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第16讲基因工程和细胞工程知识联网 参考答案①DNA连接酶②基因表达载体的构建③将目的基因导入受体细胞④药物⑤基因⑥自然界中没有⑦全能性⑧体细胞杂交⑨细胞增殖⑩动物细胞核 化学法 抗原记一记1.基因工程操作程序中的“三、三、三、二、一”(1)常考必记的三种工具:限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体。(2)目的基因“三种获取方法”①从基因文库中获取(基因组文库、cDNA文库);②利用PCR技术扩增:其实质是在体外对目的基因进行大量复制。用PCR仪控制温度:变性(90~95℃)→复性(55~60℃)→延伸(70~75℃);③通过DNA合成仪用化学方法人工合成(用于核苷酸序列已知,且核苷酸数目较少的基因)、利用mRNA反转录法合成。(3)将目的基因导入受体细胞的“三种类型”①导入植物细胞——农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法);②导入动物细胞——显微注射法(导入受精卵);③导入微生物细胞——转化法。(4)目的基因检测与鉴定的“两个水平” (5)基因工程操作的“一个核心”——基因表达载体的构建。2.第二代基因工程——蛋白质工程(1)概念(2)基本流程预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(3)蛋白质工程中为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造?[提示]①蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;②改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。3.必记的植物细胞工程关键点(1)有关植物组织培养①植物组织培养的2个关键: ②植物激素的使用:细胞分裂素比例较高,促进芽分化,抑制根形成;生长素比例较高,促进根分化,抑制芽形成。③光照的使用:脱分化阶段不需要给予光照,再分化阶段需要给予光照,以利于叶绿素的形成。(2)植物体细胞杂交的关键①酶解法——用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。②促融剂——聚乙二醇。③杂种细胞的形成标志——新细胞壁的形成。④培养杂种植株的技术——植物组织培养。4.动物细胞工程高频考点(1)动物细胞培养的特殊条件①营养条件:加入动物血清、血浆等;通入氧气以满足代谢的需要;通入二氧化碳以维持培养液的pH。②胰蛋白酶的两次使用:首先用胰蛋白酶处理动物的器官或组织,以制备单细胞悬液;培养过程中发生接触抑制时,同样要用胰蛋白酶使细胞分散开。③避免杂菌污染的措施:培养液及培养用具灭菌处理,加入一定量的抗生素,定期更换培养液。(2)动物体细胞核移植技术的关键点①受体细胞:去核的卵母细胞。②用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因:营养丰富;体积大,易操作;含有刺激细胞核恢复分裂能力的物质。(3)制备单克隆抗体常考点①3种细胞特点不同a.B淋巴细胞:能分泌抗体,不能大量增殖。b.骨髓瘤细胞:能大量增殖,不能分泌抗体。c.杂交瘤细胞:既能分泌抗体,又能大量增殖。②2次筛选目的不同a.第1次:获得能分泌抗体的杂交细胞。b.第2次:获得能分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞。辨一辨()1.基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。(2015重庆理综,6A)()2.基因表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。(2015重庆理综,6B)()3.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来。(2015重庆理综,6C)()4.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。(2015重庆理综,6D)()5.PEG是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合。(2016江苏单科,9A)()6.用原生质体制备人工种子,要防止细胞破裂。(2016江苏单科,9B)()7.细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行。(2015江苏单科,3B)()8.乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养。(2015江苏单科,3A)()9.骨髓瘤细胞经免疫处理,可直接获得单克隆抗体。(2016江苏单科,9C)()10.核移植克隆的动物,其线粒体DNA来自供卵母体。(2016江苏单科,9D)答案1.✕2.✕3.√4.✕5.✕6.✕7.✕8.✕9.✕10.√总纲目录高频命题点1基因工程高频命题点2细胞工程高频命题点1基因工程新题速递1.(2017吉林长春二模,38)下图表示科学家培育耐寒生物的过程,请回答:cDNA文库 抗冻蛋白基因 更多抗冻蛋白基因 ② 受体细胞 耐寒生物(1)从cDNA文库中获取的目的基因(有/无)启动子。实现①过程常用技术,该技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便合成。(2)②表示,其中标记基因的作用是。(3)转基因技术是否成功,需要对受体细胞进行分子水平的检测,首先是用DNA分子杂交技术检测受体细胞染色体上的DNA上是否插入目的基因,这种方法需要遵循原则。(4)若要培育抗冻能力强的转基因羊,可将鱼的抗冻蛋白基因导入羊的中,培育该转基因羊的最后一道“工序”是胚胎工程的技术。答案(1)无PCR引物(2)基因表达载体鉴别受体细胞中是否含有目的基因(3)碱基互补配对(4)受精卵胚胎移植解析(1)用某种生物发育的某个时期的mRNA逆转录产生的多种互补DNA片段,与载体连接后储存在一个受体菌群中,这个受体菌群就叫这种生物的cDNA文库,启动子不能逆转录,由逆转录获得的cDNA中没有启动子。获得更多的目的基因的方法是PCR技术,该技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便合成引物。(2)②表示基因表达载体,其中标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因。(3)DNA分子杂交技术遵循碱基互补配对原则。(4)培养转基因动物时,受体细胞一般为受精卵,培育该转基因羊的最后一道“工序”是胚胎移植。2.(2017河北唐山期末,38)科学家通过利用PCR定点突变技术改造Ru-bisco酶基因,提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力,从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题:(1)PCR过程所依据的原理是,利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成;扩增过程需要加入酶。(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段,其作用是。目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质,说明整个生物界。PCR定点突变技术属于的范畴。(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。常用将基因表达载体导入植物细胞,还需用到植物细胞工程中的技术,来最终获得转基因植物。答案(1)DNA双链复制引物耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶识别和结合部位,可驱动基因转录出mRNA共用一套密码子蛋白质工程(3)农杆菌转化法植物组织培养解析(1)PCR依据的原理是DNA双链复制,在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物;扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合部位,可驱动基因转录出mRNA;因生物界共用一套遗传密码,所以目的基因可以在不同细胞内表达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞,借助于植物组织培养技术,获得转基因植物。整合突破1.限制酶及其切点分析(1)一个至多个限制酶切点:作为载体必须具有一个至多个限制酶切点,以便与外源基因连接。(2)每种酶一个切点:每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点,若载体上有一个以上的该酶切点,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区,则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点,则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段,又不会丢失自己的片段。2.PCR技术(1)原理:DNA复制,即:双链单链DNA DNA(2)PCR反应过程过程说明图解变性当温度上升到90℃以上时,双链DNA解聚为单链 复性温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合 延伸72℃左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5'端向3'端延伸 (3)结果: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。3.走出基因工程认识的6大易错点(1)使用限制酶的注意点①一般用同种限制酶切割载体和目的基因。②不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。(2)DNA连接酶≠DNA聚合酶:DNA连接酶连接两个DNA片段,而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。(3)限制酶≠DNA酶≠解旋酶:限制酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列,并使两条链在特定的位置断开;DNA酶可将DNA水解为其组成单位;解旋酶将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。(4)启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子①启动子: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、结合的部位。②终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。③起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。(5)农杆菌转化法原理:农杆菌易感染植物细胞,并将其Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。(6)界定基因治疗与基因诊断①基因治疗:将正常基因导入有基因缺陷的细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,以达到治疗的目的——其原理为“基因重组”及“基因表达”。②基因诊断:制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况——其原理为“DNA分子杂交”。经典再练1.(2017课标全国Ⅰ,38,15分)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用作为载体,其原因是。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是。答案(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子,而大肠杆菌属于原核生物,故大肠杆菌不能切除基因A初始转录产物中与内含子对应的RNA序列,故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。(2)由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性,噬菌体只能寄生在细菌细胞中,不能感染家蚕细胞,故应选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比,大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。(4)检测基因A是否翻译出蛋白A,一般用抗原—抗体杂交的方法,即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交,观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型菌的DNA进入R型菌体内,并可在R型菌体内完成表达,这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,为基因工程奠定了基础。2.(2017广东肇庆三模,38)“今又生”是我国为数不多的首创基因治疗药物之一,其本质是利用腺病毒和人P53基因(抑癌基因)拼装得到的重组病毒。人的P53蛋白可对癌变前的DNA损伤进行修复,使其恢复正常,或诱导其进入休眠状态或细胞凋亡,阻止细胞癌变。“今又生”的载体采用第一代人5型腺病毒,其致病力很弱,其基因不整合到宿主细胞的基因组中,无遗传毒性;载体经基因工程改造后,只对细胞实施一次感染,不能复制,不会污染。请回答下