课程信息

 

【本讲教育信息】

一、教学内容

暑期复习之一——基因工程

 

二、良好开端

本节重点：基因工程的基本工具及其作用，基因工程的四个基本操作步骤，蛋白质工程

本节难点：基因工程的基本工具，基因工程的基本操作程序，蛋白质工程与基因工程的联系和区别

 

三、成功之旅

【知识点1】基因工程的概念及基因工程的基本工具

（一）基因工程的概念——是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫DNA重组技术。

基因工程的别名

基因拼接技术或DNA重组技术

操作环境

生物体外

操作对象

基因

操作水平

DNA分子水平

基本过程

剪切→拼接→导入→表达

结果

人类需要的基因产物

应用：①基因工程是在DNA分子水平上对生物进行定向改变，赋予其新的遗传特性，打破了不同物种间的生殖隔离；②基因工程引发的生物变异类型为基因重组。

 

（二）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

1、主要来源：从原核生物中分离出来的。在原核生物体内，这类酶能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内进行的，故名限制性核酸内切酶（简称限制酶）。限制酶是基因工程中重要的切割工具。科学家已经从近300种原核生物中分离出了约4000种限制酶。

2、特点：具有专一性，识别双链DNA特定的核苷酸序列，切割特定的部位。并且特定的序列通常表现为中心对称。大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如，EcoRI、SmaI限制酶的识别序列均为6个核苷酸序列，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。

3、作用：断裂特定部位两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

4、产物：用限制性核酸内切酶切割形成的末端有两种：即黏性末端和平末端。

①黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的。

②平末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的。

 

（三）DNA连接酶——“分子缝合针”

1、作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。

2、种类

⑴ E·coliDNA连接酶：只能缝合双链DNA片段互补的黏性末端，而不能将双链DNA平末端进行连接。

⑵T4 DNA连接酶：既可缝合DNA片段互补的黏性末端，又可缝合双链DNA片段的平末端。但连接平末端之间的效率比较低。

3、DNA连接酶和DNA聚合酶的比较

 

DNA连接酶

DNA聚合酶

连接DNA链

双链

单链

连接部位

在两DNA片段之间形成磷酸二酯键

将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3’端的羟基上，形成磷酸二酯键

 

（四）基因的载体——“分子运输车”

1、载体的作用：载体是基因运输的工具，在基因操作过程中，使用载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

2、载体必须具备的条件

①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；

②有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接；

③具有某些标记基因，以便进行筛选。

3、载体的种类

目前，基因工程经常使用的载体主要有以下几类：

⑴ 细菌的质粒：它是最常用的载体。

质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外的，具有自我复制能力的双链环状DNA分子（一般有1—200kb，kb为千碱基对）。有的细菌只有一个，有的细菌有多个。

质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中；携带DNA片段的质粒进入受体细胞后，停留在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；质粒DNA分子上有特殊的遗传标记基因，如抗四环素、氨苄青霉素等标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

⑵噬菌体

⑶动植物病毒

它们来源不同，在大小、结构、复制以及插入片段大小上也有很大差别。这些基因工程载体，就相当于一种运输工具，因此将它们比喻为“分子运输车”。

例题1. 下列关于基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是

A. 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

B. 限制性核酸内切酶的活性受温度影响

C. 限制性核酸内切酶能识别和切割RNA

D. 限制性核酸内切酶可以从原核生物中提取

解析：限制性核酸内切酶又称限制酶，是切割DNA的工具，这类酶主要是从原核生物中分离纯化所得，其活性的大小受温度的影响，它们能够识别双链DNA分子中的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

答案：C

 

【知识点2】基因工程的基本操作程序

（一）获取目的基因是基因工程的第一步——目的基因的获取。

1. 目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的结构基因。

2. 获取目的基因的方法

（1）从基因文库中获取目的基因

①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

②种类

③目的基因的获取

根据基因的有关信息：基因的脱氧核苷酸序列、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的翻译产物蛋白质等特性获取目的基因。

优点：有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。

（2）人工合成法：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用化学方法人工合成。

①反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。

②人工合成：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。

（3）利用PCR技术扩增目的基因。

①PCR：PCR是聚合酶链式反应的缩写。这项技术是由穆里斯等人于1988年发明的，为此，穆里斯于1993年获得了诺贝尔化学奖。PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以获取大量的目的基因。PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。

②目的：获取大量的目的基因。

③原理：DNA复制。

④条件：已知目的基因的核苷酸序列即模板DNA、RNA引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）、离子。

⑤方法：DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。

⑥特点：指数扩增=2n（n为扩增循环的次数）

⑦过程：主要包括变性、复性、延伸、重复四个过程。

步骤名称

需要的温度

过程

第一步

变性

90～95℃

将反应体系（包括双链模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸以及酶促反应所需要的离子等）加热至90～95℃，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补链聚合反应的模板。

第二步

复性

55～60℃

将反应体系降温至55～60℃，使两种引物分别与模板DNA链3＇'端的互补序列互补配对，这个过程称为复性。

第三步

延伸合成

70～75℃

将反应体系升温至70～75℃，在耐高温的DNA聚合酶的催化作用下，将与模板互补的单个核苷酸加到引物所提供的3＇-OH上，使DNA链延伸，产生一条与模板链互补的DNA链。

上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。

 

（二）基因表达载体的构建

基因表达载体的构建是基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

1. 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。

2. 表达载体的组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因等。

①启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA 聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录产生mRNA。

②终止子：位于基因的尾端，终止DNA的转录。它就相当于一盏红色信号灯，使转录在需要的地方停下来。

③标记基因：它的作用是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，如抗生素基因就可以作为这种基因。

基因表达载体模式图

3、构建步骤

①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口。

②用同种限制酶切割目的基因，产生相同的黏性末端。

③将切下的目的基因片段，插入质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。

不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差别。

 

（三）将目的基因导入受体细胞

1、转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2、方法：受体种类不同，导入的方法不同。

（1）将目的基因导入植物细胞

Ⅰ、农杆菌转化法

①农杆菌特点：是一种在土壤中生活的微生物，易感染双子叶植物和裸子植物，对单子叶植物没有感染力；当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌的Ti质粒上的T—DNA（可转移的DNA）可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。

②转化的过程：目的基因插入Ti质粒的T—DNA农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

由于这种方法比较经济和有效，迄今为止，约80%的转基因植物都是通过这种方法获得的。

Ⅱ、基因枪法（又称微弹轰击法）：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。

Ⅲ、花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）

（2）将目的基因导入动物细胞

①方法：显微注射 技术。

②操作程序：目的基因表达载体提纯 →取卵（受精卵） →显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到雌性 动物的输卵管或子宫内发育→新性状动物。

（3）将目的基因导入微生物细胞

①原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。因此早期的基因工程操作都用原核生物作为受体细胞，其中大肠杆菌应用最为广泛。

②转化：用Ca离子处理细胞→  感受态细胞（能吸收周围环境中DNA分子的生理状态）→表达载体与感受态细胞混合→在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子。

3、受体生物不同，所用的受体细胞种类也不同。

（1）植物：可以是卵细胞（受精卵）、体细胞（可经组织培养成为完整个体）。

（2）动物：受精卵（因为体细胞的全能性受到限制）。

4、转化实质：目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

 

（四）目的基因的检测与鉴定

目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作，也是检查基因工程是否成功的一步。

1、导入检测：DNA分子杂交法（使用DNA探针）检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA的一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交显示带。

2、表达检测

（1）转录检测：分子杂交法检测目的基因是否转录出了m RNA ，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA的一条链（作探针）与受体细胞中提取的m RNA杂交，看是否有杂交显示带。

（2）翻译检测：抗原——抗体杂交（免疫）法，检测目的基因是否翻译成蛋白质。提取蛋白质用相应的抗体进行抗体——抗原杂交，看是否有杂交显示带。

3. 鉴定：个体生物学水平鉴定，如抗虫或抗病鉴定等自然鉴定。根据其性状进行鉴定，如作物抗性等。

例题2. 目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。下列是对基因工程有关检测结果的分析，正确的是

A. 只要检测到受体细胞中含有标记基因，则表明目的基因导入了受体细胞

B. 只要检测到受体细胞含有目的基因，则表明基因工程的任务完成了

C. 只要检测到受体细胞中含有目的基因转录产生mRNA，则表明基因工程的目标实现了

D. 只要检测到受体细胞中含有所需要的蛋白质产品，则表明目的基因完成了表达过程

解析：标记基因在载体上，如果只导入了载体，而未导入重组DNA，也可检测到标记基因的存在。基因工程是否成功，要以目的基因是否能在受体细胞中最终表达出所需蛋白质为判断依据。

答案：D

 

【知识点3】基因工程的应用及蛋白质工程的崛起

（一）植物基因工程成果

植物基因工程技术主要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），以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

1. 抗虫转基因植物

杀虫基因：主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。例如，我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。

优点：减小生产成本，减少环境污染。

2. 抗病转基因植物

植物像人一样也会生病。引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。

3. 其他抗逆转基因植物：

环境条件对农作物的生产会造成很大影响。例如，盐碱、干旱、低温、涝害等不利的环境条件，是造成低产、减产的常见因素。目前全球的盐碱和干旱地区分别占陆地面积的1/3，还有许多地区属于高寒地区。这些不利的环境条件也会对农业生产造成影响。由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压的调节有关，目前科学家们正在利用一些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱能力，这在烟草等植物中已获得了比较明显的成果。科学家们还研究开发出了一批耐寒作物，使它们在寒冷的环境条件下也能良好地生长。例如，将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，抗除草剂基因导入大豆、玉米等作物中，喷洒除草剂时，就能杀死田间杂草而不损伤作物。

①抗逆基因：调节渗透压的基因（使植物细胞渗透压升高以适应盐碱或干旱环境）、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因。

②优点：以提高植物对环境适应能力。

4. 利用转基因改良植物的品质

举例：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高植物的氨基酸含量。例如，我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米中，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照组提高了30%。

 

（二）动物基因工程成果

1. 用于提高动物生长速度（生长激素基因）：如将外源生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊的生长速率比一般的绵羊提高30%，体型增大50%；将外源生长激素基因导入鲤鱼体内，9个月后有的转基因鲤鱼比对照组重1.5kg。

2. 用于改善畜产品的品质：例如有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家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在其他营养成分不受影响的情况下，乳糖的含量大大降低。

3. 用转基因动物生产药物（“乳腺生物反应器”或“乳房生物反应器”）

目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和阿尔法抗胰蛋白酶等重要医药产品。

优点：产量高；质量好；成本低；易提取。

缺点：只能是雌性个体在泌乳期时才行。

提示：①乳腺蛋白基因的启动子是一种特异性表达的启动子；受体细胞为受精卵。

②有些可以导入膀胱壁细胞，从尿液中提取。

4. 用转基因动物作器官移植的供体

原理：使移植的器官没有抗原，就不会发生免疫排斥反应

方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。

5. 基因工程药品

方法：利用转基因工程菌（用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。）生产药物。

 

（三）基因诊断：DNA分子杂交法（即DNA探针法）。

1. 原理：该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单链的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。

2. 方法、步骤：抽取病人的组织或体液作为化验样品；将样品中的DNA分离出来；用化学法或热处理法使样品中的DNA解旋；将事先制作好的DNA探针引入到化验样品中。这些已知的经过标记的探针能够在化验样品中找到互补链，并与之结合（杂交）在一起，找不到互补链的DNA探针，则可以被洗脱。这样通过遗留在样品中的标记过的DNA探针进行基因分析，就能检出病人所得的病。

 

（四）基因治疗

1. 概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。

2. 种类：体外基因治疗和体内基因治疗。体外基因治疗效果较为可靠。

3. 原理：遗传病患者一般缺少正常基因，所以导入正常基因后，使其表达，即可对病情起到缓解作用。

4. 举例：1990年9月，美国对一名患有严重复合型免疫缺陷症的4岁女童，实施了基因治疗。但基因治疗目前的现状是仅处于初期的临床试验阶段。

提示：受体细胞一般为体细胞而不是受精卵，基因治疗后只有一部分细胞含有正常基因。基因治疗没有影响原有基因，所以细胞中两种基因同时存在。

5. 用于基因治疗的基因种类：从健康人体分离得到正常的基因、反义基因、编码可以杀死癌细胞的蛋白酶基因等。

 

（五）蛋白质工程

1. 概念：以蛋白质分子的结构规律以及生物功能的关系作为基础，通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因进行改造，或制造一种新的蛋白质，满足人类的生产和生活的需求。

2. 蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。

3. 基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构。因此又称为第二代基因工程。

4. 基本途径：从预期的蛋白质功能出发，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）。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）

5. 设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。

6. 蛋白质工程的步骤

蛋白质工程流程图

7. 蛋白质工程与基因工程的比较

项目

蛋白质工程

基因工程

 

 

区

 

别

 

过程

预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质

获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

 

实质

定向改造或生产人类所需要的蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的生物类型或生物产品（基因的异体表达）

结果

生产自然界没有的蛋白质

生产自然界中已有的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现

8. 蛋白质工程的进展和前景

（1）蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。

例如，科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。

（2）蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多。

主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。

我们相信，随着科学技术的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福音！

 

例题3. 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。如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）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. 蛋白质工程能生产自然界中不曾存在的新型蛋白质分子

D. 蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程

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，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。

（2）合成的目的基因应与载体构建基因表达载体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，形成目的基因，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）由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。

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）B

 

四. 考点分析

基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一，基因诊断、基因治疗、基因产品在人们生活中的出现日渐频繁，对人们的影响也日渐增大，是社会关注的焦点和热点。本部分内容还可与胚胎工程、微生物培养、克隆技术、组织培养等知识综合考查学生解决实际问题的能力。考查内容：基因工程要用到的工具、基因工程的操作过程等。考查形式：主要以非选择题形式进行考查，难度较大。

 

五. 小结

（一）基因工程的操作工具

1、限制性内切酶 ：来源、功能、作用特点

（二）基因工程的操作过程

1、目的基因的获取　　　   

2、基因表达载体的构建 （基因工程的核心）  

基因表达载体的组成：                                  

3、将目的基因导入受体细胞         

4、目的基因的检测和鉴定

 

（三）基因工程的应用：转基因植物、转基因动物、基因工程药物、基因诊断和基因治疗。

 

（四）蛋白质工程 

 

【模拟试题】（答题时间：80分钟）

一、选择题

1、关于限制酶的说法中，正确的是（    ）

A. 限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序列

B. EcoRI切割的是G—A之间的氢键

C. 限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNA

D. 限制酶只存在于原核生物中

2、DNA连接酶催化的反应是（  ）

A. DNA复制时母链与子链之间形成氢键           B. 黏性末端碱基之间形成氢键

C. 两个DNA片段黏性末端之间的缝隙的连接     D. A、B、C都不正确

3、作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件及理由是（  ）

A. 能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因

B. 具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达

C 具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件

D. 能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选

4、质粒是基因工程最常见的载体，它的主要特点是（  ）

①能自主复制       ②不能自主复制    ③结构很小    ④是蛋白质    ⑤是环状RNA     

⑥是环状DNA      ⑦能“友好”地“借居”

A. ①③⑤⑦      B. ②④⑥          C. ①③⑥⑦      D. ②③⑥⑦

5、在受体细胞中能检测出目的基因是因为（    ）

A. 目的基因上有标记               B. 质粒具有某些标记基因

C. 重组质粒能够复制                       D. 以上都不正确

6、关于质粒的叙述正确的是（  ）

A. 质粒是能够自我复制的环状DNA分子      B. 质粒是唯一的载体

C. 重组质粒是目的基因                    D. 质粒可在宿主外单独复制

7、基因工程中可用作载体的是（    ）

①质粒    ②噬菌体       ③病毒    ④动物细胞核

A. ①②③          B. ①②④          C. ②③④          D. ①③④

8、下列关于基因工程中所选用的质粒的说法，错误的是（  ）

A. 不能没有标记基因                   B. 是小型链状的DNA分子

C. 能够自我复制                          D. 可与目的基因重组

*9、下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是（  ）

A. ①②             B. ①③             C. ①④                   D. ②③

10、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（  ）

（1）限制酶（2）连接酶（3）解旋酶（4）还原酶

A. （1）（2）（3）       B.（1）（2）（4） C.（1）（2）        D.（1）（3）

11、下列属于获取目的基因的方法的是（    ）

①利用mRNA反转录形成             ②从基因组文库中提取

③从受体细胞中提取                   ④利用PCR技术 

⑤利用DNA转录                          ⑥人工合成

A. ①②③⑤       B. ①②⑤⑥       C. ①②③④  D. ①②④⑥

12、不属于目的基因与运载体结合过程的是（    ）

A. 用一定的限制酶切割质粒，露出黏性末端

B. 用同种限制酶切割目的基因，露出黏性末端

C. 将切下的目的基因插入到质粒的切口处

D. 将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增

13、分辨基因工程是否成功是通过（    ）

A. 提取目的基因                    B. 基因表达载体的构建

C. 目的基因导入受体细胞            D. 目的基因的检测与鉴定

14. 下列不属于获取目的基因的方法的是（    ）

A. 利用DNA连接酶复制目的基因   B. 利用DNA聚合酶复制目的基因

C. 从基因文库中获取目的基因            D. 利用PCR技术扩增目的基因

15. 下列哪项不是基因表达载体的组成部分（    ）

A. 启动子          B. 终止密码        C. 标记基因       D. 目的基因

16. 在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的（    ）

①同一种限制酶切割两者；②不需同一种限制酶切割两者；③加入适量的DNA连接酶；④不需加DNA连接酶

A. ①③             B. ①④              C. ②④             D. ②③

17. 下列说法中正确的是（    ）

A. 基因表达载体的构建方法是一致的

B. 标记基因也叫做抗生素基因

C. 显微注射技术是最为有效的一种将目的基因导入植物细胞的方法

D. 大肠杆菌是常用的微生物受体

18、下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法（    ）

A. 基因枪法        B. 显微注射法      C. 农杆菌转化法        D. 花粉管通道法

19. 基因工程中常用的受体细胞不包括（    ）

A. 人体细胞      B. 动物细胞        C. 植物细胞       D. 微生物细胞

*20. 基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞。下列不属于这样做的原因的是（    ）

A. 结构简单，多为单细胞               B. 繁殖速度快     

C. 遗传物质含量少                        D. 性状稳定，变异少

*21. 要检测目的基因是否成功地插入到受体DNA中，需要用基因探针，基因探针是指（    ）

A. 用于检测疾病的医疗器械

B. 用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子

C. 合成一球蛋白的DNA

D. 合成苯丙羟化酶的DNA片段

22. 基因工程的正确操作步骤是（    ）

①构建基因表达载体                                            ②将目的基因导入受体细胞      

③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求       ④获取目的基因

A. ③②④①    B. ②④①③             C. ④①②③    D. ③④①②

*23. 下列有关基因工程技术的叙述，正确的是（    ）

A. 重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和基因进入受体细胞的载体

B. 所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列

C. 选用细菌作为重组质粒的受体细胞主要是因为细菌繁殖快、遗传物质少

D. 只要目的基因进入受体细胞就能成功实现表达

24. 基因工程中不会出现（    ）

A. DNA连接酶将黏性末端的碱基连接起来

B. 限制性内切酶可用于目的基因的获取

C. 目的基因必须有载体导入受体细胞

D. 人工合成目的基因不用限制性核酸内切酶

25、下列哪项不是基因工程技术（    ）

A. 基因转移      B. 基因扩增       C. 基因检测       D. 基因表达

 

二. 非选择题：

1、把目的基因与质粒DNA缝合时，中间的碱基对靠                     连接起来，而两链上的磷酸、脱氧核糖则在    的作用下连接起来。质粒是基因操作中经常用到的              。

2、基因工程又叫做                技术或                  技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工                和                     ，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。

3、治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物（如猪、牛）体内获得的。自20世纪70年代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如图所示：

（1）图中的质粒存在于细菌细胞中，从其分子结构看，可确定它是一种         。

（2）请根据碱基互补配对的原则判断，在连接酶的作用下，甲与乙能否拼接起来，并说明理由。

（3）细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成两个，两个变成四个……质粒的这种增加方式在遗传学上称为                  。目的基因通过表达后，能使细菌产生胰岛素，这是因为基因具有控制                  合成的功能。

4. 根据下列所给材料回答问题：

材料一    把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上，然后导入大肠杆菌内，产生出人的胰岛素。

材料二    把萤火虫的荧光基因转入烟草体内，培育带荧光的烟草。

材料三    有人把蜘蛛产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中，在羊分泌的乳汁中加入某种物质后，可抽出细丝，这种细丝可望用作手术的缝合线。

（1）上述生物新品种的产生运用了                技术。

（2）一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明基因是有___________效应的                   片段，具有一定的              性；同时可以说明各种生物共用一套                            。

（3）上述技术所用的工具酶有                                                   。

*（4）材料三中所说的缝合线与普通缝合线相比有何优点？                                                                                                                                                         。

（5）可遗传的变异分为三种：                、                  、                         ，而基因工程改变一个物种的基因属于                                。

（6）从上述所给的材料，不能得出下列哪一结论（    ）

A. 动植物之间可以相互转基因

B. 真核生物与原核生物之间可以相互转基因

C. 基因工程可以定向地改变生物的基因

D. 转基因生物的出现对生物的进化是有利的

5. 人体受病毒刺激后，可以产生干扰素，干扰素分为、、三类，1980年，生物学家成功破译了干扰素的全部遗传信息，并运用插入质粒的方法，用大肠杆菌生产得到的干扰素可以用于治疗肝炎和肿瘤，回答下列问题：

（1）上述材料中涉及的现代生物技术有                       。

（2）在利用大肠杆菌生产干扰素的过程中，目的基因是                          ，所用载体是              。表达载体的结构组成包括    ____       、    ____       、           _____、_       __    ___。

（3）目的基因在大肠杆菌中表达时，必须经过                   和                  过程。

【试题答案】

一. 选择题

题号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

答案

C

D

A

C

B

A

A

B

B

C

题号

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

答案

D

D

D

A

B

A

D

B

A

D

题号

21

22

23

24

25

 

 

 

 

 

答案

B

C

C

A

D

 

 

 

 

 

2. 分析：C还可能有平末端

 

二. 非选择题

1、氢键   DNA连接酶   载体 

2、基因拼接   DNA重组  剪切  拼接

3、（1）DNA分子  （2）能  二者具有相同的黏性末端  （3）DNA复制  蛋白质

4、（1）基因工程  （2）遗传  DNA  独立  密码子   （3）限制酶   DNA连接酶  

（4）可以被分解吸收，不用拆线    

（5）基因重组  基因突变   染色体变异  基因重组   （6）D

5、（1）基因工程、发酵工程  

（2）干扰素基因  质粒   目的基因  启动子   终止子  标记基因 

（3）转录  翻译