搜索
☆选修3现代生物科技专题☆专题1基因工程•一、基因工程的工具及其操作程序•1．基因工程的基本工具作用作用部位限制酶DNA连接酶载体切割目的基因和载体连接DNA片段，形成重组DNA携带目的基因进入受体细胞核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键限制酶DNA连接酶载体作用特点(条件)常用类型学.科.网zxxk.(1)识别特定的核苷酸序列(2)在特定位点上切割(1)E·coliDNA连接酶只连接黏性末端(2)T4DNA连接酶连接黏性末端和平末端(1)能在宿主细胞内稳定存在并大量复制(2)有多个限制酶切割位点(3)具有特殊的标记基因EcoRⅠ限制酶SmaⅠ限制酶E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶质粒、噬菌体、动植物病毒1.限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。2.DNA连接酶起作用时不需要模板。2.载体(1)作用①将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)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。③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。【例1】(2010·江苏高考·T27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________。(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止________。限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC0,2高SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________________酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了________。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在________________________的培养基因培养，以完成目的基因表达的初步检测。限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCCDNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞蔗糖为唯一含碳营养物质1.获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。2.获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。3.限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测和筛选。学.科.网zxxk.•2.基因工程的基本操作程序•(1)目的基因的获取•①从基因文库中获取目的基因•优点：有了基因文库，就可以随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定•②人工合成目的基因•③利用PCR技术扩增目的基因•a．PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。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。•b．目的：通过指数式扩增获取大量的目的基因。•(2)基因表达载体的构建学.科.网zxxk.•①目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。•(2)基因表达载体的构建方法•(1)一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，需要对某些天然的载体进行人工改造。•(2)插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位之前需有启动子，之后需有终止子。•1．(2009年潍坊模拟)质粒作为“分子运输车”的条件是()•①能够自我复制②双链环状DNA分子③有多个限制酶切点④有标记基因⑤真核细胞中没有•A．①②③④⑤B．①②③④•C．①③④D．②③⑤•【答案】C•2．(2009年南通调研)下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是()•A．需要限制酶和DNA连接酶•B．必须在细胞内进行•C．抗生素抗性基因可作为标记基因•D．启动子位于目的基因的首端•【答案】B•(3)将目的基因导入受体细胞•①目的：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受体细胞种类不同，导入方法不同。受体细胞种类方法植物细胞①农杆菌转化法：目的基因插入Ti质粒的T－DNA→转入农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达②基因枪法③花粉管通道法受体细胞种类方法动物细胞显微注射法：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→新性状动物微生物细胞Ca2＋处理受体细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→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相同。•a．植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整植株)。•b．动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到严格限制)。•④转化实质：目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。基因工程中受体细胞的选择基因工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。(1)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。(2)培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养，即可获得转基因植株。(3)若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获得大量产品。•(4)目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测导入检测目的基因是否插入受体细胞染色体的DNA上表达检测目的基因是否转录出mRNA目的基因是否翻译出蛋白质DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间)蛋白质分子杂交(抗原和抗体之间)是否成功显示出杂交带同上同上个体生物学水平的鉴定①抗虫或抗病的接种实验②基因工程产品与天然产品活性的比较【例2】(2009·福建高考·T32)转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四种限制酶切割位点。请回答：(1)构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶__________________，对_________________进行切割。(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有______________，作为标记基因。PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA、质粒抗卡那霉素基因1.使用限制酶切割目的基因和质粒时，既要保证形成相同黏性末端，又要考虑保证目的基因和质粒中的标记基因的完整性。2.标记基因是鉴别受体细胞中是否含目的基因的依据。利用质粒作载体时往往利用其上的某抗性基因作标记基因，又可利用其抗性在适当的选择培养基上选择培养。2.如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：(1)写出b过程的表达式________________________。(2)人工合成目的基因的方法有①________；②________。(3)将目的基因和载体(质粒)结合的工具酶有________酶和________酶。(4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的________中，导入基因成功表达的标志是________。【答案】(1)Bt基因mRNA原毒素(晶体蛋白)(2)①反转录法②化学合成法(3)限制性核酸内切DNA连接(4)受精卵动物乳汁中含此种抗体•二、基因工程的应用成果及蛋白质工程•1．基因工程的应用成果•(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，加工提取设备工业生产，设备精良•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。•(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•基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。•2．蛋白质工程•(1)概念：是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。•(2)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→找到对应的脱氧核苷酸序列。•(3)蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到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生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界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。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•蛋白质工程的实施步骤(蛋白质工程的实质即“中心法则”的逆推：•3．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：•(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是______________。•(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入____________________中，原因是_____________________________________。显微注射技术受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达•(3)通常采用__________________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。•(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。•(5)为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的________转入________细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为________。DNA分子杂交(核酸探针)膀胱上皮细胞核去核的卵核移植(或克隆)•4．(2010年南京调研)下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()•A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作•B．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子•C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的•D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的•【答案】B(2009年高考浙江理综卷)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