为自己争气,为母校争光
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为自己争气,为母校争光. 选修三 现代生物科技专题. 专题一 基因工程. 为自己争气,为母校争光. 一、与 DNA 分子相关的几种酶及基因工程的其他工具 1. 与 DNA 分子相关的酶 (1) 几种酶的比较. 项目 种类. 限制酶. DNA 连接酶. DNA 聚合酶. 解旋酶. DNA 分子片段. 作用底物. DNA 分子. DNA 分子. 脱氧核苷酸. 作用部位. 磷酸二酯键. 磷酸二酯键. 磷酸二酯键. 碱基对间的氢键. 作用结果. 形成黏性末端或平末端. 形成重组 DNA 分子. 形成新的 DNA 分子.

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为自己争气,为母校争光

选修三 现代生物科技专题

专题一 基因工程


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为自己争气,为母校争光

一、与DNA分子相关的几种酶及基因工程的其他工具

1.与DNA分子相关的酶

(1)几种酶的比较

项目

种类

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

DNA分子片段

作用底物

DNA分子

DNA分子

脱氧核苷酸

作用部位

磷酸二酯键

磷酸二酯键

磷酸二酯键

碱基对间的氢键

作用结果

形成黏性末端或平末端

形成重组DNA分子

形成新的DNA分子

形成单链DNA分子


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为自己争气,为母校争光

(2)限制酶与DNA连接酶的关系


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1(2010·浙江卷,2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是()

A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸

B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体

C.将重组DNA分子导入烟草原生质体

D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

A


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例2:基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒,便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是—G↓GATCC一,限制酶II的识别序列和切点是一↓GATC一。根据图示,判断下列操作正确的是:

A.质粒用限制酶I切割,目的基因用限制酶II切割

B.质粒用限制酶II切割,目的基因用限制酶I切割

C.目的基因和质粒均用限制酶I切割

D.目的基因和质粒均用限制酶II切割

A


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为自己争气,为母校争光

2.载体

(1)种类

①质粒:一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,能够自我复制的很小的双链环状DNA分子。

②λ噬菌体的衍生物。

③动植物病毒。

(2)作用

①作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞内。

②利用它在宿主细胞内复制,对目的基因进行大量复制。


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为自己争气,为母校争光

(3)具备的条件

①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。

②有多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接。

③具有特殊的标记基因,以便进行筛选。


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例3.(2011.江苏高考)用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒,得到的DNA片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对),请在答题卡的指定位置画出质粒上EcoRV、Mbol的切割位点。


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例4.(2010·安徽池州调研)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A,也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是( )

C

A.将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法

B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上,能生长的只是导入了重组质粒的细菌

C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上,能生长的就是导入了质粒A的细菌

D.目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长


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例5.(2011·山东济南一模)下列关于基因工程的叙述,错误的是( )

A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物

B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶

C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性

D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达

D


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二、基因工程基本操作程序

1.目的基因的获取途径

(1)直接分离:从自然界已有的物种中分离,如从基因库中获取。

(2)人工合成目的基因

常用的方法有:

①已知核苷酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。

②以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。


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2.基因表达载体的构建(基因工程的核心)

P180 例2


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3.将目的基因导入受体细胞

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

农杆菌转化法

显微注射技术

Ca2+处理法

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的DNA 表达

将含有目的基因的表达载体提纯 取卵(受精卵) 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动物

Ca2+处理细胞感受态细胞 重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子


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4.目的基因的检测与鉴定

(1)分子水平检测

①导入检测:DNA分子杂交技术,即使用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针检测。

转录检测:分子杂交法,即目的基因作探

针与mRNA杂交

翻译检测:抗原—抗体杂交法

②表达检测

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例6(2011.天津模拟)用于判断目的基因是否转移成功的方法中,不属于分子检测的是( )

A

A.通过害虫吃棉叶看其是否死亡

B.转基因生物基因组DNA与DNA探针能否形成杂交带

C.转基因生物中提取的mRNA与DNA探针是否能形成杂交带

D.转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带


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综合练习

1、(2011.海南高考)(15分)

回答有关基因工程的问题:

(1) 构建基因工程表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生粘性末端,也可能产生_____末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接,则应选择能使二者产生_____(相同,不同)粘性末端的限制酶。

(2) 利用大肠杆菌生产人胰岛素时,构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等,其中启动子的作用是_____。

相同

RNA聚合酶识别和结合的部位


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在用表达载体转化大肠杆菌时,常用_____处理大肠杆菌,以利于表达载体进入:为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA,可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交,该杂交技术称为________________。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成________,常用抗原-抗体杂交技术。

(3) 如果要将某目的基因通过农杆菌传话法导入植物细胞,先要将目睹基因插入农杆菌Ti质粒的__________中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_________上。

Ca2+

分子杂交技术

蛋白质

T—DNA

染色体DNA


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2 (2010·天津理综)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因,ampR表示氨苄青霉素抗性基因,BamH Ⅰ、Hind Ⅲ、Sma Ⅰ直线所示为三种限制酶的酶切位点。

.


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据图回答:

(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用___________限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含___________的培养基上进行。

(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是___________(填字母代号)。

A.启动子 B.tetR

C.复制原点 D.ampR

Hind Ⅲ和BamHⅠ

氨苄青霉素

A


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C

(3)过程①可采用的操作方法是_______(填字母代号)。

A.农杆菌转化 B.大肠杆菌转化

C.显微注射 D.细胞融合

(4)过程②采用的生物技术是___________。

(5)对早期胚胎进行切割,经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的___________性。

胚胎移植技术

全能


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C

(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用_______(填字母代号)技术。

A.核酸分子杂交 B.基因序列分析

C.抗原—抗体杂交 D.PCR


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三、基因工程的应用

(1)乳腺生物反应器与微生物生产的比较

类型

项目

乳腺生物反应器

微生物生产

基因结构

动物基因结构与人类基因结构相同

与人类基因结构不同

基因表达

与天然蛋白质活性没有区别

由于缺少内质网、高尔基体等细胞器,产物可能不具有生物活性

产物提取

从乳汁中较易分离提取

从细胞中提取,较为复杂

生产设备

畜牧业生产,加提取设备

工业生产,设备精良

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乳腺生物反应器受生物性别的限制,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。


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(2)基因治疗

项目

类型

外源基因类型及举例

过程

特点

成果举例

体外基因治疗

腺苷酸脱氨酶基因

①从病人体内获得某种细胞

②细胞培养

③体外完成基因转移

④筛选并扩增培养

⑤重新输入患者体内

操作复杂,但成功率高

治疗复合型免疫缺陷症

体内基因治疗

治疗遗传性囊性纤维化病的基因

外源基因 载体携带

体内相应组织细胞

操作简单,成功率低

治疗遗传性囊性纤维化病

转移


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走进高考3(2006·全国Ⅰ理综)采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵,培育出了转基因羊。但是,人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关的叙述,正确的是( )

A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目,等于凝血因子氨基酸数目的3倍

B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵

C.在该转基因羊中,人凝血因子基因存在于乳腺细胞,而不存在于其他体细胞中

D.人凝血因子基因开始转录后,DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA

B


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五、蛋白质工程与基因工程的比较

项目

区别与

联系

蛋白质工程

基因工程

区别

过程

预期蛋白质功能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

获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定

实质

定向改造或生产人类所需的蛋白质

定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品

结果

可生产自然界没有的蛋白质

只能生产自然界已有的蛋白质

联系

(1)蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出的第二代基因工程

(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造


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走进高考4(2009·广东生物)饲料原料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中,猪、禽等动物由于缺乏有关酶,无法有效利用植酸,造成磷源浪费,而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染。植酸酶能催化植酸水解成肌醇和磷酸,因此成为目前重要的饮料添加剂之一。

(1)饲料加工过程温度较高,要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时,首先必须了解植酸酶的___________,然后改变植酸酶的________,从而得到新的植酸酶。

氨基酸序列

空间结构


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(2)培育转植酸酶基因的大豆,可提高其作为饲料磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是_________。请简述获得转基因植株的完整过程:___________。

(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率,科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过___________转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过___________方法,从而一次得到多个转基因猪个体。

农杆菌介导的转化法

外源植酸酶基因

大豆细胞大豆植株再生鉴定

显微注射法

胚胎分割移植


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