泌大
， ： ，
情境材料 口蹄疫由口蹄疫病毒（ ）引起，该病毒属于小 量的酚类化合物 吸引农杆菌移向这些细胞 这时农杆菌中的
ＦＭＤＶ ＲＮＡ ， ， Ｔｉ
病毒科、口蹄疫病毒属。 口蹄疫病毒ＶＰ１基因是参与构成病毒粒子 质粒上的 可转移的 可转移至受体细胞 并且整合
Ｔ－ＤＮＡ（ ＤＮＡ） ，
的主要中和抗原基因，其表达蛋白可以诱导动物机体产生中和抗体。 到受体细胞染色体的 上 利用这一特点 可将目的基因转
ＤＮＡ ， ，
科学家们将ＶＰ１基因转入拟南芥、马铃薯、烟草和苜蓿中，均引起了 入植物细胞中
。
动物产生抗口蹄疫病毒的特异性免疫反应，这些研究成果极大地促 防止切割后的运载体或目的基因发生自身环化
（３） 。
进了口蹄疫疫苗的研究。 但由于转化受体主要集中在一些模式植物
拓展思维 年 艾弗里等人的肺炎链 双 球菌转
上，而烟草的毒性、马铃薯块茎难以生食等因素均限制了生产的转基 （１）１９４４ ， （ ）
化实验为证明 是遗传物质作出了重要贡献 也可以说是基
因植物疫苗直接用于口服。 胡萝卜种植广泛，易于组织培养和转化， ＤＮＡ ，
因工程的先导 如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供
且可以生食，是生产口服疫苗理想的“生物反应器”。 因此以胡萝卜 ，
为转化受体，研究
ＦＭＤＶ
的ＶＰ１基因在转基因胡萝卜中的表达情况， 了启示
，
那么获得的启示是什么
？
为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供了一条新途径。 提示 证明了生物的遗传物质是 也证明了 可
【 】 ＤＮＡ， ＤＮＡ
以在同种生物的不同个体之间转移
。
年 伯格首先在体外进行了 改造的研究 成
问题探究 构建基因表达载体的目的是什么 （２）１９７２ ， ＤＮＡ ，
（１） ？ 功构建了第一个体外重组 分子 如果说他的工作为基因工
将ＶＰ１基因转入胡萝卜细胞可通过农杆菌转化法 其原 ＤＮＡ ，
（２） ， 程理论的建立提供了启示 那么获得的启示是什么
理是什么 ， ？
？ 提示 两种不同生物的 在体外可以连接到一起并
一般来说 切割目的基因或运载体为何使用两种不同的 【 】 ＤＮＡ
（３） ， 具有生物学功能
限制酶 。
？
