生物學(xué)案：　基因工程的基本操作程序

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精1。2基因工程的基本操作程序問題導(dǎo)學(xué)一、目的基因的獲取活動(dòng)與探究1．什么是目的基因？2．基因組文庫和部分基因文庫有什么區(qū)別?3．怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因呢？4．PCR技術(shù)的原理和做法是怎樣的？5．什么是引物？它在PCR技術(shù)中的作用是什么?6．什么樣的基因適合用DNA合成儀直接人工合成?遷移與應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA，需要的條件是（）.①目的基因②ATP③四種脫氧核苷酸④RNA聚合酶⑤mRNA⑥核糖體⑦Taq酶⑧引物A．①②③④B．①②③④⑤C．①③④⑧D．①③⑦⑧DNA復(fù)制與PCR技術(shù)比較DNA復(fù)制PCR技術(shù)區(qū)別解旋方式解旋酶催化DNA在高溫作用下變性解旋場(chǎng)所細(xì)胞內(nèi)(主要在細(xì)胞核內(nèi)）在PCR擴(kuò)增儀內(nèi)酶DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐熱的DNA聚合酶(Taq酶）溫度條件細(xì)胞內(nèi)溫和條件需控制溫度，在較高溫度下進(jìn)行合成的對(duì)象DNA分子DNA片段或基因聯(lián)系①模板：均需要脫氧核苷酸鏈作為模板進(jìn)行物質(zhì)合成②原料：均為四種脫氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶進(jìn)行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建活動(dòng)與探究1．基因工程的核心是哪一步操作？其目的是什么？2．下圖是基因表達(dá)載體模式圖，請(qǐng)回答下列問題.基因表達(dá)載體模式圖(1）分別寫出①②③④⑤各代表什么.(2）上圖中①②③各有什么作用?(3）啟動(dòng)子和終止子與起始密碼和終止密碼是一回事嗎?遷移與應(yīng)用下列關(guān)于對(duì)基因表達(dá)載體構(gòu)建的一些說法,不正確的是()。A．需要限制酶和DNA連接酶參與B．基因表達(dá)載體中含有啟動(dòng)子和終止密碼子C．通常用抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因D．基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞活動(dòng)與探究1．什么叫轉(zhuǎn)化?2．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法利用了農(nóng)桿菌的什么特性？3．將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞時(shí),應(yīng)選擇哪類動(dòng)物細(xì)胞作為受體細(xì)胞?4．早期的基因工程操作都用原核生物作為受體細(xì)胞，為什么？將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法比較受體細(xì)胞方法植物細(xì)胞（體細(xì)胞或受精卵）①農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：目的基因插入Ti質(zhì)粒的TDNA→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：是單子葉植物中常用的一種基因轉(zhuǎn)化方法，但是成本較高③花粉管通道法：這是我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法，是一種十分簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的方法動(dòng)物細(xì)胞（受精卵)顯微注射法：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)物微生物細(xì)胞Ca2＋處理細(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→目的基因隨受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制四、目的基因的檢測(cè)與鑒定活動(dòng)與探究1．目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是什么？如何檢測(cè)？2．什么是基因探針？如何檢測(cè)目的基因是否開始發(fā)揮功能?3．檢測(cè)目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)的方法是什么？其原理是什么？4．舉例說明進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定方法有哪些？遷移與應(yīng)用利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說明目的基因完成表達(dá)的是()。A．棉花細(xì)胞中檢測(cè)到載體上的標(biāo)記基因B．山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長激素的基因C．大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因的mRNAD．酵母菌細(xì)胞中提取到人的干擾素目的基因的檢測(cè)內(nèi)容和方法的比較類型步驟檢測(cè)內(nèi)容方法結(jié)果顯示分子檢測(cè)第一步目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間）是否成功顯示出雜交帶第二步目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA分子雜交技術(shù)（DNA和mRNA之間）同上第三步目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)抗原—抗體雜交同上個(gè)體生物學(xué)水平鑒定包括做抗蟲或抗病的接種實(shí)驗(yàn)，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品需要與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行活性比較，以確定功能活性是否相同等答案:課前·預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】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)與鑒定一、1．蛋白質(zhì)2．（1）基因文庫基因受體菌受體菌基因組部分基因cDNA（2）PCR技術(shù)①體外③DNA雙鏈復(fù)制④DNA雙鏈完全分開引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈Taq酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成（3）小預(yù)習(xí)交流：提示：構(gòu)建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。如果所需要的目的基因序列已知,就可以通過PCR方式以含有該基因的生物的DNA雙鏈為模板直接獲得,也可以通過反轉(zhuǎn)錄,用PCR方式以mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄出來的DNA為模板獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫.但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段,或想從一種生物體內(nèi)獲得許多基因,或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個(gè)體發(fā)育的不同階段表達(dá)的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構(gòu)建基因文庫.二、1．穩(wěn)定存在遺傳表達(dá)發(fā)揮作用2．目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因3．受體細(xì)胞方法三、1．目的基因穩(wěn)定和表達(dá)2．（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化基因槍花粉管通道(2)顯微注射受精卵（3）大腸桿菌Ca2＋DNA分子預(yù)習(xí)交流:提示：不可以。糖蛋白上的糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在于真核細(xì)胞中,大腸桿菌是原核生物,細(xì)胞中不含有這兩種細(xì)胞器。四、1．目的基因DNA分子雜交2．mRNA探針mRNA3．蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)抗體4．個(gè)體抗蟲課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】一、活動(dòng)與探究：1．提示：目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。2．提示：基因組文庫包含一種生物的全部基因,部分基因文庫只包含一種生物的一部分基因.3．提示：根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸序列、功能、在染色體上的位置、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。4．提示:PCR技術(shù)是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，在體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。其做法是:使目的基因受熱變性后解鏈為單鏈,引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合,然后在DNA聚合酶作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù)多次。由于延伸后得到的產(chǎn)物同樣可以和引物結(jié)合，因此每次循環(huán)后目的基因的量可以增加一倍。5．提示：引物是一小段DNA或RNA,它能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)。DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈構(gòu)成的。在DNA擴(kuò)增時(shí)，DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端(DNA的羥基末端）延伸DNA鏈。當(dāng)引物與DNA母鏈通過堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3′端開始延伸DNA鏈，從而使DNA的合成方向總是從子鏈的5′端（磷酸基團(tuán)末端）向3′端延伸。6．提示:基因比較小，核苷酸序列已知。遷移與應(yīng)用:D解析:PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因與DNA復(fù)制過程有區(qū)別.PCR技術(shù)所用的酶是Taq酶；原料是四種脫氧核苷酸;需要目的基因作為模板；需要引物；不需要ATP。二、活動(dòng)與探究：1．提示：基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心,其目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用.2．（1）提示：①啟動(dòng)子，②終止子，③標(biāo)記基因(抗生素抗性基因），④復(fù)制原點(diǎn)，⑤目的基因(插入基因）。（2）提示：①啟動(dòng)子:一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因首端,是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA.②終止子:起終止轉(zhuǎn)錄的作用.③標(biāo)記基因（抗生素抗性基因）:作用是檢測(cè)受體細(xì)胞中是否有目的基因，并將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。(3）提示：不是一回事，啟動(dòng)子和終止子位于DNA上，是基因表達(dá)必需的部分.而起始密碼和終止密碼位于mRNA上，決定翻譯的開始和結(jié)束。遷移與應(yīng)用：B解析：基因表達(dá)載體的構(gòu)建關(guān)系到目的基因在受體細(xì)胞中能否表達(dá)，它是基因工程的核心，它的構(gòu)建需要限制酶和DNA連接酶參與，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)由啟動(dòng)子、目的基因、終止子、標(biāo)記基因等組成，終止密碼子是指位于mRNA上的不編碼蛋白質(zhì)的三個(gè)相鄰堿基，是翻譯結(jié)束的位點(diǎn)，而終止子是位于DNA上三個(gè)相鄰的堿基，它是轉(zhuǎn)錄結(jié)束的位點(diǎn)。三、活動(dòng)與探究:1．提示：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)的過程稱為轉(zhuǎn)化。2．提示:農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的TDNA(可轉(zhuǎn)移的DNA）可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上。3．提示：多選擇受精卵細(xì)胞作為受體細(xì)胞。4．提示：原核生物具有一些其他生物沒有的特點(diǎn),如繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等。四、活動(dòng)與探究：1．提示:目的基因是否插入受體細(xì)胞的染色體DNA上，這是其能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。檢測(cè)方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。2．提示：基因探針是用放射性同位素標(biāo)記的目的基因的DNA片段。從轉(zhuǎn)基因生物中提取mRNA，用標(biāo)記的目的基因作探針，與mRNA雜交，如果顯示出雜交帶，則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA，意味著目的基因開始發(fā)揮功能。3．提示：抗原—抗體雜交法。原理是抗原能與相應(yīng)抗體特異性結(jié)合。4．提示：如做抗蟲或抗病的接種實(shí)驗(yàn)，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行活性比較,以確定轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的功能性是否與天然產(chǎn)品相同等。遷移與應(yīng)用:D解析：基因的表達(dá)即控制蛋白質(zhì)的合成,包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，僅僅轉(zhuǎn)錄出mRNA還不能叫表達(dá)，只有合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)才能證明目的基因完成了在受體細(xì)胞中的表達(dá)。當(dāng)堂檢測(cè)1．下列各項(xiàng)中，不屬于目的基因與載體結(jié)合過程的是(）。A．用一定的限制酶切割質(zhì)粒露出黏性末端B．用同種限制酶切割目的基因露出黏性末端C．將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒切口處D．將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增答案：D解析：將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增屬于基因工程的第三個(gè)步驟：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞.2．目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后,是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過檢測(cè)與鑒定才能知道。下列屬于目的基因檢測(cè)與鑒定的是(）.①檢測(cè)受體細(xì)胞是否含有目的基因②檢測(cè)受體細(xì)胞是否含有致病基因③檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA④檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④答案：C解析：目的基因的檢測(cè)包括：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因。方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,方法是用基因探針與mRNA雜交。最后，檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是進(jìn)行抗原—抗體雜交.3．下列關(guān)于基因表達(dá)載體的構(gòu)建描述錯(cuò)誤的是（)。A．基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心B．基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等部分C．目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因D．構(gòu)建的基因表達(dá)載體都是相同的答案：D解析：基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的第二步，也是基因工程的核心；一個(gè)基因表達(dá)載體的組成除目的基因外還有啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等部分；由于受體細(xì)胞不同，基因表達(dá)載體的構(gòu)建