專題1基因工程知識點梳理(含教材答案)VIP

1發(fā)現(xiàn)DNA術的發(fā)明DNA實現(xiàn)因工程是在基因產(chǎn)物2﹡意義：能夠打破生物種屬的界限(即打破生殖隔離，克服遠源雜交不親和的障礙)，在分子水平上(1)基因工程的物質基礎是：所有生物的DNA均由四種脫氧核苷酸組成。(2)基因工程的結構基礎是：所有生物的DNA均為雙螺旋結構。 程的基本工具限制酶)(1)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。(2)功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸(3)結果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端(回文結構特點)。①A(2)功能：恢復被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。同點：都縫合磷酸二酯鍵A3DNA片段上 酸氫鍵分子運輸車”——載體(1)作用：(2)載體具備的條件：，供外源DNA片段插入。DNA的鑒定和選擇。(3)最常用的載體是質粒。(4)其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒4．在進行基因工程操作中，真正被用作載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行過人工【答案與提示】(一)思考與探究2.聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？霉菌中提取出來的，它們各自可以DNA。細菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因為微生物在長期的進化4過程中形成了一套完善的防御機制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移A (3)載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。 (4)載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。 (5)載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操ADNA(二)尋根問底1.根據(jù)你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成了一套完善雙鏈DNA的缺口(nick)，而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵(在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團的羥基之間形成)，那么，二者的差別主要 (1)DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA DNADNA鏈互補的DNA5(三)模擬制作討論題2.如果你操作失誤，堿基不能配對?？赡苁鞘裁丛蛟斐傻?？提示：可能是剪切位點或連接位點選得不對(也可能是其他原因)。(四)旁欄思考題想一想，具備什么條件才能充當“分子運輸車”？無害等?！局R拓展】制酶所識別的序列有什么特點？都可以找到一條中心軸線(圖1-1)，中軸線兩側的雙鏈決定的。3.DNA連接酶連接的是什么部位？6因工程的基本操作程序體的構建，將目的基因導入受體細胞，目。非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游基因結構與真核細胞的基因結構的異同點內含質的序列(1)原核細胞基因的結構7非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)終止子啟動子終止子RNA聚合酶結合位點核苷酸序列:NARNA(2)真核細胞基因的結構非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動子編碼區(qū)下游啟動子內含子內含子(不能編碼蛋白質)(能編碼蛋白質)調控遺傳信息的表達(調控序列)的基因的獲取方法：、cDNA文庫)①將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物DNADNA圍大小的DNA片段，然后將這些片段分別與載體連接起來，導入受體菌的群體中儲存，每個受體菌都含有了一段不同的DNA生物的所有基因。這種基因文庫叫基因組文庫。8小大動子無有含子無有因因因交流(2)用化學方法直接人工合成目的基因轉錄成的mRNA單鏈DNA雙鏈DNA(目成DNA法:蛋白質中氨基酸的序列mRNA中的DNA的基因(3)用PCR技術擴增目的基因(1)PCR是聚合酶鏈性反應的縮寫，發(fā)明人：穆里斯等人(2)原理：DNA雙鏈復制(4)前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根據(jù)這一序列合成引物。(5)條件：(6)過程：0~95℃，DNA解鏈；雙鏈DNA模板在熱作用下，氫鍵斷裂，形成單鏈DNA 數(shù)形式擴增A等不同點化核內酶第二步：基因表達載體的構建(核心)9(1)啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能(2)終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端。(3)標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。建步驟：用同一種限制酶切割目的基因和載體，從而產(chǎn)生相同的黏性末端，再用DNA連接酶連接。特別提示】第三步：將目的基因導入受體細胞_2.將目的基因導入受體細胞：、枯草桿菌等。細胞的途徑?；椒ǎ?1)將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法點：易感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力(2)將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵(也可以是卵細胞)。(3)將目的基因導入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌，其轉化方法是：先用Cg2+處理細胞，使其成為感法是：首先用用鈣離子處理細胞，使細胞處于一種能吸收A將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→物植物：可以是受精卵、體細胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成完整個體)抗病的接種實驗。霉素抗性基因，當這種質粒與外源DNA組合在一起形成重組質粒，并DNA細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達過程。例原因，可以按照人們的意愿定向改造生物；育種周期短?！敬鸢负吞崾尽?一)思考與探究1.作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務嗎？為什么？需要有其他控制元件，如啟動子、終止 cDNA 子等； (5)有時需要確定目的基因表達的產(chǎn)物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標識存在部位的基因 將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？若想將一個抗病基因導入單子葉植物，如小麥，從理論上說，你應該如何做？Ti轉化最多。根瘤農(nóng)桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據(jù)不完全統(tǒng)計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質和糖類要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因為導的物質，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏(趨化性)和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)(誘導)的基因，使T-DNA轉移并基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？和高爾基復合體上加工完成的，內質網(wǎng)，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β-珠蛋白，想一想，應如何進行設計？ (1)從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列(cDNA)。 (3)將表達載體導入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果表 。(二)求異思維提示：1970年，特明(H.M.Temin)和巴爾的摩(D.Baltimore)證實了RNA病毒中含有一種能將RNA是反向的，所以稱為反轉錄酶(reversetranscriptase)。NAA(三)尋根問底1.為什么要構建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內提取不行嗎？2.將目的基因直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，結果會怎樣？【知識拓展】。第一步：將反應體系(包括雙鏈模板、引物、耐高溫的DNA聚合酶、四種脫氧核糖核苷酸以及酶促反應加熱至90~95℃，使雙鏈DNA模板兩條鏈之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為互補第二步：將反應體系降溫至55~60℃，使兩種引物分別與模板DNA鏈3′端的互補序列互補配對，這個第三步：將反應體系升溫至70~75℃，在耐高溫的DNA聚合酶催化作用下，將與模板互補的單個核苷成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復次數(shù)的增多，DNA分子就以2n2.如何從基因文庫中找到所需要的基因？第二步，將基因文庫中的所有菌落轉移至硝酸纖維膜上(也可以用其他類型的膜)，然后，通過處理溶解3.基因工程載體的構建需要考慮哪些方面的因素？道理何在？ 子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動物基因的內含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物。 (2)要選擇強啟動子或組織特異性啟動子。啟動子有強有弱，選擇強啟動子可以增加轉錄活性，使基因 (3)要有選擇標記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉基因生物。4.什么是分子雜交技術的顯示帶？SouthernDNADNA體生物的染色體DNA中，這在真核生物中是目的基因可否穩(wěn)定存在和遺傳的關鍵。如何證明這一點，就需要通過Southern雜交技術。基本做法是：第一步，將受體生物DNA提取出來，經(jīng)過適當?shù)拿盖泻螅攮傊悄z電泳，將不同大小二步，將凝膠上的DNA片段轉移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標記了放射性同位素(或生物素)的目的DNA片段作為探針與硝酸纖維素膜上的DNA進行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖Western雜交──蛋白質分子(抗原—抗體)之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達出蛋白質的一種方步，將表達出的蛋白質注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應的抗體，并提取出抗體(一抗)；第三步，從轉基因生物中提取蛋白質，走凝膠電泳；這時抗體(一抗)與目的基因表達的蛋白(抗原)會特異結合。由于這種抗原—抗體的結合顯示不出條因工程的應用是指利用基因工程技術導入外源基因培育出的、能夠將新性狀穩(wěn)定地遺傳給后代的基因利用轉基因改良植物的品質和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。(1)常用抗蟲基因：用于抗蟲(殺蟲)的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基境的污染.抗病轉基因植物引起植物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細菌。(2)常用的抗病基因：3.抗逆轉基因植物4.利用轉基因改良植物的品質①方法：提取目的基因→基因表達載體的構建(制備重組DNA分子)→導入受體細胞→目的基因表達→入人對牛奶中的乳糖不能完全消化3.用轉基因動物生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應器(乳房生物反應器)最令人興奮的是利用基因工程技術，使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”大概過程：目的基因(蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動子)--->顯微注射方法--->導入哺乳動物受精卵轉基因動物--->泌乳期，分泌乳汁生產(chǎn)藥物應器基因結構相同雜個世界性的難題，用其它動物的器官替。(1)用動物乳腺作為反應器，生產(chǎn)高價值的蛋白質(如教材中列舉的血清白蛋白、抗凝血酶等)比工廠(2)用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？；④易提取。啟動子，要在編碼目的蛋白質的基因操作過程大致歸納為：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)→構建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)→顯微注射導入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動物→發(fā)育成轉基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉入的基因才能表達)。(三)基因工程藥物的生產(chǎn)：如用轉基因工程菌生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗、激素等。利用轉基因工程菌生產(chǎn)藥物：如細胞因子，抗體，疫苗，激素(胰島素)，干擾素等，已形成工業(yè)化。用研究(四)基因治療：(1)概念：基因治療是把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的(2)方法：體外基因治療和體內基因治療在體外完成基因轉移，再篩選成功轉。細胞的基因替換，并沒有改變能正常的基因：從健康人體上分離得到的，用以取代病變基因，或依靠其表達產(chǎn)物來彌補病變基因RNA(3)實例：ADA基因缺陷癥基因治療機理【區(qū)分】基因診斷、基因治療基因診斷：采用基因檢測(用基因探針，利用DAN分子雜交原理，鑒定被檢測樣本上的遺傳信息，從而達到檢測病癥的目的，如鐮刀形貧血癥，苯丙酮尿癥，癌癥)的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常(如遺傳病患者的基因缺陷)或是否攜帶病原體(如乙型肝炎病毒)等。發(fā)揮功能，從而達到治療病癥的目【答案和提示】根據(jù)所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可【知識拓展】利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?(1)利用活細胞作原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從402.在抗病毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關于病毒外殼蛋白(coatprotein，CP)基因導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉基利用CP介導的抗病毒性還存在一些問題：①轉基因植物對病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒(被CP發(fā)病延緩，一般為兩周，并非根治；③。質工程的概念有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(基因工程在原則上只能的蛋白質)其中的關鍵技術，因此，蛋白質工程又被稱為第二代基因工程。工程的原理(1)、天然蛋白質合成：基因→表達(轉錄和翻譯)→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結構的蛋白質→行使生物功能。 (中心法則)(2)、蛋白質工程：從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)4.蛋白質工程的類型(1)、類型設計并制造出自然界中不存在的全新蛋白質，使之具有特定的氨基酸序列、空間結子中替代某一技術，有目的地改造蛋白質分子中某活性酸殘基，以改善蛋白(2)、定點誘變技術(看書P26積極思維，工程的應用 白質工程與基因工程區(qū)別界不存在的蛋白質將目的基因從供體轉移到受體細胞，并在在的蛋白質白質工程基礎上，延伸出的第二代基因工程【答案和提示】(一)思考與探究樣的需求而崛起的？而結構生物學對大量蛋白質分子的精確的活性喪失等。腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U/mg，點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產(chǎn)的β-干擾素的抗病性活性提高到108U/mg，并2.蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？質應有的高級結構→蛋