高中生物選修三專(zhuān)題基因工程復(fù)習(xí)

關(guān)于高中生物選修三專(zhuān)題基因工程復(fù)習(xí)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第2頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天限制酶DNA連接酶載體作用特點(diǎn)(條件)常用類(lèi)型學(xué).科.網(wǎng)zxxk.(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)植物病毒第3頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天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。第4頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天【例1】

(2010·江蘇高考·T27)下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSma

Ⅰ識(shí)別序列及切割位點(diǎn)G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC第5頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有________個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。(2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越________。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________。(4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止________。限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSma

Ⅰ識(shí)別序列及切割位點(diǎn)G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC0,2高SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化第6頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入________________酶。(6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了________。(7)為了從cDNA文庫(kù)中分離獲取蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在________________________的培養(yǎng)基因培養(yǎng)，以完成目的基因表達(dá)的初步檢測(cè)。限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSma

Ⅰ識(shí)別序列及切割位點(diǎn)G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCCDNA連接鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞蔗糖為唯一含碳營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)第7頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天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。學(xué).科.網(wǎng)zxxk.第8頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲取①?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)與鑒定第9頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天②人工合成目的基因第10頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天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)建學(xué).科.網(wǎng)zxxk.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。第11頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法第12頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(1)一般來(lái)說(shuō)，天然載體往往不能滿(mǎn)足人類(lèi)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。第13頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．(2009年濰坊模擬)質(zhì)粒作為“分子運(yùn)輸車(chē)”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(méi)有A．①②③④⑤ B．①②③④C．①③④ D．②③⑤【答案】

C第14頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．(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第15頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(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(lèi)不同，導(dǎo)入方法不同。受體細(xì)胞種類(lèi)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花粉管通道法第16頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天受體細(xì)胞種類(lèi)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分子第17頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天③受體生物不同，所用的受體細(xì)胞種類(lèi)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。第18頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因工程中受體細(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。第19頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定類(lèi)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第20頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定①抗蟲(chóng)或抗病的接種實(shí)驗(yàn)②基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品活性的比較第21頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天【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)粒抗卡那霉素基因第22頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.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)。第23頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲(chóng)晶體蛋白基因(簡(jiǎn)稱(chēng)Bt基因)及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物的圖解。請(qǐng)分析回答：(1)寫(xiě)出b過(guò)程的表達(dá)式________________________。(2)人工合成目的基因的方法有①________；②________。(3)將目的基因和載體(質(zhì)粒)結(jié)合的工具酶有________酶和________酶。(4)科學(xué)家計(jì)劃從哺乳動(dòng)物的乳汁中提取某種抗體，應(yīng)將控制抗體合成的基因?qū)朐摲N動(dòng)物的________中，導(dǎo)入基因成功表達(dá)的標(biāo)志是________?！敬鸢浮?1)Bt基因mRNA原毒素(晶體蛋白)

(2)①反轉(zhuǎn)錄法②化學(xué)合成法(3)限制性核酸內(nèi)切DNA連接(4)受精卵動(dòng)物乳汁中含此種抗體第24頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、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)的比較第25頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天類(lèi)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(lèi)基因結(jié)構(gòu)相同與人類(lèi)基因結(jié)構(gòu)不同基因表達(dá)與天然蛋白質(zhì)活性沒(méi)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)備精良第26頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天 乳腺生物反應(yīng)器受生物性別的限制，若從動(dòng)物尿液中提取目的基因產(chǎn)物則不受性別限制。第27頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)基因治療項(xiàng)目類(lèi)型外源基因類(lèi)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第28頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天 基因治療是治療人類(lèi)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。第29頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(mǎn)足人類(lèi)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。第30頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(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(lèi)所需蛋白質(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)型或生物產(chǎn)品結(jié)果生產(chǎn)自然界沒(méi)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)第31頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天 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：第32頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答：(1)將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是______________。(2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入____________________中，原因是_____________________________________。顯微注射技術(shù)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎細(xì)胞)具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá)第33頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)通常采用___