現(xiàn)代生物科技專題—基因工程和細(xì)胞工程

1、專題九 現(xiàn)代生 物科技 專題 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 第第1講講 基因工基因工 程和細(xì)程和細(xì) 胞工程胞工程 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 限制 載體 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 目的基因的檢測與鑒定 基因治療 植物細(xì)胞全能性 脫分化和再分化 細(xì)胞的全能性、 細(xì)胞膜的流動性 植物體細(xì)胞融合、 植物組織培養(yǎng) 培育作物新品種 細(xì)胞增殖 動物細(xì)胞核的全能性 物理法、化學(xué)法、生物法 給小鼠注射抗原 產(chǎn)生專一抗體的雜交瘤細(xì)胞 基因 可產(chǎn)生自然 界沒有的蛋白質(zhì) 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 走進(jìn)高考走進(jìn)高考 1.PCR反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了D

2、NA聚合酶催化不同的反應(yīng)(2014江蘇,23 B)() 2.當(dāng)今社會的普遍觀點(diǎn)是禁止克隆人的實(shí)驗(yàn),但不反對治療性克隆(2014重慶,2 B)() 3.抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)(2014江蘇,23 D)() 4.重組質(zhì)粒與探針能進(jìn)行分子雜交是因?yàn)镈NA分子脫氧核糖和磷酸交替連接(2013安徽,6C)() 5.質(zhì)粒運(yùn)載體的復(fù)制和表達(dá)也遵循中心法則(2013上海,58D)() 6.動物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)所用培養(yǎng)基不同(2013全國,2A) () 7.在愈傷組織培養(yǎng)基中加入細(xì)胞融合的誘導(dǎo)劑,可獲得染色體加倍的細(xì)胞(2013重慶,5B)() 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和

3、細(xì)胞 工程 8.動物雜交瘤細(xì)胞產(chǎn)生單克隆抗體體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性(2012江蘇,22C)() 9.每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點(diǎn)(2011浙江,6B)() 10.轉(zhuǎn)抗蟲基因的植物,不會導(dǎo)致昆蟲群體抗性基因頻率增加(2010江蘇,18B)() 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 【自我校對】 1.PCR中耐高溫的DNA聚合酶只是在延伸階段發(fā)揮催化作用。 2. 3.抗蟲基因即使成功插入植物細(xì)胞內(nèi),也可能由于基因選擇性表達(dá)或者細(xì)胞內(nèi)基因的互作等其他原因而不 能正常表達(dá)。 4.DNA分子雜交原理是相對應(yīng)堿基序列的互補(bǔ)配對。 5. 6. 7.植物細(xì)胞融合是指經(jīng)纖維素酶和果膠酶處理后得到的

4、原生質(zhì)體的誘導(dǎo)融合,帶有細(xì)胞壁的愈傷組織細(xì) 胞不能誘導(dǎo)融合形成染色體加倍的細(xì)胞。 8.體現(xiàn)細(xì)胞全能性的依據(jù)是能否發(fā)育成新個體。 9.載體的特點(diǎn)之一是至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點(diǎn)。 10.在轉(zhuǎn)抗蟲基因植物的選擇作用下,抗性強(qiáng)的昆蟲得以保留下來。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 基因文庫 PCR 化學(xué)方法 目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因 限制酶和DNA連接 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法 顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞法(用Ca2+處理) 受精卵、體細(xì)胞 受精卵 原核細(xì)胞 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 DNA分子雜交 13.DNARNA 分子雜交

5、抗原抗體雜交 是否出現(xiàn)了雜交帶 抗性實(shí)驗(yàn) 抗性是否存在 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 基因表達(dá)載體 檢測與鑒定 預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 氨基酸 脫氧核苷酸 生物的遺傳特性 蛋白質(zhì) 已有 沒有 基因修飾或基因合成 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 例例1：(2015江蘇,32)胰島素A、B鏈分別表達(dá)法是生產(chǎn)胰島素的方法之一。圖1是該方法所用的基因表達(dá)載體,圖 2表示利用大腸桿菌作為工程菌生產(chǎn)人胰島素的基本流程(融合蛋白A、B分別表示-半乳糖苷酶與胰島素A、B 鏈融合的蛋白)。請回答下列問題。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 (1)圖1基因表達(dá)

6、載體中沒有標(biāo)注出來的基本結(jié)構(gòu)是。 (2)圖1中啟動子是酶識別和結(jié)合的部位,有了它才能啟動目的基因的表達(dá);氨芐青霉素抗性 基因的作用是。 (3)構(gòu)建基因表達(dá)載體時必需的工具酶有。 (4)-半乳糖苷酶與胰島素A鏈或B鏈融合表達(dá),可將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱藏在內(nèi)部,其意義在于 。 (5)溴化氰能切斷肽鏈中甲硫氨酸羧基端的肽鍵,用溴化氰處理相應(yīng)的融合蛋白能獲得完整的A鏈或B鏈,且- 半乳糖苷酶被切成多個肽段,這是因?yàn)?(6)根據(jù)圖2中胰島素的結(jié)構(gòu),請推測每個胰島素分子中所含游離氨基的數(shù)量。你的推測結(jié)果是, 理由是 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 解析:本題考查基因工程及蛋白

7、質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。(1)一個完整的基因表達(dá)載體主要包括目的基因、復(fù)制原點(diǎn)、 啟動子、終止子、標(biāo)記基因等。圖1中沒有標(biāo)注的基本結(jié)構(gòu)是終止子。(2)啟動子是基因中的一段DNA序列,是 RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn),它啟動目的基因的表達(dá)。氨芐青霉素抗性基因是標(biāo)記基因,其作用是篩選含有重組質(zhì)粒 的大腸桿菌。(3)構(gòu)建基因表達(dá)載體時要將目的基因連接在運(yùn)載體上,所以必需的工具酶有限制酶和DNA連接酶 。(4)胰島素是在大腸桿菌內(nèi)生產(chǎn)的,將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱藏在內(nèi)部,可以防止胰島素的A、B鏈被 大腸桿菌體內(nèi)的蛋白酶降解。(5)溴化氰能切斷肽鏈中甲硫氨酸羧基端的肽鍵,用溴化氰處理相應(yīng)的融合蛋白能 獲得完整的

8、A鏈或B鏈,說明胰島素A、B鏈中不含甲硫氨酸。-半乳糖苷酶被切成多個肽段,說明其中含多個甲硫 氨酸。(6)從圖2可以看出胰島素分子由兩條肽鏈組成,所以每個胰島素分子至少含有兩個游離氨基,因?yàn)閮蓷l肽鏈 的一端各有一個游離的氨基,氨基酸的R基團(tuán)中可能還含有游離的氨基。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 答案:(1)終止子(2)RNA聚合作為標(biāo)記基因,將含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌篩選出來(3)限制酶和DNA連接 酶(4)防止胰島素的A、B鏈被菌體內(nèi)蛋白酶降解(5)-半乳糖苷酶中含多個甲硫氨酸,而胰島素A、B鏈中不 含甲硫氨酸(6)至少2個兩條肽鏈的一端各有一個游離的氨基,氨基酸R基團(tuán)中

9、可能還含有游離的氨基 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 對點(diǎn)訓(xùn)練對點(diǎn)訓(xùn)練1 1.(2015廣東揭陽一模)金茶花是中國特有的觀賞品種,但易得枯萎病?？茖W(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎病 的基因,通過下圖所示的方法培育出了抗枯萎病的新品種。下列敘述正確的是() A.圖中分別是基因表達(dá)載體、目的基因 B.形成的操作中使用的酶有限制酶、DNA聚合酶和DNA連接酶 C.在幼苗中檢測到抗枯萎病基因標(biāo)志著成功培育新品種 D.由培育至過程中,經(jīng)歷了脫分化和再分化過程 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 解析:圖中分別是質(zhì)粒和目的

10、基因,A項(xiàng)錯誤;形成的過程是基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程,操作中使用的酶 有限制酶和DNA連接酶,B項(xiàng)錯誤;在幼苗中檢測到抗枯萎病基因,說明目的基因已經(jīng)成功插入轉(zhuǎn)基因生物染色 體的DNA上,C項(xiàng)錯誤;由培育至過程中,運(yùn)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù),經(jīng)歷了脫分化和再分化過程,D項(xiàng)正確。 答案:D 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 2.(2015湖南懷化三模)請依據(jù)相關(guān)材料回答問題。 材料一:人類可利用轉(zhuǎn)基因番茄作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)人胰島素。所用的人胰島素基因是依據(jù)植物“偏愛”的密 碼子來設(shè)計所含的密碼子,通過人工合成若干DNA片段,拼接而成,并且在胰島素COOH端加上KDEL內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯 留序列,

11、避免胰島素在植物細(xì)胞中的降解。將該基因置于果實(shí)專一性啟動子的驅(qū)動之下通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法 轉(zhuǎn)入番茄中,在番茄的果實(shí)中表達(dá)人胰島素。 材料二:T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性,科學(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造,使其表達(dá)的T4溶菌酶的第 3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵,提高了T4溶菌酶的耐熱 性。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 (1)材料一中基因工程操作是采用的方法獲得目的基因的。獲得的人胰島素基因與人體細(xì)胞中 胰島素基因中編碼氨基酸的堿基序列不同,但兩者所編碼的蛋白質(zhì)中氨基酸序列相同,這是因?yàn)?。要想在體外獲得大量該目的

12、基因的片段,可以采用技術(shù)。 (2)根據(jù)上述描述,轉(zhuǎn)基因操作時所用的載體是,載體上的 可以轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞,并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。 (3)材料二屬于工程范疇。該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成 ,對進(jìn)行改造,或制造一種的技術(shù)。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 解析:(1)由題意“所用的人胰島素基因是依據(jù)植物偏愛的密碼子來設(shè)計所含的密碼子,通過人工合成若干 DNA片段,拼接而成”可知,材料一中基因工程操作是采用人工合成的方法來獲得目的基因。由于密碼子具有簡并 性(或一種氨基酸有多個密碼子),堿基序列不同的基因可以編碼出相同的蛋白質(zhì),所以獲得

13、的人胰島素基因與人體 細(xì)胞中胰島素基因中編碼氨基酸的堿基序列不同,但兩者所編碼的蛋白質(zhì)中氨基酸序列相同。欲在體外擴(kuò)增目 的基因,可以采用PCR技術(shù)。(2)依題意可知,轉(zhuǎn)基因操作時所用的載體是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒,載體上的T-DNA可以轉(zhuǎn) 移至受體細(xì)胞,并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。(3)由題意“科學(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造,使其 表達(dá)的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼帷笨芍?材料二屬于蛋白質(zhì)工程范疇。該工程是指以分子生物學(xué) 相關(guān)理論為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新蛋白質(zhì)的技術(shù)。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 答案:(1)

14、人工合成密碼子具有簡并性(或一種氨基酸有多個密碼子),基因序列不同,蛋白質(zhì)可以相同PCR (2)農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒T-DNA (3)蛋白質(zhì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)新蛋白質(zhì) 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 全能性 增殖 胰蛋白酶 蔗糖 葡萄糖 動物血清 動物血清 液體 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 原代 傳代 不能 無病毒 有毒物質(zhì)的毒性 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 細(xì)胞膜的流動性、細(xì)胞增殖 從注射特定抗原的免疫小鼠脾臟 中分離B淋巴細(xì)胞 聚乙二醇(PEG) 滅活的病毒 篩選與培養(yǎng) 免疫 篩選與培養(yǎng) 克服遠(yuǎn)緣雜交不親和 “生物導(dǎo)彈” 現(xiàn)代生物科技

15、專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 例例2：(2015天津理綜,7)DHA對腦神經(jīng)發(fā)育至關(guān)重要。以A、B兩種單細(xì)胞真核藻為親本,利用細(xì)胞融合技術(shù) 選育高產(chǎn)DHA融合藻。兩種藻特性如下表。 據(jù)表回答: (1)選育的融合藻應(yīng)具有A藻與B藻的優(yōu)點(diǎn)。 (2)誘導(dǎo)融合前需用纖維素酶處理兩種藻,其目的是獲得。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 (3)通過以下三步篩選融合藻,步驟可淘汰B藻,步驟可淘汰生長速率較慢的藻落,再通過步驟 獲取生產(chǎn)所需的融合藻。 步驟a:觀察藻落的大小 步驟b:用不含有機(jī)碳源(碳源生物生長的碳素來源)的培養(yǎng)基進(jìn)行光照培養(yǎng) 步驟c:測定DHA含量 (4)以獲得的

16、融合藻為材料進(jìn)行甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下圖。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 甲組條件下,融合藻產(chǎn)生H的細(xì)胞器是;丙組條件下產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是 。 與甲、丙兩組相比,乙組融合藻生長速率較快,原因是在該培養(yǎng)條件下 。甲、乙兩組DHA產(chǎn)量均較高,但實(shí)際生產(chǎn)中往往采用甲組的培養(yǎng)條件,其原因是 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 解析:本題主要考查植物細(xì)胞融合技術(shù)的原理及雜交植株的培養(yǎng)和篩選。 (1)分析表格可知,要以A、B兩種藻為親本培育高產(chǎn)DHA融合藻,則選育的融合藻不僅要具有A藻能產(chǎn)生DHA 和自養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn),還要具有B藻能快速生長的特點(diǎn)。(2)誘導(dǎo)融合前要

17、用纖維素酶處理,去掉兩種藻細(xì)胞的細(xì)胞壁,其 目的是獲得原生質(zhì)體。(3)B藻是異養(yǎng)的,只能利用有機(jī)碳源,所以步驟b可淘汰B藻;菌落的大小可衡量生長速率的 快慢,所以步驟a可淘汰生長速率較慢的菌落;在a、b步驟的基礎(chǔ)上再通過步驟c就可以獲取生產(chǎn)所用的融合藻。 (4)甲組條件是光照、無機(jī)物,所以融合藻產(chǎn)生H的生理過程有光合作用和細(xì)胞呼吸,因此其產(chǎn)生H的細(xì)胞器 是葉綠體和線粒體。丙組條件是黑暗、葡萄糖,產(chǎn)生ATP的生理過程只有細(xì)胞呼吸,所以丙組產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是 線粒體。由于融合藻既能光能自養(yǎng)又能異養(yǎng),而乙組的條件是光照和葡萄糖,所以與甲、丙兩組相比,乙組融合 藻生長速率較快。盡管甲、乙兩組DHA產(chǎn)

18、量都較高,但甲組的培養(yǎng)條件是光照和無機(jī)物,無需添加葡萄糖,這樣既 可降低成本,也可防止一些雜菌生長,所以實(shí)際生產(chǎn)中往往采用甲組的培養(yǎng)條件。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 答案:(1)產(chǎn)生DHA,自養(yǎng)特性快速生長 (2)原生質(zhì)體 (3)bac (4)線粒體、葉綠體線粒體融合藻既能光能自養(yǎng)又能異養(yǎng)融合藻利用光能和簡單的無機(jī)物即能生 長,不需添加葡萄糖,可降低成本,也可防止雜菌生長 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 3.克隆的三個層次 克隆有分子克隆、細(xì)胞克

19、隆和個體克隆三個層次。分子克隆是指將某一特定的DNA分子片段通過重組DNA技 術(shù)插入一個載體中,并在宿主細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制,得到的大量完全相同的該DNA片段,如基因工程中目的基因通 過PCR技術(shù)擴(kuò)增獲得的大量的目的基因;細(xì)胞克隆是指由一個單一的共同祖先細(xì)胞分裂所形成的純細(xì)胞系,其中 每個細(xì)胞的基因都相同,如雜交瘤細(xì)胞通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)獲得大量的雜交瘤細(xì)胞,就是細(xì)胞水平上的克隆;個體克 隆是指基因型完全相同的兩個或更多個個體組成的群體,如通過細(xì)胞核移植技術(shù)或胚胎分割移植技術(shù)獲得的個 體、克隆羊和通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的植株等。 現(xiàn)代生物科技專題基因工程和細(xì)胞 工程 考點(diǎn)一考點(diǎn)二 對點(diǎn)訓(xùn)練對點(diǎn)訓(xùn)練2 1.(2015北京東城區(qū)期末)細(xì)胞工程中,選擇合