1、专题九 现代生物科技专题 第16讲 基因工程与细胞工程,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(); 5.植物的组织培养(); 6.动物细胞培养与体细胞克隆(); 7.细胞融合与单克隆抗体(); 8.DNA的粗提取与鉴定。,参考答案 DNA连接酶 基因表达载体的构建 将目的 基因导入受体细胞 药物 基因 自然界中没有 全 能性 体细胞杂交 细胞增殖 动物细胞核 化学法,抗原,总纲目录,高频命题点1 基因工程,1.基因工程常考的3种基本工具(填空) (1)限制性核酸内切酶:识别特定 ,并在特定位 点上切割DNA分子。 (
2、2)DNA连接酶:a.EcoliDNA连接酶只能连接 ; b.T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。 (3)载体:a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制; b.有一个至多个限制酶切割位点,便于外源DNA片段(基因)插入 其中;c.具有特殊的标记基因以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。,2.理清基因工程的操作流程(填空) (1)获取目的基因的三种方法: a.从 中获取; b. c.化学法人工合成:通过DNA合成仪利用mRNA反转录法合成。,(2)基因表达载体的构建重组质粒的构建 a.基因表达载体的组成,(3)将目的基因导入受体细胞的“三种类型” a.导入植物细胞农杆菌转化法、花粉管通道法、 (本
3、法针对单子叶植物) b.导入动物细胞 法,b.构建过程,c.导入微生物(细菌)转化法,(4)目的基因的检测与鉴定的方法 a.检测目的基因是否导入受体细胞:DNA分子杂交技术。 b.检测目的基因是否转录出mRNA:分子杂交技术。 c.检测目的基因是否翻译成蛋白质: 。 d.个体生物学水平鉴定:根据表达性状判断。,3.理清蛋白质工程(填空),整合突破 核苷酸序列 黏性末端 基因文库 引物 复性 RNA聚合酶 复制原点 同种限制酶处理 DNA连接 酶 基因枪法 显微注射 抗原抗体杂交技术 新 的蛋白质 蛋白质结构 脱氧核苷酸序列,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?,思维延展
4、 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;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。,考向突破1 基因工程的工具及操作程序,1.(2017课标,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
5、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
6、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
7、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.(2016课标,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR 、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位 点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A 的切点是唯一的)。图(a),图(b) 根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理由是 。,(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种
8、含有 目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主 细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。图(c),(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平 末端的是 。,答案 (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏 性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目 的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其 他合理答案均可) (3)Ecoli DNA连接酶 T4DNA连接酶 T4 DNA连接酶(其他合理答案均可),解析 (1)分析图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割DNA后 形
9、成的黏性末端相同,故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA 连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时,为保证目的基因能在 宿主细胞中成功表达,目的基因应插入在启动子和终止子之间,据 此可判断甲、丙均不符合要求,目的基因均不能被转录。(3)常见 的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶,其中T4DNA 连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。,考向突破2 基因工程的应用及蛋白质工程 3.(2015课标,40)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一 种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨 酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质 (P
10、1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题: (1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质 的 进行改造。 (2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰 基因或合成 基因。所获得的基因表达时是遵循中心法 则的,中心法则的全部内容包括 的复制;以及遗传信息在不同分子之间的流动,即: 。,(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋 白质功能出发,通过 和 ,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表 达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物 进行 鉴定。,答案 (1)氨基酸序列(或结构) (2)P P1 DNA和RNA(或遗 传
11、物质) DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、 逆转录、翻译) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能,解析 (1)蛋白质的功能与结构相关,若要改变蛋白质的功能,需 要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后,可通过对 现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的 内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工 程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质的结构 和推测氨基酸序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋 白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。,4.(2019广东深圳实验等六校第一次联考,38)MAP30蛋白是一种 能使型核酸
12、核糖体失活的蛋白质,存在于苦瓜果实和种子中。 MAP30蛋白具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗艾滋病的功能,近年 来引起人们的广泛关注。 (1)人们已经清楚MAP30蛋白的氨基酸序列,可以用 方法获得MAP30蛋白的基因。再利用PCR技术扩增该基因,PCR 反应体系的主要成分应该包含: 、 、 、 、扩增缓冲液(含Mg2+)和水等。 (2)科学家将MAP30蛋白的基因与某种病毒的DNA构建基因表达 载体,导入南瓜细胞中,在这个过程中,需要使用到的酶是,。为了避免出现“目的基因自我环化”、“目的基 因在运载体上反向连接”的问题,请提出一种解决该问题的思路: 。 (3)可用 技术得到愈伤组织大规模生产M
13、AP30蛋 白,用 技术检测MAP30的基因是否在南瓜 果实中成功表达。 (4)弧菌是克氏原鳌虾养殖中重要的致病菌,大规模暴发会给水产 养殖带来巨大的经济损失。科研人员为了研究MAP30蛋白抗弧 菌的效果,用含不同浓度MAP30蛋白培养液培养弧菌,绘制弧菌,生长曲线如下图:由图可以得出的结论是 。,答案 (1)化学合成 4种脱氧(核糖)核苷酸 模板DNA 引 物 (对)热稳定DNA聚合酶(Taq酶) (2)限制酶和DNA连接酶 分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体 (3)植物组织 培养 抗原抗体杂交随着MAP30蛋白浓度的升高,MAP30蛋 白对弧菌生长的抑制作用增强;当MAP30蛋白浓度
14、达到或高于 500 g/mL时,弧菌生长完全被抑制,解析 (1)已知MAP30蛋白的氨基酸序列,可以用化学合成方法 获得MAP30蛋白的基因。利用PCR技术扩增该基因,PCR反应体 系的主要成分应该包含4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、引 物、热稳定DNA聚合酶、扩增缓冲液(含Mg2+)和水等。(2)构建 基因表达载体需要使用到的酶是限制酶和DNA连接酶;为了避免 出现“目的基因自我环化”、“目的基因在运载体上反向连 接”的问题,可分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体。 (3)可用植物组织培养技术得到愈伤组织大规模生产MAP30蛋 白,可通过抗原-抗体杂交技术检测MAP30的基因是否在南瓜果
15、 实中成功表达。(4)用含不同浓度MAP30蛋白培养液培养弧菌,根据图中曲线显示,随着MAP30蛋白浓度的升高,MAP30蛋白对 弧菌生长的抑制作用增强;当MAP30蛋白浓度达到或高于500 g/ mL时,弧菌生长完全被抑制。,1.植物细胞工程必记关键点(填空) (1)植物组织培养 a.植物组织培养的两个关键b.植物激素的使用 比例较高时,促进芽分化,抑制根形成;,高频命题点2 细胞工程,生长素比例较高时,促进根分化,抑制芽形成。 c.光照的使用 阶段不需要给予光照,再分化阶段需给予光照,以利 于叶绿素的合成。 (2)植物体细胞杂交 a.酶解法用 酶 和果胶酶去除细胞壁。 b.促融剂 。 c.
16、杂种细胞的形成标志新细胞壁的形成。 d.培养杂种植株的技术植物组织培养。,2.动物细胞培养的特殊条件(填空) a.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 。 b.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 时,同样要用 胰蛋白酶使细胞分散开。 c.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 ,定期更换培养液。,3.理清克隆动物的培育流程(填空) (1)流程图(2)用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因是营养丰富、体积 大、易操作,含有刺激细胞核恢复分裂能力的物质。,4.明确单克隆抗体的一过程两特点
17、(填空) (1)制备过程(2)单克隆抗体的特点:特异性强、 。 (3)2次筛选的目的:第1次筛选获得杂交瘤细胞,第2次筛选获得能 分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞。,整合突破 固体 细胞分裂素 脱分化 纤维素酶 聚乙二醇 维持培养液的 接触抑制 抗生素 去核 融合 杂交瘤细胞 灵敏度高,1.诱导融合的方法分别有哪些?融合的细胞类型有哪几种(仅考虑 两两融合的细胞)? 2.植物组织培养与植物体细胞杂交各自的原理分别是什么?,思维延展 1.诱导植物体细胞的原生质体融合的方法主要有离心、振 动、电激或用聚乙二醇作为诱导剂。动物细胞融合常用的诱 导因素有聚乙二醇、灭活的病毒(诱导动物细胞融合的特有因 素
18、)、电激等。融合的细胞类型:前者AA、BB、AB。后者 瘤瘤、B瘤、BB。 2.前者是植物细胞的全能性,后者是细胞膜的流动性和植物细胞 的全能性。,考向突破1 植物细胞工程,1.(2018广东茂名省际名校联考,38)利用现代生物技术,科研人员 对马铃薯的培育进行了研究,请回答相关问题:(1)培育马铃薯脱毒苗所依据的原理是 ,该培 育过程涉及 和 两个阶段。,(2)研究马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响, 结果如图。据图可知:茎尖越小,脱毒率 ,成苗率 ,培养脱毒苗茎尖的适宜大小为 。 (3)若想培育出“番茄马铃薯”植株,运用传统有性杂交能否得 到可育的杂种植株?为什么? 。 (4
19、)若马铃薯细胞中含m条染色体,番茄细胞内有n条染色体,则 “番茄马铃薯”细胞在有丝分裂后期含 条染色体。,答案 (1)植物细胞的全能性 脱分化 再分化 (2)越高 越 低 0.27 mm (3)否(或不能),不同种的植物存在生殖隔离 (4)2 (m+n),解析 (1)培育马铃薯脱毒苗是对植物组织培养技术的应用,所依 据的原理是植物细胞的全能性;该培育过程涉及脱分化和再分化 两个阶段。(2)据图可知:茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低;培养 脱毒苗茎尖的适宜大小为0.27 mm。(3)由于番茄和马铃薯属于 两个不同物种,而不同种的植物存在生殖隔离,所以若想培育出 “番茄马铃薯”植株,运用传统有性杂
20、交不能得到可育的杂种 植株。(4)若马铃薯细胞中含m条染色体,番茄细胞内有n条染色 体,则“番茄马铃薯”细胞中含有(m+n)条染色体,在有丝分裂 后期含2(m+n)条染色体。,考向突破2 动物细胞工程及其1应用 2.(2016课标,40)如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺 乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题: (1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可 为 。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵 母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方,法。代表的过程是 。 (2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因 此,选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆
21、动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的 角度分析其原因是 。 (4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获 得也证明了 。,答案 (1)XX或XY 显微操作 胚胎移植 (2)遗传物质 (3) 卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性,解析 (1)因供体的性别不确定,故其细胞核内的性染色体组成为 XX或XY;一般将卵母细胞培养到M中期,用显微操作法将其细 胞核去除;代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以内的细 胞可以保持正常的二倍体核型,超过10代以后,供体细胞中遗传物 质的稳定性会降低。(3)克隆动物细胞质中的
22、遗传物质来自卵母 细胞的细胞质,卵母细胞细胞质中的遗传物质对克隆动物的性状 会产生影响。(4)克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞 的细胞核具有全能性。,3.(2018山东德州一模,38)双特异性单克隆抗体是指可同时与癌 细胞和药物结合的特异性抗体。如图是科研人员通过杂交杂 交瘤细胞技术(免疫的B细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产能同时 识别癌胚抗原和长春碱(一种抗癌药物)的双特异性单克隆抗体 的部分过程。分析回答:,(1)过程的目的是 ,制备双 特异性单克隆抗体的过程中用到的技术有 (至少答出两条)。 (2)过程诱导融合的方法是 ,过程 选用的骨髓瘤细胞 (填“能”或“不能”)在HAT培 养
23、基上生长。 (3)经过程筛选得到的细胞还需转移至多孔培养板中进行过程 ,原因是 。 (4)请根据所学知识,用箭头和文字补全图中方框内获取单克隆杂,交杂交瘤细胞的生产过程。 (5)获得的单克隆杂交杂交瘤细胞在体外条件下培养或 ,均可提取出大量的双特异性单克隆抗体。,答案 (1)使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞(B淋 巴细胞) 动物细胞融合、动物细胞培养 (2)聚乙二醇(PEG)诱 导、电激等 不能 (3)从小鼠体内提取的B淋巴细胞不止一种 类型(筛选得到的杂交瘤细胞产生的抗体不是单克隆抗体) (4) 将获得的B淋巴细胞与单克隆杂交瘤细胞融合在选择培养基 上筛选出杂交杂交瘤细胞克隆化培养、
24、抗体检测筛选出单 克隆杂交杂交瘤细胞 (5)注射到小鼠腹腔内增殖,解析 (1)过程表示给小鼠注射抗原,目的是刺激小鼠产生能分 泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞(B淋巴细胞);根据单克隆抗体制 备流程可知,该过程涉及的技术包括动物细胞融合技术、动物细 胞培养技术。(2)诱导动物细胞融合的方法有聚乙二醇、灭活病 毒、电激等;HAT培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞,骨髓瘤细 胞不能在HAT培养基上生长。(3)从小鼠体内提取的B淋巴细胞 不止一种类型,故筛选得到的杂交瘤细胞产生的抗体不是单克隆 抗体,因此经过程筛选得到的细胞还需转移至多孔培养板上运 用抗原抗体杂交法筛选能产生特定抗体的杂交瘤细胞。(4)双 特异性单克隆抗体制备过程为将获得的B淋巴细胞与单克隆杂,交瘤细胞融合在选择培养基上筛选出杂交杂交瘤细胞克 隆化培养、抗体检测筛选出单克隆杂交杂交瘤细胞。(5)获得 的单克隆杂交杂交瘤细胞在体外条件下培养或注射到小鼠腹 腔内增殖,均可提取出大量的双特异性单克隆抗体。,
