專題一 基因工程復(fù)習(xí)課

專題1基因工程一、基因工程的工具及其操作程序1．基因工程的基本工具作用作用部位限制酶DNA連接酶載體切割目的基因和載體連接DNA片段，形成重組DNA攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞核苷酸的脫氧核糖與磷酸間形成的磷酸二酯鍵限制酶DNA連接酶載體作用特點(diǎn)(條件)常用類型(1)識(shí)別特定的核苷酸序列(2)在特定位點(diǎn)上切割(1)E·coliDNA連接酶只連接黏性末端(2)T4DNA連接酶連接黏性末端和平末端(1)能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在并大量復(fù)制(2)有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(3)具有特殊的標(biāo)記基因EcoRⅠ限制酶SmaⅠ限制酶E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒1.限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾。2.DNA連接酶起作用時(shí)不需要模板。2.載體(1)作用①將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。(2)具備的條件①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制。②有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)。③具有特殊的標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。1.獲取目的基因和切割載體時(shí)使用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。2.獲取一個(gè)目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端。3.限制酶切割位點(diǎn)的選擇必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測(cè)和篩選。2.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲?、?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取目的基因優(yōu)點(diǎn)：有了基因文庫(kù)，就可以隨時(shí)從中提取所需要的目的基因，引入受體細(xì)胞使之表達(dá)。目的基因的獲取

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②人工合成目的基因③利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因a．PCR：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)。PCR擴(kuò)增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進(jìn)行分子鑒定和檢測(cè)的一種很靈敏的方法。b．目的：通過(guò)指數(shù)式擴(kuò)增獲取大量的目的基因。(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建①目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法

(1)一般來(lái)說(shuō)，天然載體往往不能滿足人類的所有要求，因此人們根據(jù)不同的目的和需要，需要對(duì)某些天然的載體進(jìn)行人工改造。(2)插入的目的基因的表達(dá)需要調(diào)控序列，因而用作載體的質(zhì)粒的插入部位之前需有啟動(dòng)子，之后需有終止子。1．(2009年濰坊模擬)質(zhì)粒作為“分子運(yùn)輸車”的條件是 (

)①能夠自我復(fù)制②雙鏈環(huán)狀DNA分子③有多個(gè)限制酶切點(diǎn)④有標(biāo)記基因⑤真核細(xì)胞中沒有A．①②③④⑤

B．①②③④C．①③④

D．②③⑤【答案】

C2．(2009年南通調(diào)研)下列關(guān)于基因表達(dá)載體構(gòu)建的相關(guān)敘述，不正確的是

(

)A．需要限制酶和DNA連接酶B．必須在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行C．抗生素抗性基因可作為標(biāo)記基因D．啟動(dòng)子位于目的基因的首端【答案】

B(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞①目的：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。②受體細(xì)胞種類不同，導(dǎo)入方法不同。受體細(xì)胞種類方法植物細(xì)胞①農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→穩(wěn)定維持和表達(dá)②基因槍法③花粉管通道法受體細(xì)胞種類方法動(dòng)物細(xì)胞顯微注射法：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→新性狀動(dòng)物微生物細(xì)胞Ca2＋處理受體細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子③受體生物不同，所用的受體細(xì)胞種類也不相同。a．植物：可以是卵細(xì)胞(受精卵)、體細(xì)胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整植株)。b．動(dòng)物：受精卵(因?yàn)轶w細(xì)胞的全能性受到嚴(yán)格限制)。④轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)：目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中?；蚬こ讨惺荏w細(xì)胞的選擇基因工程的目的不同，可選用的受體細(xì)胞不同。(1)培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，受體細(xì)胞一般選用受精卵。(2)培育轉(zhuǎn)基因植物，受體細(xì)胞可選用受精卵或體細(xì)胞，若選用體細(xì)胞，再通過(guò)植物組織培養(yǎng)，即可獲得轉(zhuǎn)基因植株。(3)若生產(chǎn)基因工程藥品，受體細(xì)胞一般選用細(xì)菌，利用細(xì)菌繁殖速度快的特點(diǎn)，可在短期內(nèi)獲得大量產(chǎn)品。(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定類型步驟檢測(cè)內(nèi)容方法結(jié)果顯示分子檢測(cè)導(dǎo)入檢測(cè)目的基因是否插入受體細(xì)胞染色體的DNA上表達(dá)檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)DNA分子雜交技術(shù)(DNA和DNA之間)核酸分子雜交技術(shù)(DNA和mRNA之間)蛋白質(zhì)分子雜交(抗原和抗體之間)是否成功顯示出雜交帶同上同上個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定①抗蟲或抗病的接種實(shí)驗(yàn)②基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品活性的比較【例2】

(2009·福建高考·T32)轉(zhuǎn)基因抗病香蕉的培育過(guò)程如圖所示。質(zhì)粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四種限制酶切割位點(diǎn)。請(qǐng)回答：(1)構(gòu)建含抗病基因的表達(dá)載體A時(shí)，應(yīng)選用限制酶__________________，對(duì)_________________

進(jìn)行切割。(2)培養(yǎng)基中的卡那霉素會(huì)抑制香蕉愈傷組織細(xì)胞的生長(zhǎng)，欲利用該培養(yǎng)基篩選已導(dǎo)入抗病基因的香蕉細(xì)胞，應(yīng)使基因表達(dá)載體A中含有______________，作為標(biāo)記基因。PstⅠ、EcoRⅠ含抗病基因的DNA、質(zhì)?？箍敲顾鼗?.使用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒時(shí)，既要保證形成相同黏性末端，又要考慮保證目的基因和質(zhì)粒中的標(biāo)記基因的完整性。2.標(biāo)記基因是鑒別受體細(xì)胞中是否含目的基因的依據(jù)。利用質(zhì)粒作載體時(shí)往往利用其上的某抗性基因作標(biāo)記基因，又可利用其抗性在適當(dāng)?shù)倪x擇培養(yǎng)基上選擇培養(yǎng)。二、基因工程的應(yīng)用成果及蛋白質(zhì)工程1．基因工程的應(yīng)用成果(1)乳腺生物反應(yīng)器與微生物生產(chǎn)的比較類型項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器微生物生產(chǎn)基因結(jié)構(gòu)動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)相同與人類基因結(jié)構(gòu)不同基因表達(dá)與天然蛋白質(zhì)活性沒有區(qū)別由于缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，產(chǎn)物可能不具有生物活性產(chǎn)物提取從乳汁中較易分離提取從細(xì)胞中提取，較為復(fù)雜生產(chǎn)設(shè)備畜牧業(yè)生產(chǎn)，加工提取設(shè)備工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)備精良(2)基因治療

項(xiàng)目類型

外源基因類型及舉例過(guò)程特點(diǎn)成果舉例體外基因治療腺苷酸脫氨酶基因①?gòu)牟∪梭w內(nèi)獲得某種細(xì)胞②細(xì)胞培養(yǎng)③體外完成基因轉(zhuǎn)移④篩選并擴(kuò)增培養(yǎng)⑤重新輸入患者體內(nèi)操作復(fù)雜，但成功率高治療復(fù)合型免疫缺陷癥體內(nèi)基因治療治療遺傳性囊性纖維化病的基因外源基因―→載體攜帶體內(nèi)相應(yīng)組織細(xì)胞操作簡(jiǎn)單，成功率低治療遺傳性囊性纖維化病

基因治療是治療人類遺傳病的根本方法，但由于尚未全面了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理，基因治療只處于初期的臨床試驗(yàn)階段。2．蛋白質(zhì)工程(1)概念：是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(2)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→找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。(3)蛋白質(zhì)工程與基因工程比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過(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→找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)一般是生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(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。對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)

蛋白質(zhì)工程的實(shí)施步驟(蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)即“中心法則”的逆推：4．(2010年南京調(diào)研)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，正確的是 (

)A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作B．蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子C．對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造相應(yīng)的mRNA來(lái)實(shí)現(xiàn)的D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然