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基因工程导学案.doc

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资源描述

1、598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!1专题五 遗传的分子基础时间 2018-2-24第二部分 基因工程一、考纲要求:1、基因工程的诞生()2、基因工程的原理及技术(含 PCR 技术) () 3、基因工程的应用()4、蛋白质工程() 二、知识网络:三、课本填空:【基因工程的概念】基因工程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。基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的,又叫做 DNA 重组技术。基因工程的原理是 (一)基因工程的基本工具:限制酶、DNA 连接酶、载体

2、1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶(简称为限制酶)(1)来源:主要是从 中分离纯化出来的。(真核生物中也有,如:酵母菌)(2)功能:能够识别双链 DNA 分子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 断开,因此具有专一性。大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成,少数也有 4、5、8 个组成。598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!2(3)结果:经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式: 和 。2.“分子缝合针”DNA 连接酶(1)两种 DNA 连接酶( DNA 连接酶和 DNA 连接酶)的比较:相同点:都缝合磷酸二酯键。不同点:Eco

3、liDNA 连接酶来源于大肠杆菌,只能将双链 DNA 片段互补的 末端之间的磷酸二酯键连接起来;而 T4DNA 连接酶来源于 T4噬菌体,能缝合两种末端,但连接平末端的之间的效率较低。(2)与 DNA 聚合酶作用的异同:DNA 聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个 DNA 片段的末端,形成磷酸二酯键。3.“分子运输车”载体(1)载体具备的条件:能在受体细胞中 ,或整合到染色体 DNA 上,随染色体 DNA 进行同步复制。具有一至多个 ,供外源 DNA 片段插入。具有 ,供重组 DNA 的鉴定和选择。(注意:标记基因不一定都是抗性基因)(2)最

4、常用的载体是 ,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核 DNA 之外,并具有自我复制能力的双链 状 DNA 分子。(天然质粒常需进行人工改造)(3)其它载体: 、 (二)基因工程的基本操作程序:基因工程的操作程序主要包括四个步骤: 、 、 、 第一步:目的基因的获取1.目的基因主要是指: 编码 的结构基因 。也可以是一些具有 。2.目的基因可以从已有的物种中分离出来,也可以用人工的方法合成。原核基因常采取直接分离获得,真核基因常采用人工合成。3.目前常用的获取目的基因的方法有以下几种:从基因文库中获取目的基因:基因文库分为 文库(含一种生物的所有基因)和 文库(含一种生物的一部分基因,如:

5、cDNA 文库)PCR 技术扩增目的基因原理: 598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!3过程:第一步:加热至 9095DNA 解链;(高温变性)第二步:冷却到 5560,引物结合到互补 DNA 链;(低温退火)第三步:加热至 7075,热稳定 DNA 聚合酶从引物起始互补链的合成。(室温延伸)此外,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 方法直接人工合成。第二步:基因表达载体的构建1.目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成: 五部分(1)启动子:是一段有特殊结构的 DNA 片段,位于基因的

6、首端,是 识别和结合的部位,能驱动基因转录出 mRNA,最终获得所需的蛋白质。(2)终止子:也是一段有特殊结构的 DNA 片段 ,位于基因的尾端。使转录在所需要的地方停止下来。(3)标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有 ,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素抗性基因。第三步:将目的基因导入受体细胞1.转化的概念:是目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法:将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是 ,其次还有 和 等。总结:农杆菌转化法中常考点: 农杆菌在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物,对大多数单子叶植物没有感染能力,如:不

7、能感染玉米、小麦、水稻等单子叶植物。当植物体受到损伤时,伤口处的细胞分泌 ,吸引土壤农杆菌。农杆菌中的 Ti 质粒上 可转移至受体细胞,并整合到受体细胞染色体的 DNA 上,因此通过转化作用,目的基因就可以进入植物细胞,并整合到染色体DNA 上。将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是 。此方法的受体细胞多是 。将目的基因导入微生物细胞:原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖 、多为单细胞、遗传物质相对 ,最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ,其转化方法是:先用 处理细胞,使其成为 细胞 ,再将 重组表达载体 DNA 分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收 DNA 分子,完成

8、 过程。598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!4第四步:目的基因的检测和表达1.首先要检测 转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因,方法是采用 技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了 mRNA,方法是采用 技术 (即用标记的目的基因作探针与 mRNA 杂交,如果显示出杂交带,就表明目的基因转录出了 mRNA)。3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质,方法是 。(即从转基因生物中提取 蛋白质,用相应的 抗体进行抗原抗体杂交)。4.除了上述的分子检测外,有时还需进行 水平的鉴定。(如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状,需要做 实验)。(三)基因工程的应用1.植物

9、基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程:提 高 动 物 生 长 速 度 、 改 善 畜 产 品 品 质 、 用 转 基 因 动 物 生 产 药 物 ( 如 :乳 腺 生 物 反 应 器 ) 、 用 转 基 因 动 物 作 器 官 移 植 的 供 体 。3.基因工程的药物异军突起:抗体、疫苗、激素、淋巴因子等4.基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因表达产物发挥作用。注意:基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中,而只是导入某些功能细胞中,且是体细胞。基因治疗分为体内基因治疗和体外基因治疗。(四)蛋白质工程的概念1.蛋白质工程是指以蛋白

10、质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过 ,对 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。(因此蛋白质工程又称为第二代基因工程)2.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质;蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质。3.蛋白质工程的基本途径:从 出发,设计预期的 ,推测应有的 序列,找到相应的 (基因)如下图:举例:如,速效型胰岛素的生产598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!5四、经典高考:1 (2017 年北京卷,5)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C (图 1) ,拟将其与质粒(图 2)重组,再借助农杆菌导入菊花

11、中。下列操作与实验目的不符的是( )A用限制性核酸内切酶 EcoRI 和连接酶构建重组质粒B用含 C 基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将 C 基因导入细胞C在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞D用分子杂交方法检测 C 基因是否整合到菊花染色体上2 (2017 年新课标卷,38)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的 mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是_。提取 RNA 时,提取液中需添加 RNA 酶抑制剂,其目的是_。

12、(2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA,其原理是_。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是_(答出两点即可) 。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA 连接酶催化形成的化学键是_。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是_。3 (2017 年新课标卷,38)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

13、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_。598 班二轮复习生物学案 新高度、新起点,让我们一起努力!6(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

14、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_。4 (2017 年新课标卷,38)编码蛋白甲的 DNA 序列(序列甲)由 A、B、C、D、E 五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图 1 所示。回答下列问题:(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA 序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA) ,则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是_。(2)某同学在用 PCR 技术获取 DNA 片段 B 或 D 的过程中,在 PCR 反应体系中加入了 DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为_,加入了_作为合成

15、 DNA 的原料。(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激 T 淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含 T 淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测 T 淋巴细胞浓度,结果如图 2。由图 2 可知,当细胞浓度达到 a 时,添加蛋白乙的培养液中 T 淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使 T 淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是_。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的 CO2浓度,CO 2的作用是_。仅根据图、图 2 可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少_(填598 班二轮复习生物学案 新高

16、度、新起点,让我们一起努力!7“A”“B”“C”“D”或“E” )片段所编码的肽段,则会降低其刺激 T 淋巴细胞增殖的效果。基因工程经典高考题答案1、C2、 (1)嫩叶组织细胞易破碎 防止 RNA 降解(2)在逆转录酶的作用下,以 mRNA 为模板按照碱基互补配对的原则可以合成 cDNA(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子(4)磷酸二酯键(5)目的基因的转录或翻译异常3、 (1)编码乙的 DNA 序列起始端无 ATG,转录出的 mRNA 无起始密码子(2)模板 dNTP(3)进行细胞传代培养 维持培养液是的 pH C4、 (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

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