(北京專用)2020版高考生物總復(fù)習(xí)第33講基因工程課件

第33講基因工程第33講基因工程1一、基因工程的概念理解二、DNA重組技術(shù)的基本工具三、基因工程的操作程序必備知識(shí)一、基因工程的概念理解必備知識(shí)突破1基因工程的操作工具突破2基因工程的操作步驟突破3基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程深化突破突破1基因工程的操作工具深化突破一、基因工程的概念理解1.供體:提供目的基因的個(gè)體。2.操作環(huán)境:①

無菌

。3.操作水平:②

DNA分子

水平。4.原理:基因重組。5.受體:表達(dá)目的基因的個(gè)體。必備知識(shí)一、基因工程的概念理解必備知識(shí)46.本質(zhì):基因在③

受體生物

體內(nèi)表達(dá)。7.優(yōu)點(diǎn):克服④

遠(yuǎn)緣雜交不親和

的障礙,定向改造生物的遺傳性狀。6.本質(zhì):基因在③

受體生物

體內(nèi)表達(dá)。5二、DNA重組技術(shù)的基本工具1.限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱:限制酶)(1)來源:主要是從⑤

原核

生物中分離純化出來的。(2)作用:識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定⑥

核苷酸序列

并使每條鏈

中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(3)結(jié)果:產(chǎn)生⑦

黏性末端

或平末端。二、DNA重組技術(shù)的基本工具62.DNA連接酶

3.載體(1)種類:⑩

質(zhì)粒

、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。(2)質(zhì)粒特點(diǎn)

常用類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源⑧

大腸桿菌

T4噬菌體功能連接黏性末端連接⑨

黏性末端和平末端

結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵

2.DNA連接酶

常用類型E·coliDNA連接酶T4DN7三、基因工程的操作程序目的基因的獲取

基因表達(dá)載體的構(gòu)建組成

三、基因工程的操作程序

?8將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞方法

目的基因的檢測(cè)與鑒定(北京專用)2020版高考生物總復(fù)習(xí)第33講基因工程課件9技術(shù)名稱應(yīng)用植物基因工程培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和

抗逆

轉(zhuǎn)基因植物;利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的品質(zhì)動(dòng)物基因工程提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度,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

的供體基因工程藥物利用轉(zhuǎn)基因的工程菌生產(chǎn)藥物,如細(xì)胞因子、抗體、疫苗等基因治療把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi),使其表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而治療疾病。分為體內(nèi)基因治療和體外基因治療四、基因工程的應(yīng)用技術(shù)名稱應(yīng)用植物基因工程培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和10五、蛋白質(zhì)工程1.崛起緣由:天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。2.目標(biāo):根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求,對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。3.操作手段:基因修飾或基因合成。4.設(shè)計(jì)流程: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(基因)。五、蛋白質(zhì)工程111.重組Ti質(zhì)粒的構(gòu)建需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA聚合酶參與。(?

)2.E·coliDNA連接酶既能連接平末端,又能連接黏性末端。

(?

)3.載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中,使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。

(√)4.表達(dá)載體的復(fù)制和胰島素基因的表達(dá)均啟動(dòng)于復(fù)制原(起)點(diǎn)。

(?

)5.胰島素基因表達(dá)載體中的胰島素基因可通過人肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得。

(?

)1.重組Ti質(zhì)粒的構(gòu)建需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA聚合酶參與126.可利用DNA分子雜交技術(shù)鑒定目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞。

(√)7.若要從植物甲中獲得耐旱基因,可首先建立該植物的基因組文庫(kù),再?gòu)?/p>

中篩選出所需的耐旱基因。

(√)8.為培育抗除草劑的作物新品種,導(dǎo)入抗除草劑基因時(shí)須以受精卵為受

體。

(?

)9.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長(zhǎng)激素的基因后,大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長(zhǎng)激素的變異可以遺傳。

(√)6.可利用DNA分子雜交技術(shù)鑒定目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞。1310.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行直接操作,定向改變

分子的結(jié)構(gòu)。

(?

)11.基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),而蛋白質(zhì)工程則可對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì)。

(√)10.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行直接操作,定向14突破1基因工程的操作工具深化突破1.確定限制酶的種類

突破1基因工程的操作工具深化突破1.確定限制酶的種類15(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類①應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲不能選擇SmaⅠ。③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PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類16(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致,以確保具有相同的黏性末端。②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SmaⅠ會(huì)破壞標(biāo)記基因;如果所選酶的切點(diǎn)不是一個(gè),則切割重組后可能丟失某些片段,若丟失的片段含復(fù)制起點(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。(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類172.限制酶與DNA連接酶的關(guān)系

易混辨析

(1)限制酶切割位點(diǎn)所處的位置必須是在所需的標(biāo)記基因之外,這樣才能保證標(biāo)記基因的完整性,有利于目的基因的檢測(cè)。(2)為使目的基因與載體形成相同的末端連接,通常使用同一種限制酶

將二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所產(chǎn)生的末端也存在

互補(bǔ)關(guān)系時(shí),則兩末端也可連接。2.限制酶與DNA連接酶的關(guān)系18(3)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾。(4)限制酶是一類酶,而不是一種酶。(5)DNA連接酶起作用時(shí),不需要模板。(3)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識(shí)19考向1以基礎(chǔ)判斷的形式,考查對(duì)基本工具的理解1.下列有關(guān)基因表達(dá)載體的敘述,不正確的是

(B)A.具有復(fù)制原點(diǎn),使目的基因能在受體細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)增B.具有啟動(dòng)子,使DNA聚合酶識(shí)別并開始轉(zhuǎn)錄C.具有標(biāo)記基因,有利于目的基因的檢測(cè)D.具有目的基因,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生特定的基因產(chǎn)物考向1以基礎(chǔ)判斷的形式,考查對(duì)基本工具的理解20解析

基因表達(dá)載體具有復(fù)制原點(diǎn)、啟動(dòng)子、目的基因、終止子和標(biāo)記基因,復(fù)制原點(diǎn)使目的基因能在受體細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)增。啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合的位點(diǎn)。標(biāo)記基因可用于鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因。目的基因表達(dá)可合成特定的基因產(chǎn)物。解析

基因表達(dá)載體具有復(fù)制原點(diǎn)、啟動(dòng)子、目的基因、終止子21考向2以實(shí)例分析或圖示分析的形式,考查對(duì)基本工具的理解2.(2018北京理綜)用XhoⅠ和SalⅠ兩種限制性核酸內(nèi)切酶分別處理同

一DNA片段,酶切位點(diǎn)及酶切產(chǎn)物分離結(jié)果如圖。以下敘述不正確的

是

()

圖1酶切位點(diǎn)圖考向2以實(shí)例分析或圖示分析的形式,考查對(duì)基本工具的理解22

圖2電泳結(jié)果示意圖A.圖1中兩種酶識(shí)別的核苷酸序列不同B.圖2中酶切產(chǎn)物可用于構(gòu)建重組DNAC.泳道①中是用SalⅠ處理得到的酶切產(chǎn)物D.圖中被酶切的DNA片段是單鏈DNA答案D

23解析

圖1中,兩種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)不同,說明兩種限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的核苷酸序列不同,A正確。圖2中,兩種酶的酶切產(chǎn)物都為DNA片段,都可用于構(gòu)建重組DNA,B正確。結(jié)合圖1的酶切位點(diǎn)圖,判斷兩種酶切DNA后得到的DNA片段數(shù);再結(jié)合泳道①②電泳結(jié)果知,泳道①是用SalⅠ處理得到的酶切產(chǎn)物,C正確。能被限制性核酸內(nèi)切酶酶切的DNA片段仍為雙鏈DNA,D錯(cuò)誤。解析

圖1中,兩種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)不同,說明兩24

突破2基因工程的操作步驟

1.目的基因的獲取(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)方法①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取突破2基因工程的操作步驟?1.目的基因的獲取25基因組文庫(kù)與部分基因文庫(kù)不同基因文庫(kù)類型基因組文庫(kù)部分基因文庫(kù)(cDNA文庫(kù))構(gòu)建基因文庫(kù)的過程某種生物全部DNA

許多DNA片段

受體菌群體某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNA

cDNA

受體菌群體基因組文庫(kù)與部分基因文庫(kù)不同基因文庫(kù)類型基因組文庫(kù)部分基因文26②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增a.原理:DNA雙鏈復(fù)制。b.需要的條件:模板DNA、引物、四種脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定DNA聚合

酶(Taq酶)。②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增27過程說明圖解變性當(dāng)溫度上升到90℃以上時(shí),雙鏈DNA解聚為單鏈

復(fù)性溫度下降到50℃左右,兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合

延伸72℃左右時(shí),TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新鏈由5'端向3'端延伸

c.過程:過程說明圖解變性當(dāng)溫度上升到90℃以上時(shí),雙鏈DNA解聚為28③人工合成a.化學(xué)合成法:針對(duì)已知核苷酸序列的較小基因。b.逆轉(zhuǎn)錄法:以RNA為模板,在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下人工合成。③人工合成292.基因表達(dá)載體的構(gòu)建(1)基因表達(dá)載體的組成及作用:

2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建30

(2)構(gòu)建過程:?(2)構(gòu)建過程:313.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞生物種類植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA上→導(dǎo)入農(nóng)桿菌→侵染植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的染色體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)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞生物種類植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞324.目的基因的檢測(cè)與鑒定4.目的基因的檢測(cè)與鑒定33

易混辨析

目的基因的插入點(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)插入啟動(dòng)子與終止子之間的部位。?易混辨析

目的基因的插入點(diǎn)不是隨意的:基因表達(dá)需要啟34考向1以基礎(chǔ)判斷或流程圖分析的形式,考查基因工程的操作程序1.(2017北京理綜)為了增加菊花花色類型,研究者從其他植物中克隆出

花色基因C(圖1),擬將其與質(zhì)粒(圖2)重組,再借助農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花中。下列操作與實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟环氖?/p>

(

)考向1以基礎(chǔ)判斷或流程圖分析的形式,考查基因工程的操作程序35A.用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒B.用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織,將C基因?qū)爰?xì)胞C.在培養(yǎng)基中添加卡那霉素,篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞D.用分子雜交方法檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上答案C解析

本題主要考查基因工程的相關(guān)知識(shí)。由于C基因兩端及質(zhì)粒上均存在限制酶EcoRⅠ的酶切位點(diǎn),因此,可采用限制酶EcoRⅠ和DNA連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒;用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織(即農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法),可以A.用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒36將C基因?qū)爰?xì)胞;由于質(zhì)粒上存在潮霉素抗性基因(標(biāo)記基因),因此,可以在培養(yǎng)基中添加潮霉素,篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞,C符合題意;可用分子雜交方法檢測(cè)C基因是否整合到菊花染色體上。將C基因?qū)爰?xì)胞;由于質(zhì)粒上存在潮霉素抗性基因(標(biāo)記基因),372.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅰ)回答下列問題:(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)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?/p>

為載體外,還證明了

(答出兩點(diǎn)即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^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、2.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅰ)回答下列問題:38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)純化的過程中應(yīng)添加

的抑

制劑。答案(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(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(或答噬菌體蛋白)細(xì)菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中,可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是39解析本題主要考查基因工程的相關(guān)知識(shí)。(1)體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞,且重組質(zhì)粒在不同細(xì)胞中能正常表達(dá),說明目的基因在不同細(xì)胞中的表達(dá)機(jī)制相同,生物界共用一套遺傳密碼。(2)基因工程中,受體細(xì)胞為大腸桿菌細(xì)胞時(shí),常用Ca2+處理大腸桿菌,使之處于感受態(tài),即Ca2+參與的轉(zhuǎn)化法。噬菌體DNA與外殼蛋白組裝成完整噬菌體。因噬菌體的宿主是細(xì)菌,故只有細(xì)菌可作為重組噬菌體的宿主細(xì)胞。(3)為防止目的基因表達(dá)的蛋白質(zhì)被破壞,可選用不能合成蛋白酶的大腸桿菌作為受體細(xì)胞,在蛋白質(zhì)純化過程中加入蛋白酶的抑制劑可以保護(hù)蛋白質(zhì)不被水解。解析本題主要考查基因工程的相關(guān)知識(shí)。(1)體外重組的質(zhì)粒可40考向2以實(shí)例分析或圖析形式考查PCR技術(shù)及其應(yīng)用3.(2018江蘇單科)為生產(chǎn)具有特定性能的α-淀粉酶,研究人員從某種海洋細(xì)菌中克隆了α-淀粉酶基因(1656個(gè)堿基對(duì)),利用基因工程大量制備α-淀粉酶,實(shí)驗(yàn)流程見圖。請(qǐng)回答下列問題:考向2以實(shí)例分析或圖析形式考查PCR技術(shù)及其應(yīng)用41(1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增α-淀粉酶基因前,需先獲得細(xì)菌的

。(2)為了便于擴(kuò)增的DNA片段與表達(dá)載體連接,需在引物的

端加上限制性酶切位點(diǎn),且常在兩條引物上設(shè)計(jì)加入不同的限制性酶切位點(diǎn),主要目的是

。(3)進(jìn)行擴(kuò)增時(shí),反應(yīng)的溫度和時(shí)間需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)定,下列選項(xiàng)

中

的設(shè)定與引物有關(guān),

的設(shè)定與擴(kuò)增片段的長(zhǎng)度有關(guān)。(填序號(hào))①變性溫度②退火溫度③延伸溫度④變性時(shí)間

⑤退火時(shí)間⑥延伸時(shí)間(1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增α-淀粉酶基因前,需先獲得細(xì)菌的42(4)下圖表示篩選獲得的工程菌中編碼α-淀粉酶的mRNA的部分堿基序列:5'-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3'圖中虛線框內(nèi)mRNA片段包含

個(gè)密碼子,如虛線框后的序列未知,預(yù)測(cè)虛線框后的第一個(gè)密碼子最多有

種。(5)獲得工程菌表達(dá)的α-淀粉酶后,為探究影響酶活性的因素,以濃度為1%的可溶性淀粉為底物測(cè)定酶活性,結(jié)果如下:(4)下圖表示篩選獲得的工程菌中編碼α-淀粉酶的mRNA的43緩沖液50mmol/LNa2HPO4-KH2PO4

50mmol/LTris-HCl

50mmol/LGly-NaOH

pH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相對(duì)活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,初步判斷該α-淀粉酶活性最高的條件為

。緩沖液50mmol/LNa2HPO4-KH2PO4

44答案(1)基因組DNA(2)5'使DNA片段能定向插入表達(dá)載體,減少自連(3)②⑥(4)813(5)pH為8.5,緩沖液為50mmol/LTirs-HCl解析(1)由題干信息可知某種海洋細(xì)菌含有α-淀粉酶基因,因此在擴(kuò)增α-淀粉酶基因前需先從細(xì)菌中提取細(xì)菌的基因組DNA。(2)由于引物的作用是引導(dǎo)子鏈的延伸,將脫氧核苷酸連接到引物上時(shí),是與引物的3'端相連的,答案(1)基因組DNA45由此確定需在引物的5'端加上限制性酶切位點(diǎn)。常在兩條引物上加入不同的限制酶切位點(diǎn)的主要目的是使DNA片段能定向插入表達(dá)載體,防止自身相連。(3)進(jìn)行PCR擴(kuò)增時(shí),退火的溫度與引物長(zhǎng)短和堿基種類有關(guān)。延伸時(shí)間長(zhǎng)短的設(shè)定與擴(kuò)增片段的長(zhǎng)度有關(guān)。(4)密碼子是指mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基,該mRNA上5'端為AUG(起始密碼子),因此依據(jù)三個(gè)堿基是一個(gè)密碼子來分析圖中虛線框中的堿基,可得出共有8個(gè)密碼子。由于虛線框后的第一個(gè)密碼子已經(jīng)固定為U,因此還有2個(gè)堿基未知,共可能有的種數(shù)為4×4=16,又因?yàn)閁AG、UGA、UAA為終止密碼子,因此決由此確定需在引物的5'端加上限制性酶切位點(diǎn)。常在兩條引物上加46定氨基酸的密碼子最多有13種。(5)據(jù)表格數(shù)據(jù)可知:α-淀粉酶在pH為8.5、緩沖液為50mmol/LTris-HCl的條件下相對(duì)活性為99.5%,初步判斷此條件下酶活性最高。定氨基酸的密碼子最多有13種。(5)據(jù)表格數(shù)據(jù)可知:α-淀粉47

突破3基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程1.抗蟲棉的培育(1)目的基因:Bt毒蛋白基因。(2)抗蟲原理:Bt毒蛋白水解成多肽與腸上皮細(xì)胞結(jié)合,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜穿

孔,細(xì)胞腫脹破裂,最后造成害蟲死亡。注:Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌。?突破3基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程1.抗蟲棉的培育48(3)受體細(xì)胞

(4)方法:花粉管通道法(也可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法或基因槍法)。2.動(dòng)物反應(yīng)器(1)外源基因:藥用蛋白基因。(2)表達(dá)條件:藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因(膀胱內(nèi)表達(dá)的相應(yīng)基因)+啟

動(dòng)子。(3)受體生物——牛、羊等。(3)受體細(xì)胞?49(4)方法:顯微注射法。(5)種類:乳腺反應(yīng)器和膀胱反應(yīng)器。前者受動(dòng)物性別(只能是雌性)和年齡(哺乳期)限制,優(yōu)點(diǎn)是不用提取可直接服用;后者需提取后服用,但不受動(dòng)物性別和年齡的限制。3.基因檢測(cè)和基因治療的比較基因檢測(cè)制作相應(yīng)探針,利用DNA分子雜交原理,快速、準(zhǔn)確檢測(cè)人類某種疾病;制作探針三要求:①標(biāo)記——同位素或熒光;②單鏈;③序列與待測(cè)基因相同基因治療把正常的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,可分為體外基因治療和體內(nèi)基因治療兩種方法(4)方法:顯微注射法?；驒z測(cè)制作相應(yīng)探針,利用DNA分子504.蛋白質(zhì)工程(1)蛋白質(zhì)工程崛起的緣由:基因工程只能生產(chǎn)出天然蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工

程是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)。(2)實(shí)質(zhì):根據(jù)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能之間的關(guān)系,通過

基因修飾或基因合成,以定向改造天然蛋白質(zhì),甚至創(chuàng)造自然界不存在

的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)。

4.蛋白質(zhì)工程51(3)基本原理:(4)應(yīng)用

(3)基本原理:525.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目

蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)氨基酸序列→推測(cè)脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(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(基因的異體表達(dá))

結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程,因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì),必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)

5.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目

蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)過程53考向1以實(shí)例分析的形式,考查基因工程的應(yīng)用1.(2018天津理綜)甲型流感病毒為RNA病毒,易引起流感大規(guī)模流行。

我國(guó)科學(xué)家在2017年發(fā)明了一種制備該病毒活疫苗的新方法,主要環(huán)節(jié)

如下。(1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主細(xì)胞內(nèi)的增殖能力。以病毒RNA為模板,逆轉(zhuǎn)錄成對(duì)應(yīng)DNA后,利用

技術(shù)擴(kuò)增,并將其中某些考向1以實(shí)例分析的形式,考查基因工程的應(yīng)用54基因(不包括表面抗原基因)內(nèi)個(gè)別編碼氨基酸的序列替換成編碼終止密碼子的序列。與改造前的基因相比,改造后的基因表達(dá)時(shí)不能合成完整長(zhǎng)度的

,因此不能產(chǎn)生子代病毒。將該改造基因、表面抗原等其他基因分別構(gòu)建重組質(zhì)粒,并保存。(2)構(gòu)建適合改造病毒增殖的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。設(shè)計(jì)合成一種特殊tR-NA的基因,其產(chǎn)物的反密碼子能與(1)中的終止密碼子配對(duì)結(jié)合,并可攜帶一個(gè)非天然氨基酸(Uaa)。將該基因與

連接后導(dǎo)入宿主細(xì)胞。提取宿主細(xì)胞的

進(jìn)行分子雜交鑒定,篩選獲得成功表達(dá)上述tRNA的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。基因(不包括表面抗原基因)內(nèi)個(gè)別編碼氨基酸的序列替換成編碼終55(3)利用轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞制備疫苗。將(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(2)中的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞,并在補(bǔ)加

的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),則該宿主細(xì)胞能利用上述特殊tRNA,翻譯出改造病毒基因的完整蛋白,產(chǎn)生大量子代病毒,用于制備疫苗。特殊tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí),識(shí)別其啟動(dòng)子的酶是

(單選)。A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶(3)利用轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞制備疫苗。將(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(56(4)上述子代病毒不能在正常宿主細(xì)胞中增殖,沒有致病性,因此不經(jīng)滅活或減毒即可制成疫苗。與不具侵染性的流感病毒滅活疫苗相比,該病毒活疫苗的優(yōu)勢(shì)之一是可引起

免疫,增強(qiáng)免疫保護(hù)效果。答案

(1)PCR多肽(或蛋白質(zhì))(2)載體總RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)細(xì)胞解析本題主要考查基因工程的相關(guān)知識(shí)。(1)利用PCR技術(shù)體外擴(kuò)增DNA。若將基因中個(gè)別編碼氨基酸的序列替換為編碼終止密碼子的序列,則(4)上述子代病毒不能在正常宿主細(xì)胞中增殖,沒有致病性,因此57改造后的基因轉(zhuǎn)錄合成的mRNA中,終止密碼子提前出現(xiàn),將不能控制合成完整長(zhǎng)度的多肽(或蛋白質(zhì))。(2)目的基因只有與載體連接后才能導(dǎo)入宿主細(xì)胞?？商崛∷拗骷?xì)胞的總RNA進(jìn)行分子雜交鑒定,以篩選獲得成功表達(dá)題述tRNA的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。(3)由(2)知,轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞含有的特殊tRNA基因轉(zhuǎn)錄的tRNA,該tRNA的反密碼子可與終止密碼子配對(duì),并可攜帶非天然氨基酸(Uaa),所以培養(yǎng)基中需補(bǔ)加非天然氨基酸(Uaa)。病毒中的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí),識(shí)別其啟動(dòng)子的酶是宿主的RNA聚合酶。(4)因該病毒疫苗具有侵染性,故可引起細(xì)胞免疫。改造后的基因轉(zhuǎn)錄合成的mRNA中,終止密碼子提前出現(xiàn),將不能582.(2018北京海淀期末)抗生素耐藥性是微生物的一種自然進(jìn)化過程?，F(xiàn)在我們使用的抗生素大多來自放線菌(一種與細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)類似的原核生物)。研究發(fā)現(xiàn),病原細(xì)菌的耐藥基因往往是通過圖1所示機(jī)理獲得的。

圖1

2.(2018北京海淀期末)抗生素耐藥性是微生物的一種自然進(jìn)59(1)病原細(xì)菌通過接合方式將自己質(zhì)粒上的一段DNA序列a轉(zhuǎn)移到放線

菌細(xì)胞中,放線菌的抗生素耐藥基因“跳躍”至病原細(xì)菌的DNA序列

上,與病原細(xì)菌的DNA發(fā)生

,形成b。(2)放線菌裂解死亡后,b會(huì)釋放到環(huán)境中。病原細(xì)菌從周圍環(huán)境中吸收

b,這一過程稱為細(xì)菌的

。(3)病原細(xì)菌將吸收的b整合到自己的

上,從而獲得抗生素耐藥

性。序列a在耐藥基因轉(zhuǎn)移過程中所起的作用是

。(1)病原細(xì)菌通過接合方式將自己質(zhì)粒上的一段DNA序列a轉(zhuǎn)移60(4)病原細(xì)菌產(chǎn)生抗生素耐藥性的主要機(jī)理如圖2所示。據(jù)圖可知,病原

細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的途徑有

。

圖2

(4)病原細(xì)菌產(chǎn)生抗生素耐藥性的主要機(jī)理如圖2所示。據(jù)圖可知61(5)研究發(fā)現(xiàn),由于抗生素的大量生產(chǎn)和濫用,導(dǎo)致人類腸道中病原細(xì)菌

的耐藥性不斷增強(qiáng),從進(jìn)化的角度分析細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)的原因是

。(6)由于抗生素在醫(yī)療以及養(yǎng)殖業(yè)中的大量使用,環(huán)境中出現(xiàn)了大量抗性污染熱點(diǎn)區(qū),抗性基因可以通過多種直接或間接的傳播途徑最終進(jìn)入水體和土壤。請(qǐng)你提出一項(xiàng)應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性蔓延的措施:

。(5)研究發(fā)現(xiàn),由于抗生素的大量生產(chǎn)和濫用,導(dǎo)致人類腸道中病62答案(1)DNA(基因)重組(2)轉(zhuǎn)化(3)擬核基因載體(4)通過(特異性或多重耐藥)外排泵將抗生素排出細(xì)胞,降低胞內(nèi)抗生素濃度而表現(xiàn)出抗性;通過對(duì)抗生素靶位點(diǎn)的修飾,使抗生素?zé)o法與之結(jié)合而表現(xiàn)出抗性;通過抗生素失活酶使抗生素降解,失去功能(5)抗生素對(duì)病原細(xì)菌的選擇作用,導(dǎo)致病原細(xì)菌中耐藥基因頻率增大(6)①管理或減少抗生素的生產(chǎn)、使用及向自然環(huán)境的排放;②監(jiān)測(cè)醫(yī)院、答案(1)DNA(基因)重組63養(yǎng)殖場(chǎng)院、養(yǎng)殖場(chǎng)等周圍環(huán)境中細(xì)菌的抗生素耐藥性;③研制新型替代藥物;④加強(qiáng)抗生素耐藥性相關(guān)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,消除和緩解耐藥性的發(fā)生和傳播;⑤加強(qiáng)科普宣傳,提高公眾的認(rèn)識(shí),避免抗生素濫用解析(1)由題干可知,放線菌中的抗生素耐藥基因“跳躍”至病原細(xì)菌的DNA序列上,類似于基因工程中將目的基因和載體相結(jié)合的過程,原理是基因重組。(2)病原細(xì)菌從周圍環(huán)境中吸收b,這一過程類似于基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,稱之為目的基因的轉(zhuǎn)化。(3)病原細(xì)菌屬于原核細(xì)胞,沒有染色體,只能將吸收的b整合到自己的擬核DNA上,從而獲得抗生素養(yǎng)殖場(chǎng)院、養(yǎng)殖場(chǎng)等周圍環(huán)境中細(xì)菌的抗生素耐藥性;③研制新型替64耐藥性?？梢?序列a在耐藥基因轉(zhuǎn)移過程中作為載體。(4)由圖2可知,病原細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的途徑有:細(xì)菌細(xì)胞膜上有特異性外排泵和多重耐藥外排泵,可以把進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)的抗生素通過外排泵排出細(xì)胞,降低胞內(nèi)抗生素濃度而表現(xiàn)出抗性;細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有抗生素靶位點(diǎn)修飾酶,通過對(duì)抗生素靶位點(diǎn)的修飾,使抗生素?zé)o法與之結(jié)合而表現(xiàn)出抗性;細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有抗生素失活酶,通過抗生素失活酶使抗生素降解,失去功能。(5)進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變,抗生素對(duì)病原細(xì)菌的選擇作用,導(dǎo)致病原細(xì)菌中耐藥基因頻率耐藥性?？梢?序列a在耐藥基因轉(zhuǎn)移過程中作為載體。(4)由圖65增大。(6)對(duì)應(yīng)抗生素耐藥性蔓延的措施可以有:①管理或減少抗生素的生產(chǎn)、使用及向自然環(huán)境的排放;②監(jiān)測(cè)醫(yī)院、養(yǎng)殖場(chǎng)等周圍環(huán)境中細(xì)菌的抗生素耐藥性;③研制新型替代藥物;④加強(qiáng)抗生素耐藥性相關(guān)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,消除和緩解耐藥性的發(fā)生和傳播;⑤加強(qiáng)科普宣傳,提高公眾的認(rèn)識(shí),避免抗生素濫用。增大。(6)對(duì)應(yīng)抗生素耐藥性蔓延的措施可以有:①管理或減少抗66考向2以實(shí)例分析的形式,考查蛋白質(zhì)工程及其應(yīng)用3.(2018課標(biāo)全國(guó)Ⅱ)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會(huì)發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測(cè)細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5'末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡(jiǎn)稱為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的示意圖如下,圖中E1~E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?！麰1↑E2↑E3↑E4啟動(dòng)子L1基因GFP基因終止子考向2以實(shí)例分析的形式,考查蛋白質(zhì)工程及其應(yīng)用啟動(dòng)子L1基67

回答下列問題:(1)據(jù)圖推斷,該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時(shí),使用了兩種限制酶,這兩種酶

是

。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證

,也是為

了保證

。(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后,若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了

和

過程。(3)為了獲得含有甲的牛,該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的

移入牛的

中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。

68(4)為了檢測(cè)甲是否存