第十二單元 選修3 課時(shí)1 基因工程

第十二單元選修 3 現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題 考綱參照 1 基因工程的誕生 2 基因工程的原理及技術(shù) 含 PCR 技術(shù) 3 基因工程的應(yīng)用 4 蛋白質(zhì)工程 5 植物細(xì)胞工程 6 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆 7 細(xì)胞融合與單克隆抗體 8 動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過(guò)程與胚胎工程的理論基礎(chǔ) 9 胚胎干細(xì)胞的移植 10 胚胎工程的應(yīng)用 11 簡(jiǎn)述生態(tài)工程的原理 12 生態(tài)工程的實(shí)例 考情回顧 1 基因工程部分主要考查基因工程的工具及特點(diǎn) 基因工程的操作程序 尤其是基因表達(dá)載體的 構(gòu)建和目的基因的檢測(cè) 鑒定 基因工程的試題多涉及限制酶 DNA 連接酶和載體的作用相 關(guān)知識(shí) 并通過(guò)實(shí)例考查基因工程的原理與過(guò)程 蛋白質(zhì)工程操作的步驟和應(yīng)用 從題型上看 都是非選擇題 2 細(xì)胞是生命系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)層次 一切生命活動(dòng)都離不開(kāi)細(xì)胞 細(xì)胞工程也 是現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題的基礎(chǔ)知識(shí)與核心知識(shí) 基因工程和胚胎工程都離不開(kāi)細(xì)胞培養(yǎng) 因此 生 物高考常以細(xì)胞工程為背景 與細(xì)胞結(jié)構(gòu) 代謝 增殖 遺傳 基因工程 胚胎工程等進(jìn)行綜合 命題 以圖代文 圖文并茂的形式考查學(xué)生的識(shí)圖能力與綜合運(yùn)用知識(shí)的能力 近年全國(guó)卷涉 及細(xì)胞工程專(zhuān)題的試題常結(jié)合動(dòng)植物細(xì)胞工程的實(shí)例考查學(xué)生對(duì)動(dòng)植物細(xì)胞工程過(guò)程的理解 與相關(guān)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和獲取信息 分析解決問(wèn)題的能力等 3 注重考查胚胎工程的理 論基礎(chǔ) 胚胎工程的應(yīng)用 以及生態(tài)工程的實(shí)例 近幾年全國(guó)卷命題中胚胎工程部分內(nèi)容常與 基因工程 細(xì)胞工程綜合考查 生態(tài)工程部分出現(xiàn)頻率較低 一般結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行考 查 考向預(yù)測(cè) 1 以基因工程最新研究成果為信息載體考查基因工程的操作工具與操作程序仍是高考的一大 熱點(diǎn) 2 以細(xì)胞工程最新研究成果為載體 聯(lián)系細(xì)胞膜的特點(diǎn) 遺傳 免疫等考查細(xì)胞工程的 原理 過(guò)程 結(jié)果和應(yīng)用仍是高考的一大熱點(diǎn) 該考點(diǎn)內(nèi)容是現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題的熱點(diǎn) 也是 當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn) 新成果層出不窮 因此 在高考中該考點(diǎn)內(nèi)容地位越來(lái)越高 也容易出現(xiàn)新 情境的考題 考查學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力 3 將胚胎工程的理論基礎(chǔ)與具體應(yīng)用 實(shí)例結(jié)合起來(lái)考查仍然是胚胎工程內(nèi)容的熱點(diǎn) 課時(shí) 1 基因工程 見(jiàn) 自學(xué)聽(tīng)講 P258 學(xué)科素養(yǎng)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1 生命觀念 認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念 并能運(yùn)用這種觀念分析和解釋轉(zhuǎn)基因的原 1 簡(jiǎn)述基因工程的誕 生 學(xué)習(xí)本專(zhuān)題時(shí) 要密切聯(lián)系基因 的結(jié)構(gòu)和功能 通過(guò)繪制概念圖 理 2 科學(xué)思維 歸納與概括 結(jié)合具體案例 概括 轉(zhuǎn)基因的原理和步驟 并構(gòu)建流程圖 3 科學(xué)探究 通過(guò)查找資料了解人類(lèi)在哪些 領(lǐng)域利用了基因工程技術(shù) 能進(jìn)行關(guān)于轉(zhuǎn)基 因食品的調(diào)查并將調(diào)查結(jié)果制成資料卡 能 設(shè)想基因技術(shù)新產(chǎn)品 能基于生物學(xué)的基本 觀點(diǎn) 辨別轉(zhuǎn)基因生物的安全性 4 社會(huì)責(zé)任 針對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)在社會(huì)生活 中的應(yīng)用 基于生物學(xué)的基本觀點(diǎn) 識(shí)別身邊 的虛假宣傳和無(wú)科學(xué)依據(jù)的傳言 2 簡(jiǎn)述基因工程的原 理及技術(shù) 3 舉例說(shuō)出基因工程 的應(yīng)用 4 簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程 分析實(shí)例等建構(gòu)知識(shí)框架 在此 基礎(chǔ)上 以基因工程的四個(gè)步驟 為主線 學(xué)習(xí)基因工程操作流程 圖 寫(xiě)出各步驟中出現(xiàn)的重要術(shù) 語(yǔ) 進(jìn)而關(guān)聯(lián)必修 2 中的重要概 念 回顧學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí) 如此由 線到面 由點(diǎn)到網(wǎng) 構(gòu)建和梳理 橫向 縱向的知識(shí)體系 在學(xué)習(xí) 的時(shí)候 要善于比較 如啟動(dòng)子和 起始密碼子的比較 各種酶作用 的比較等 基因工程的操作工具 1 基因工程的概念 1 供體 提供 目的基因 2 操作環(huán)境 體外 3 操作水平 分子 水平 4 原理 基因重組 5 受體 表達(dá)目的基因的細(xì)胞或個(gè)體 6 本質(zhì) 目的基因在 受體 體內(nèi)表達(dá) 7 優(yōu)點(diǎn) 定向改造生物的 遺傳性狀 2 DNA 重組技術(shù)的基本工具 1 限制性核酸內(nèi)切酶 限制酶 來(lái)源 主要從 原核 生物中分離純化而來(lái) 作用 識(shí)別 DNA 雙鏈上的 特定的核苷酸序列 并切開(kāi)每條鏈中特定部位的兩個(gè)核 苷酸之間的 磷酸二酯鍵 結(jié)果 產(chǎn)生 黏性末端 或平末端 如下圖所示 EcoR 限制酶識(shí)別的堿基序列是 GAATTC 切割位點(diǎn)在 G 和 A 之間 Sma 限制酶識(shí)別的堿基序列是 CCCGGG 切割位點(diǎn)在 G 和 C 之間 說(shuō)明限制酶具 有 專(zhuān)一性 2 DNA 連接酶 作用 將限制酶切割下來(lái)的 DNA 片段 拼接成新的 DNA 分子 類(lèi)型 常用類(lèi)型E coli DNA 連接酶T4DNA 連接酶 來(lái)源 大腸桿菌 T4噬菌體 功能只 縫合 黏性末端 縫合 黏性末端和平末端 結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的 磷酸二酯鍵 3 載體 常用載體 質(zhì)粒 質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì) 雙鏈環(huán)狀 DNA 分子 質(zhì)粒的特點(diǎn) 能自我復(fù)制 有一個(gè)至多個(gè) 限制酶 切割位點(diǎn) 有特殊的 標(biāo)記基因 對(duì)受體細(xì)胞 無(wú)害 其他載體 噬菌體衍生物 動(dòng)植物病毒 等 載體的作用 攜帶外源 DNA 片段進(jìn)入 受體細(xì)胞 基因工程的基本操作程序 1 獲取目的基因 1 目的基因 主要指 編碼蛋白質(zhì) 的基因 也可以是一些具有 調(diào)控 作用的因子 2 獲取方法 從 基因文庫(kù) 中獲取 人工合成 利用 合成 通過(guò) 合成儀 用化學(xué)方法人工合成 利用 技術(shù)擴(kuò)增 2 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 基因工程的核心 1 目的 使目的基因 在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在 并且可以遺傳給下一代 同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作 用 2 基因表達(dá)載體的組成 3 構(gòu)建過(guò)程 3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 生物種 類(lèi) 植物動(dòng)物微生物 常用方 法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射技 術(shù) 感受態(tài)細(xì)胞法 受體細(xì) 胞 體細(xì)胞或受精 卵 受精卵 原核細(xì)胞 轉(zhuǎn)化過(guò) 程 將目的基因插入 到 Ti 質(zhì)粒的 T DNA 上 農(nóng)桿菌 侵染植物細(xì)胞 整合到受體細(xì)胞 染色體的 DNA 上 表達(dá) 將含有目的基 因的表達(dá)載體 提純 取卵 受 精卵 顯微注 射 受精卵發(fā) 育 獲得具有 新性狀的動(dòng)物 Ca2 處理細(xì)胞 感受態(tài)細(xì)胞 重組表達(dá)載體 DNA 分子與感受態(tài)細(xì)胞混合 感受態(tài)細(xì)胞吸收 DNA 分子 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi) 并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程 稱為 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì) 是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中 4 目的基因的檢測(cè)與鑒定 基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程 1 基因工程的應(yīng)用 1 動(dòng)物基因工程 用于提高動(dòng)物 生長(zhǎng)速度 從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量 用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì) 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn) 藥物 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的 供體 等 2 植物基因工程 培育 抗蟲(chóng) 轉(zhuǎn)基因植物 如抗蟲(chóng)棉 抗病 轉(zhuǎn)基因植物 如轉(zhuǎn)基因 煙草 和 抗逆 轉(zhuǎn)基因植物 如抗寒番茄 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的 品質(zhì) 如新花色矮牽 牛 3 比較基因治療與基因診斷 項(xiàng)目原理操作過(guò)程進(jìn)展 基因治療 基因表達(dá) 將 正常基因 導(dǎo)入 有基因缺陷的細(xì)胞中 以表達(dá)出正常性狀來(lái) 臨床實(shí)驗(yàn) 治療 疾病 基因診斷 堿基互補(bǔ)配對(duì) 制作特定 DNA 探針 與病人樣品 DNA 混合 分析雜交帶情況 臨床應(yīng)用 2 蛋白質(zhì)工程 1 流程圖 A 轉(zhuǎn)錄 B 翻譯 C 分子設(shè)計(jì) D 多肽鏈 E 預(yù)期功能 2 結(jié)果 改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出 新的蛋白質(zhì) 3 應(yīng)用 主要集中應(yīng)用于對(duì) 現(xiàn)有蛋白質(zhì) 進(jìn)行改造 改良生物性狀 1 基因工程操作過(guò)程中的 5 個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) 1 目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的 基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控 所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng) 子與終止子之間的部位 2 基因工程操作過(guò)程中只有第三步 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 沒(méi)有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象 第一步存在人 工合成法獲得 DNA 第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象 第四步存在分子雜交檢測(cè)目的基因 都存在堿基互補(bǔ)配 對(duì)現(xiàn)象 3 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理 農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞 其 Ti 質(zhì)粒上的 T DNA 可轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體 的 DNA 上 4 標(biāo)記基因的種類(lèi)和作用 常見(jiàn)的標(biāo)記基因有抗生素抗性基因 發(fā)光基因 表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì) 等 標(biāo)記基因的作用是篩選 檢測(cè)重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 5 受體細(xì)胞的選擇 受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞 經(jīng)組織培養(yǎng) 動(dòng)物受精卵 一般不用體細(xì)胞 微生物 大腸桿菌 酵母菌 等 要合成有生物活性的胰島素 需內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體的加工 分泌 則必須用 真核生物 如酵母菌 一般不用支原體 原因是它營(yíng)寄生生活 一定不能用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞 原因是它無(wú) 細(xì)胞核 也沒(méi)有核糖體等細(xì)胞器 不能合成蛋白質(zhì) 2 有關(guān)基因工程應(yīng)用的 4 個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) 1 動(dòng)物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 而不是產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體 2 Bt 毒蛋白基因控制合成的 Bt 毒蛋白并無(wú)毒性 進(jìn)入昆蟲(chóng)消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性 3 青霉素是青霉菌產(chǎn)生的 不是通過(guò)基因工程產(chǎn)生的 4 并非所有個(gè)體都可作為乳腺生物反應(yīng)器 應(yīng)選擇雌性個(gè)體 同時(shí)個(gè)體本身的繁殖速度 泌乳量 蛋 白含量等都是應(yīng)該考慮的因素 見(jiàn) 自學(xué)聽(tīng)講 P260 基因工程的操作工具 1 不同生物的基因可以拼接起來(lái)的理論基礎(chǔ) 1 基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位 2 DNA 的基本組成單位是四種脫氧核苷酸 雙鏈 DNA 兩條鏈間的堿基遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 3 遺傳信息的傳遞都遵循中心法則闡述的信息流動(dòng)方向 4 生物界共用一套遺傳密碼 2 限制酶主要存在于原核生物中 1 意義 限制酶在原核生物中主要是切割外源 DNA 使之失效 從而達(dá)到保護(hù)自己的目的 2 原核生物中限制酶不切割自身的 DNA 的原因 原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已被修 飾 3 基因組文庫(kù)與 cDNA 文庫(kù)的比較 文庫(kù)類(lèi)型cDNA 文庫(kù)基因組文庫(kù) 構(gòu)建基因文 庫(kù)的過(guò)程 文庫(kù)大小小大 基因中啟動(dòng)子無(wú)有 基因中內(nèi)含子無(wú)有 基因多少 某種生物的部分基 因 某種生物的全部基因 物種間的基因交 流 可以部分基因可以 說(shuō)明 基因文庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程就包含基因工程的基本操作步驟 從基因文庫(kù)中獲取目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便 缺點(diǎn)是工作量大 具有一定的盲目性 4 與 DNA 相關(guān)的五種酶的比較 名稱作用部位作用結(jié)果 限制酶磷酸二酯鍵將 DNA 切成兩個(gè)片段 DNA 連接酶磷酸二酯鍵將兩個(gè) DNA 片段連接為一個(gè) DNA 分子 DNA 聚合酶磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端 DNA 水解 酶 磷酸二酯鍵將 DNA 片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸 解旋酶 堿基對(duì)之間的氫 鍵 將雙鏈 DNA 分子局部解旋為單鏈 形成兩條長(zhǎng)鏈 5 利用 PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因 1 PCR 的含義 是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定 DNA 片段的核酸合成技術(shù) 2 目的 短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)增大量目的基因 3 原理 DNA 雙鏈復(fù)制 4 前提 有一段已知目的基因的核苷酸序列 5 過(guò)程 第一步 加熱至 90 95 DNA 解鏈為單鏈 第二步 冷卻至 55 60 引物結(jié)合到互補(bǔ) DNA 鏈上 第三步 加熱至 70 75 熱穩(wěn)定 DNA 聚合酶 Taq酶 從引物開(kāi)始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成 如此重復(fù)循環(huán)多次 1 基因工程的工具及相關(guān)知識(shí)的辨析 1 限制酶是一類(lèi)酶 而不是一種酶 限制酶的成分為蛋白質(zhì) 其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件 高溫 強(qiáng)酸或強(qiáng)堿均易使之變性失活 2 基因工程中的載體與細(xì)胞膜上運(yùn)輸物質(zhì)的載體不同 基因工程中的載體是 DNA 分子 能將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 細(xì)胞膜上的載體是蛋白質(zhì) 與細(xì)胞膜的通 透性有關(guān) 3 DNA 連接酶作用時(shí)并不需要模板 DNA 連接酶是把兩個(gè)具有特定末端的 DNA 片段通過(guò)磷酸二酯鍵連接起來(lái)的 2 啟動(dòng)子 起始密碼子 終止子 終止密碼子 1 啟動(dòng)子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的 DNA 短片段 位于基因的首端 它是 RNA 聚合酶識(shí)別 結(jié)合的部位 2 終止子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的 DNA 短片段 位于基因的尾端 作用是使轉(zhuǎn)錄過(guò)程停止 3 起始密碼子和終止密碼子位于 mRNA 上 分別控制翻譯過(guò)程的啟動(dòng)和終止 例 1 下列有關(guān)基因工程操作工具的敘述 正確的是 A 限制酶能識(shí)別并切割 DNA 任意序列 B DNA 連接酶與Taq酶作用位點(diǎn)不同 C 沒(méi)有與目的基因重組的質(zhì)粒不可以進(jìn)入受體細(xì)胞 D 使用質(zhì)粒作為載體可以避免目的基因在受體內(nèi)被分解 解析 限制酶具有特異性 能識(shí)別 DNA 上特定序列并將其切割 A 項(xiàng)錯(cuò)誤 DNA 連接酶與Taq酶作用位 點(diǎn)都是磷酸二酯鍵 B 項(xiàng)錯(cuò)誤 進(jìn)入受體細(xì)胞的有普通質(zhì)粒和重組質(zhì)粒 C 項(xiàng)錯(cuò)誤 質(zhì)粒的特點(diǎn)之一是能夠在宿 主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在 故將目的基因與質(zhì)粒重組可以避免目的基因在受體內(nèi)被分解 D 項(xiàng)正確 答案 D 基因工程的操作過(guò)程 1 載體上標(biāo)記基因的作用 載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因 目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒(méi)有抵抗相關(guān)抗生素的 能力 當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后 抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá) 使受體細(xì)胞能夠抵抗相 應(yīng)抗生素 所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞 原理如下圖所 示 2 PCR 中引物的種類(lèi)和數(shù)量的計(jì)算 需要兩種引物 分別與 DNA 的兩條鏈結(jié)合 每合成一條子鏈就需要一個(gè)引物 若一個(gè) DNA 分子擴(kuò)增N 次則需要引物 2N 2 2 個(gè) 3 生物體內(nèi) DNA 復(fù)制與 PCR 的比較 項(xiàng)目體內(nèi) DNA 復(fù)制PCR 解旋 在解旋酶的作用下 細(xì)胞 提供能量 雙鏈部分解開(kāi) 加熱至 90 以上 雙鏈全部解開(kāi) 不需要解旋酶 4 種原料 dNTP 提供能量 引物一小段 RNA可以是 RNA 或單鏈 DNA 分子片段 合成子鏈 在引物的基礎(chǔ)上 一條鏈 連續(xù)合成 另一條鏈不連 續(xù)合成 分別從兩條鏈的引物端開(kāi)始 都是連續(xù)合成 合成時(shí)控制溫度在 72 左右 特點(diǎn) 邊解旋邊復(fù)制 半保留復(fù) 制 體外迅速擴(kuò)增 循環(huán)次數(shù)受生物體自身控制30 多次 相同點(diǎn) 生物體內(nèi)的 DNA 復(fù)制和 PCR 體外擴(kuò)增 DNA 都需要模板 四種游離的脫氧核苷酸 且都需要在一定的緩沖溶 液中進(jìn)行 限制酶的選擇方法 1 根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點(diǎn)確定限制酶的種類(lèi) 應(yīng)選擇切割位點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶 如圖甲可選擇Pst 不能選擇切割位點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶 如圖甲不能選擇Sma 為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒 如圖甲 也可選擇用Pst 和EcoR 兩種限制酶 但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點(diǎn) 2 根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類(lèi) 所選限制酶要與切割目的基因的限制酶一致 以確保產(chǎn)生相同的黏性末端 質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等 所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu) 如圖乙中限制酶 Sma 會(huì)破壞標(biāo)記基因 如果所選酶的切割位點(diǎn)不止一個(gè) 則切割重組后可能丟失某些片段 若丟失的片段含 復(fù)制原點(diǎn)區(qū) 則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制 限制酶切割的位點(diǎn)不是隨意的 基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控 所以限制酶切割后 目的基因的 插入位點(diǎn)應(yīng)在啟動(dòng)子與終止子之間 例 2 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)簡(jiǎn)稱 PCR 是一種體外擴(kuò)增 DNA 片段的技術(shù) 可用于遺傳病的診斷 DNA 序列 的測(cè)定等 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 在 PCR 技術(shù)中 引物的作用是使 DNA 聚合酶能夠從引物的 3 端開(kāi)始催化連接脫氧核苷酸 DNA 復(fù) 制時(shí)解旋靠 實(shí)現(xiàn) 2 PCR 的原理是 通過(guò) PCR 使基因的數(shù)量呈指數(shù)方式增長(zhǎng) 3 PCR 技術(shù)用到的酶是 細(xì)胞內(nèi) DNA 復(fù)制時(shí) 除具有與 PCR 相同作用的酶外 還需要 酶 4 假如 PCR 技術(shù)所用的引物含有放射性 模板 DNA 不具有放射性 且引物不被切除 則經(jīng)過(guò)n次循環(huán) 含有放射性的 DNA 分子占 DNA 總數(shù)的比例為 5 PCR 擴(kuò)增時(shí) 退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵 退火溫度過(guò)高會(huì)破壞引物與模板的堿基配對(duì) 退火溫 度的設(shè)定與引物長(zhǎng)度 堿基組成有關(guān) 長(zhǎng)度相同但堿基中 含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度 6 如果 PCR 反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物 則不能采取的改進(jìn)措施是 填序號(hào) 升高退火溫度 降低退火溫度 重新設(shè)計(jì)引物 解析 1 在 PCR 技術(shù)中 引物的作用是使 DNA 聚合酶能夠從引物的 3 端開(kāi)始連接脫氧核苷酸 DNA 復(fù)制的前提是解旋 在體內(nèi)通過(guò)解旋酶實(shí)現(xiàn) 在 PCR 技術(shù)中通過(guò)加熱實(shí)現(xiàn) 2 PCR 的原理是 DNA 復(fù)制 3 PCR 技術(shù)用到的酶是Taq酶 熱穩(wěn)定 DNA 聚合酶 而在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行 DNA 復(fù)制時(shí) 還需要解旋酶 4 由 于 DNA 分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制 且引物不被切除 新合成的每個(gè) DNA 分子中均含有放射性引物 故含 有放射性的 DNA 分子占 DNA 分子總數(shù)的 100 5 G C 堿基對(duì)氫鍵比 A T 堿基對(duì)氫鍵多 更穩(wěn)定 所 以 G C 堿基對(duì)含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度 6 如果 PCR 反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物 可能是因 為設(shè)定的退火溫度高 或引物設(shè)計(jì)不合適 答案 1 加熱 2 DNA 雙鏈 復(fù)制 3 Taq酶 熱穩(wěn)定 DNA 聚合酶 解旋 4 1 或 100 5 G C 6 基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程 1 蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別 項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程 過(guò)程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 設(shè)計(jì) 預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推 測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷 酸序列 獲取目的基因 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的檢測(cè)與鑒定 續(xù)表 項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所 需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性 以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品 結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋 白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 2 蛋白質(zhì)工程與基因工程的聯(lián)系 1 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上 延伸出來(lái)的第二代基因工程 2 基因工程中所利用的某些酶需要通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾 改造 蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程 所以對(duì)蛋白質(zhì)工程的考查一般與基因工程相結(jié)合 并體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相 適應(yīng)的生物學(xué)觀念 而且 蛋白質(zhì)工程的試題一般會(huì)聯(lián)系基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯 1 對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列 或結(jié)構(gòu) 進(jìn)行改造 可達(dá)到改變蛋白質(zhì)的功能的目的 2 如以 P 基因序列為基礎(chǔ) 獲得 P1基因 可以對(duì) P 基因進(jìn)行修飾改造 也可以用人工方法合成 P1基因 中心法則的全部?jī)?nèi)容包括 DNA 和 RNA 的復(fù)制 DNA RNA RNA DNA RNA 蛋白質(zhì) 或復(fù)制 轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄 翻譯 3 蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā) 通過(guò)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和推測(cè)氨基酸序列 推測(cè)相應(yīng) 的核苷酸序列 并獲取基因 表達(dá)出的蛋白質(zhì) 還要對(duì)其進(jìn)行生物功能鑒定 4 蛋白質(zhì)工程操作的對(duì)象是基因 解題時(shí)一定要注意蛋白質(zhì)工程直接作用的對(duì)象不是蛋白質(zhì) 這是因 為任何一種蛋白質(zhì)都是由基因編碼的 改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造 而且改造過(guò)的基因可以遺傳下去 如果對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造 即使改造成功了 被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳 例 3 下圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過(guò)程 相關(guān)說(shuō)法不正確的是 A 了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)工程中是非常關(guān)鍵的 B 蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項(xiàng)全新的生物工程技術(shù) C a b 過(guò)程分別是轉(zhuǎn)錄 翻譯 D 蛋白質(zhì)工程中可能構(gòu)建出一種全新的基因 解析 蛋白質(zhì)工程中了解蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)如蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 氨基酸的排列順序等 對(duì)于合成或改 造基因至關(guān)重要 蛋白質(zhì)工程的進(jìn)行離不開(kāi)基因工程 對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)對(duì)基因的改造來(lái)完成的 圖中 a b 過(guò)程分別是轉(zhuǎn)錄 翻譯過(guò)程 蛋白質(zhì)工程中可根據(jù)已經(jīng)明確的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建出一種全新的基因 答案 B 1 2018 年全國(guó) 高考 回答下列問(wèn)題 1 博耶 H Boyer 和科恩 S Coben 將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表 達(dá) 該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外 還證明了 答出兩點(diǎn)即可 2 體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^(guò) Ca2 參與的 方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞 而體外重組的噬菌體 DNA 通常需 與 組裝成完整噬菌體后 才能通過(guò)侵染的方法將重組的噬菌體 DNA 導(dǎo)入宿主細(xì)胞 在細(xì)菌 心肌 細(xì)胞 葉肉細(xì)胞中 可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是 3 真核生物基因 目的基因 在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí) 表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解 為防止蛋白質(zhì)被降 解 在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用 的大腸桿菌作為受體細(xì)胞 在蛋白質(zhì)純化的過(guò)程中應(yīng)添加 的 抑制劑 解析 1 將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá) 該過(guò)程證明了體 外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入體細(xì)胞 真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)等 2 Ca2 參與轉(zhuǎn)化過(guò)程 噬菌體包括 蛋白質(zhì)外殼和 DNA 完整的噬菌體才具有侵染能力 從而將重組的噬菌體 DNA 導(dǎo)入宿主細(xì)胞 噬菌體是細(xì) 菌病毒 只能寄生在細(xì)菌細(xì)胞中 3 真核生物基因 目的基因 在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí) 表達(dá)出的蛋白質(zhì)可 能會(huì)被降解 為防止蛋白質(zhì)被降解 可以選用不能產(chǎn)生該蛋白酶的缺陷型細(xì)菌以及使用能夠抑制蛋白酶活性 的藥物 答案 1 體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入體細(xì)胞 真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá) 2 轉(zhuǎn)化 外殼蛋白 噬菌體蛋白 細(xì)菌 3 蛋白酶缺陷型 蛋白酶 2 2017 年全國(guó) 高考 幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分 幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解 通過(guò)基因工程將 幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi) 可增強(qiáng)其抗真菌病的能力 回答下列問(wèn)題 1 在進(jìn)行基因工程操作時(shí) 若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的 mRNA 常選用嫩葉而不選用老葉作為實(shí)驗(yàn)材料 原 因是 提取 RNA 時(shí) 提取液中需添加 RNA 酶抑制劑 其目的是 2 以 mRNA 為材料可以獲得 cDNA 其原理是 3 若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá) 需要通過(guò)質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 原因是 答出兩點(diǎn)即可 4 當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時(shí) DNA 連接酶催化形成的化學(xué)鍵是 5 若獲得的轉(zhuǎn)基因植株 幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中 抗真菌病的能力沒(méi)有提高 根據(jù)中心法 則分析 其可能的原因是 解析 1 嫩葉組織細(xì)胞的細(xì)胞壁較薄 較易破碎 所以常用嫩葉作為實(shí)驗(yàn)材料 RNA 易被降解 為防止 提取的 RNA 水解需要在提取液中添加 RNA 酶抑制劑 2 以 mRNA 為原料通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄可獲得 cDNA 其原 理是堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 3 載體中具備使目的基因穩(wěn)定遺傳并表達(dá)的元件 如啟動(dòng)子 終止子 復(fù)制原點(diǎn) 等 可以使插入的目的基因在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定高效地表達(dá) 直接導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因由于沒(méi)有復(fù)制原點(diǎn) 所以 不能在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳 由于不含啟動(dòng)子 所以無(wú)法在受體細(xì)胞中表達(dá) 4 DNA 連接酶是將雙鏈 DNA 分子中被限制酶切斷的磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵重新連接的一種酶 5 中心法則包括 DNA 轉(zhuǎn)錄 形成 mRNA mRNA 翻譯形成多肽 多肽進(jìn)一步修飾 折疊形成有特定功能的蛋白質(zhì) 而基因未表達(dá)出有特 定功能的蛋白質(zhì) 原因是基因沒(méi)有轉(zhuǎn)錄成 mRNA 或者 mRNA 沒(méi)有表達(dá)出蛋白質(zhì) 答案 1 嫩葉組織細(xì)胞易破碎 防止 RNA 降解 2 在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下 以 mRNA 為模板按照堿基 互補(bǔ)配對(duì)的原則可以合成 cDNA 3 目的基因無(wú)復(fù)制原點(diǎn) 目的基因無(wú)表達(dá)所需啟動(dòng)子 4 磷酸二酯鍵 5 目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常 見(jiàn) 高效訓(xùn)練 P97 1 2018 年廣州聯(lián)考 我國(guó)某些地區(qū)常年干旱少雨 將小麥耐旱基因TaLEA3 導(dǎo)入不耐旱的藥用植物丹參中 可提高后者的耐旱性 回答下列問(wèn)題 1 TaLEA3 基因是種子成熟后期大量表達(dá)的一類(lèi)基因 請(qǐng)推測(cè)該基因所表達(dá)蛋白的主要功能是 答出兩點(diǎn)即可 2 為確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá) 應(yīng)檢測(cè)此再生植株中該基因的 如果檢測(cè)結(jié) 果呈陽(yáng)性 再在田間試驗(yàn)中檢測(cè)植株的 是否得到提高 3 假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交 子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為 3 1 時(shí) 則可推測(cè)該耐旱 基因的整合情況是 4 葉綠體內(nèi)大多數(shù)基因的排列方式 轉(zhuǎn)錄與翻譯系統(tǒng)均與 填 原核生物 或 真核生物 相似 將 目的基因?qū)肴~綠體基因組內(nèi)能避免傳統(tǒng)基因工程所帶來(lái)的基因污染 其原因是 解析 1 TaLEA3 基因?qū)儆谛←溎秃祷?其表達(dá)的蛋白質(zhì)主要功能可能是保護(hù)細(xì)胞中的酶使其免受 因細(xì)胞脫水而造成的損傷 保護(hù)細(xì)胞器如線粒體使其免受因細(xì)胞脫水而造成的損傷 保護(hù)細(xì)胞膜使其免受 因細(xì)胞脫水而造成的損傷等 2 檢測(cè)耐旱基因是否正確表達(dá) 可利用抗原 抗體雜交實(shí)驗(yàn) 因此應(yīng)檢測(cè)此再 生植株中該基因的表達(dá)產(chǎn)物 如果檢測(cè)結(jié)果呈陽(yáng)性 還需要進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平鑒定 即需要在田間試驗(yàn)中 檢測(cè)植株的耐旱性是否得到提高 3 二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交 子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為 3 1 說(shuō)明該性狀的遺傳遵循分離定律 其親本為雜合體 則可推測(cè)一個(gè)耐旱基因整合到了不耐旱植株的一條 染色體上 而另一條染色體上無(wú)耐旱基因 4 葉綠體內(nèi)的 DNA 未與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體 與原核生物相 似 因此葉綠體大多數(shù)基因的排列方式 轉(zhuǎn)錄與翻譯系統(tǒng)均與原核生物相似 將目的基因?qū)肴~綠體基因 組內(nèi)能避免傳統(tǒng)基因工程所帶來(lái)的基因污染 其原因是葉綠體基因組不會(huì)進(jìn)入花粉中隨花粉傳遞 從而避免 基因逃逸 問(wèn)題 答案 1 保護(hù)細(xì)胞中的酶使其免受因細(xì)胞脫水而造成的損傷 保護(hù)細(xì)胞器如線粒體使其免受因細(xì) 胞脫水而造成的損傷 保護(hù)細(xì)胞膜使其免受因細(xì)胞脫水而造成的損傷 2 表達(dá)產(chǎn)物 耐旱性 3 一個(gè)耐 旱基因整合到了不耐旱植株的一條染色體上 4 原核生物 葉綠體基因組不會(huì)進(jìn)入花粉中隨花粉傳遞 從 而避免 基因逃逸 問(wèn)題 2 科研小組將大麥的抗旱基因 HVA 導(dǎo)入小麥細(xì)胞 并用植物組織培養(yǎng)的方法將小麥細(xì)胞培育成高抗旱性小 麥植株 回答下列問(wèn)題 1 該科研小組采用 技術(shù)培育抗旱小麥 該生物技術(shù)的核心步驟是 若要獲得 大量抗旱基因 可通過(guò) 技術(shù)對(duì)抗旱基因進(jìn)行擴(kuò)增 2 要確定抗旱基因在小麥細(xì)胞中是否成功表達(dá) 從分子水平上鑒定 可采用的方法是 若 要進(jìn)行個(gè)體水平檢測(cè) 則需要把轉(zhuǎn)基因小麥植株分別種植在 不同的田地上 以檢測(cè)其是 否有抗性及抗性程度 3 在培育成功的轉(zhuǎn)基因抗旱小麥的繁育過(guò)程中 抗旱基因和標(biāo)記基因 填 遵循 或 不遵循 基因的 分離定律 理由是 答案 1 基因工程 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 PCR 2 抗原 抗體雜交 干旱程度 或含水量 3 不 遵循 抗旱基因和標(biāo)記基因是非等位基因 3 下列方案為人們獲得生物新品種的過(guò)程 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 方案 抗凍蛋白基因煙草細(xì)胞抗凍煙草 方案 A 基因免疫過(guò)的 B 細(xì)胞體外培養(yǎng)單克隆抗體 方案 人的生長(zhǎng)激素基因牛的受精卵早期胚胎受體母牛轉(zhuǎn)基因牛 1 基因工程的核心步驟是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中 根據(jù)農(nóng)桿菌的特點(diǎn) 如果將抗凍蛋白基 因插入 上 通過(guò)農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用 就可以使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞 并將其插入植物細(xì)胞中 上 2 推測(cè)方案 中 A 基因所起的作用是 請(qǐng)寫(xiě)出該方案獲得的細(xì)胞中遺傳信息傳遞的中心法 則 3 方案 中的轉(zhuǎn)基因牛可以通過(guò)分泌乳汁來(lái)生產(chǎn)人的生長(zhǎng)激素 這需要將人的生長(zhǎng)激素基因與 的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起 該方案中的早期胚胎在移植入受體母牛子宮之前 必須進(jìn)行性別鑒定 一 般是取處于 時(shí)期的 細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè) 答案 1 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 Ti 質(zhì)粒的 T DNA 染色體 DNA 2 調(diào)控細(xì)胞無(wú)限增殖 3 乳腺蛋白基因 囊胚 滋養(yǎng)層 4 人 酪蛋白是人乳汁中的重要營(yíng)養(yǎng)成分 科學(xué)家已培育出轉(zhuǎn)基因山羊來(lái)生產(chǎn)人 酪蛋白 下圖為培育流程 其 中 為相關(guān)過(guò)程 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 人 酪蛋白基因是此基因工程的 可從人細(xì)胞中直接提取或從人的 中獲取 2 過(guò)程 獲得的 A 為 將 A 導(dǎo)入受精卵常用的方法是 法 3 過(guò)程 為 進(jìn)行此操作的早期胚胎應(yīng)處于 階段 4 代孕母羊?qū)υ缙谂咛o(wú) 反應(yīng)是轉(zhuǎn)基因山