第三章：遺傳與基因工程
第三節(jié).基因表達(dá)的調(diào)控 第四節(jié).基因工程簡介
【重點(diǎn)與難點(diǎn)】
重點(diǎn)：原核生物基因表達(dá)調(diào)控的原理，基因操作的工具和基本步驟。
難點(diǎn)：原核生物基因表達(dá)調(diào)控的原理，限制酶和運(yùn)載體的作用及基因操作的基本步驟。
【延伸與拓展】
第三節(jié)：基因表達(dá)的調(diào)控
生物體的每一個細(xì)胞中都含有本物種的一整套基因，因此，多細(xì)胞生物體的每個細(xì)胞都具有能夠?qū)⑺哂械拿總�基因都表達(dá)出來、并且發(fā)育成一個完整的生物體的潛能，這就是細(xì)胞的全能性。但生物細(xì)胞內(nèi)的一整套基因并不是同時都在表達(dá)，這是因?yàn)椋诩?xì)胞內(nèi)存在著對基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，基因能夠有序地表達(dá)。
一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將大腸桿菌接種到無葡萄糖而只有乳糖培養(yǎng)基中，大腸桿菌就會合成并分泌出大量的“半乳糖苷酶”，這種酶可以將培養(yǎng)基中的乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，從而加以利用。如果將大腸桿菌生活環(huán)境中的乳糖除去，半乳糖苷酶的合成就立即停止。
結(jié)果分析：大腸桿菌這種原核生物是否能夠合成半乳糖苷酶，取決于周圍環(huán)境中有無乳糖。而半乳糖苷酶的合成是受特定的基因??半乳糖苷酶基因來控制的。因此，乳糖誘導(dǎo)了半乳糖苷酶基因的表達(dá)，從而合成了分解乳糖的半乳糖苷酶。那么，這個調(diào)控過程到底是怎樣的呢？
基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)理：在大腸桿菌的DNA分子上，與乳糖代謝有關(guān)的脫氧核苷酸序列及功能如教材P53圖3－12，其調(diào)控流程如下：
通過大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控過程，可以看出其對環(huán)境的適應(yīng)性，這一適應(yīng)性又稱應(yīng)激性，是生物在長期的進(jìn)化過程中形成的，由遺傳物質(zhì)決定的。
二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控
真核生物基因的核苷酸序列也分為調(diào)控基因和結(jié)構(gòu)基因，這一點(diǎn)是與原核生物相似的，真核生物基因的表達(dá)過程亦與原核生物有許多點(diǎn)，但也有區(qū)別：
原核生物的基因表達(dá)過程為：
真核生物的基因表達(dá)過程為：
可以看出，兩者的不同點(diǎn)是：原核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA不需加工，直接翻譯蛋白質(zhì)，且邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；而真核生物由DNA轉(zhuǎn)錄的mRNA則需經(jīng)加工，形成成熟的mRNA才能翻譯成蛋白質(zhì)，且轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核中、翻譯在細(xì)胞質(zhì)中（核糖體內(nèi)），因而其轉(zhuǎn)錄和翻譯有時間與空間上的的分隔。
多細(xì)胞的真核生物在個體發(fā)育過程中，基因在各個細(xì)胞中不是均等地表達(dá)，而是有特異性地表達(dá)，從而引起細(xì)胞的分化，這是由于在多種因素的影響下、在不同的細(xì)胞中關(guān)閉或開啟某些基因所造成的。
第四節(jié)：基因工程簡介
一、基因工程的基本內(nèi)容
1.概念：基因工程又叫做基因工程技術(shù)或DNA重組技術(shù)，就是按照人類的要求，把一種生物的個別基因復(fù)制出來，加以修飾改造，然后導(dǎo)入另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。
2.基因操作的工具：基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，即對DNA分子進(jìn)行剪切和拼接其主要工具有：
（1）基因剪刀：限制性內(nèi)切酶，簡稱限制酶。這種酶主要存在于微生物中，由于每種限制酶能識別特定的核苷酸序列，因此，限制酶能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。
（2）基因針線：DNA連接酶，用它可以將兩個DNA分子的互補(bǔ)的堿基連接起來，同時還要將兩個DNA分子的“磷酸?脫氧核糖”連接起來。
（3）基因運(yùn)輸工具：運(yùn)載體，借助運(yùn)載體將外源的目標(biāo)基因送入受體細(xì)胞。作為運(yùn)載體要符合以下三個條件：第一，能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；第二，具有多個限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接；第三，具有標(biāo)記基因，便于篩選，質(zhì)粒、噬菌體及動植物病毒常被用作運(yùn)載體。
3. 基因操作的步驟：
�。�1）提取目的基因
（2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合
用同一種限制酶去切割質(zhì)粒和目的基因，加入DNA連接酶，形成重組DNA分子
�。�3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞
借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法來進(jìn)行。
�。�4）目的基因的檢測和表達(dá)
檢測：根據(jù)受體細(xì)胞是否具有某些標(biāo)記基因判斷。
表達(dá)：受體細(xì)胞表現(xiàn)出特定的性狀。
二、基因工程的成果與發(fā)展前景
1.基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生
生產(chǎn)基因工程藥品：如，將胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，來生產(chǎn)胰島素。
基因診斷與治療： 用帶同位素或熒光標(biāo)記的DNA做探針，利用DNA分子雜交原理檢測被測標(biāo)本的遺傳信息，來檢測病癥。
2.基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)
農(nóng)業(yè)： 獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良的農(nóng)作物，如：向日葵豆
培育抗逆性的作物品種，如：抗蟲棉
畜牧養(yǎng)殖業(yè)：改善動物的優(yōu)良品種，如：超級綿羊
食品工業(yè)： 開辟食物來源，如：用大腸桿菌或酵母來生產(chǎn)蛋白
3.基因工程與環(huán)境保護(hù)
環(huán)境監(jiān)測：用DNA探針檢測飲用水中的病毒含量
凈化環(huán)境：用假單孢桿菌分解石油
【例題精講】
例一． 在大腸桿菌的乳糖代謝中，若調(diào)節(jié)基因突變，造成阻抑物缺乏，與乳糖分解代謝有關(guān)的酶能合成嗎？為什么？若啟動子或操縱基因突變，結(jié)果如何？
解析：本題主要考查原核生物基因表達(dá)調(diào)控的知識。
當(dāng)阻抑物缺乏時，無論是否有乳糖，均不會阻抑RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，因此，結(jié)構(gòu)基因可以工作，合成與乳糖分解代謝有關(guān)的酶。
若啟動子發(fā)生突變，無論阻抑物是否與操縱基因結(jié)合，RNA聚合酶都不能與啟動子的結(jié)合，因此結(jié)構(gòu)基因無法工作，不能合成與乳糖分解代謝有關(guān)的酶。
若操縱基因突變，則阻抑物無法與之結(jié)合，因此，RNA聚合酶隨時可以與啟動子的結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因工作，合成與乳糖分解代謝有關(guān)的酶。
因此，本題的答案是：能；因阻抑物缺乏時，RNA聚合酶隨時可以與啟動子的結(jié)合，而使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄成mRNA，進(jìn)而翻譯成蛋白質(zhì)，即產(chǎn)生乳糖分解代謝有關(guān)的酶；啟動子發(fā)生突變，則不能合成與乳糖分解代謝有關(guān)的酶；若操縱基因突變，能產(chǎn)生與乳糖分解代謝有關(guān)的酶。
例二． 下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述，正確的是（ �。�
A.重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體
B.所有限制酶都只能識別同一種按規(guī)定的核苷酸序列
C.選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)胞繁殖快
D.只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)
解析：本題主要考查有關(guān)基因工程中有關(guān)操作工具、目的基因表達(dá)等知識
基因操作的工具有限制酶、連接酶；一種限制酶只能識別一種核苷酸序列，不同的限制酶識別的核苷酸序列不同；
運(yùn)載體是運(yùn)輸工具，目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，只有當(dāng)受體細(xì)胞表達(dá)出目標(biāo)性狀，才能說明成功實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)；導(dǎo)入受體細(xì)胞中的目的基因是為了表達(dá)、生產(chǎn)目的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的產(chǎn)物，因此，能夠快速繁殖是作為受體細(xì)胞的重要條件。
因此，本題的答案是：C。
【同步練習(xí)】
一、選擇題
1.DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯分別形成（ �。�
A.DNA、RNA、蛋白質(zhì) B.RNA、DNA、多肽
C.RNA、DNA、核糖體 D.RNA、DNA、蛋白質(zhì)
2.若基因中四種脫氧核苷酸的排列順序發(fā)生變化，那么這種變化不可能導(dǎo)致（ �。�
A.遺傳性狀的變化 B.遺傳信息的變化
C.遺傳密碼的變化 D.遺傳規(guī)律的變化
3.如果DNA分子的鏈中的A＋T/C＋G=a,那么由該DNA轉(zhuǎn)錄而成的RNA中A＋U/C＋G的比值為（ �。�
A.a B.1/ a C.1 D.（1－1/ a）
4.下列哪項(xiàng)是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特征（ ）
A.翻譯的模板是轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過加工的信使RNA B.轉(zhuǎn)錄完畢后便進(jìn)行翻譯
C.基因表達(dá)調(diào)控的結(jié)果是產(chǎn)生了細(xì)胞分化 D.轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進(jìn)行
5. 生物的每個細(xì)胞都含有一整套該物種的基因，對這些基因的表述正確的是（ ）
A.整套基因同時表達(dá) B.每種基因時時開啟著
C.可隨特定情況開啟或關(guān)閉某些基因 D.一旦開啟就不能關(guān)閉
6.在大腸桿菌體內(nèi)半乳糖苷酶的合成過程中，相關(guān)基因的作用順序是（ �。�
A.調(diào)節(jié)基因、結(jié)構(gòu)基因、操縱基因 B. 調(diào)節(jié)基因、操縱基因、結(jié)構(gòu)基因
C.結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因、操縱基因 D. 調(diào)節(jié)基因、操縱基因、啟動子、結(jié)構(gòu)基因
7.在真核生物的核糖體上，翻譯合成蛋白質(zhì)的模板信使RNA的來源是（ �。�
A.染色體上的DNA直接轉(zhuǎn)錄形成mRNA B.剪切掉內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分的mRNA
C.由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分拼接成的mRNA D.由外顯子直接轉(zhuǎn)錄形成的mRNA
8.實(shí)施基因工程的最終目的是（ �。�
A.定向提取生物體的DNA分子 B.定向地對DNA分子進(jìn)行人工剪切
C.在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造 D.定向地改造生物的遺傳性狀
9.下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常使用的用來運(yùn)載目的基因的運(yùn)載體
A.細(xì)菌質(zhì)�！ .噬菌體 C.動植物病毒 D.細(xì)菌核區(qū)的DNA
10.將牛的生長激素基因和人的生長激素基因，用顯微注射技術(shù)分別注入小鼠的受精卵中，從而獲得了“超級鼠”。此項(xiàng)技術(shù)遵循的原理是（ �。�
A.基因突變 DNA→RNA→蛋白質(zhì) B.基因工程 RNA→RNA→蛋白質(zhì)
C.細(xì)胞工程 DNA→RNA→蛋白質(zhì) D.基因工程 DNA→RNA→蛋白質(zhì)
11.應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達(dá)到檢測疾病的目的，這里的基因探針是指
A.用于檢測疾病的醫(yī)療器械 B.用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子
C.合成β－球蛋白的DNA D.合成苯丙羥化酶的DNA片斷
12.在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)的步驟是
A.人工合成目的基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合
C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.基因的檢測和表達(dá)
二．非選擇題
13.下圖是科學(xué)家根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出的一個真核生物的基因調(diào)控系統(tǒng)模型，仔細(xì)分析后回答下列問題：
（1）同原核生物大腸桿菌的基因表達(dá)機(jī)制相比較，圖中的整合基因相當(dāng)于原核生物的＿＿＿＿＿，其功能是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，感受器相當(dāng)于原核生物的＿＿＿＿＿＿＿＿，它的功能是＿＿＿＿＿。
（2）從圖中可看出：真核生物的基因調(diào)控信號來自體內(nèi)的＿＿＿＿＿＿＿＿，它和膜上的受體結(jié)合后，作用感受基因，從而激活整合基因，整合基因形成的產(chǎn)物可解除感受器對結(jié)構(gòu)基因的抑制，從而開始轉(zhuǎn)錄。
【練習(xí)答案】
1.A 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D
7.B 8.D 9.D 10.D 11.B 12.C
本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaosan/68405.html
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