專題1基因工程知識(shí)點(diǎn)梳理(含教材答案)

1發(fā)現(xiàn)DNA術(shù)的發(fā)明DNA實(shí)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(yuǎn)源雜交不親和的障礙)，在分子水平上(1)基因工程的物質(zhì)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是：所有生物的DNA均為雙螺旋結(jié)構(gòu)。 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(shí)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(gè)核苷酸(3)結(jié)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(jié)構(gòu)特點(diǎn))。①A(2)功能：恢復(fù)被限制酶切開了的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵A3DNA片段上 酸氫鍵分子運(yùn)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(zhì)粒。(4)其它載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒4．在進(jìn)行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)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(shí)，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？霉菌中提取出來的，它們各自可以DNA。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化4過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對(duì)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(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移A (3)載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。 (4)載體DNA必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。 (5)載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)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(shí)，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(jìn)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(tuán)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(gè)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(bǔ)的DNA5(三)模擬制作討論題2.如果你操作失誤，堿基不能配對(duì)?？赡苁鞘裁丛蛟斐傻模刻崾荆嚎赡苁羌羟形稽c(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對(duì)(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(dāng)“分子運(yùn)輸車”？無害等?！局R(shí)拓展】制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？都可以找到一條中心軸線(圖1-1)，中軸線兩側(cè)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(gòu)建，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)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(jié)構(gòu)與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)內(nèi)含質(zhì)的序列(1)原核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)7非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)終止子啟動(dòng)子終止子RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)核苷酸序列:NARNA(2)真核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動(dòng)子編碼區(qū)下游啟動(dòng)子內(nèi)含子內(nèi)含子(不能編碼蛋白質(zhì))(能編碼蛋白質(zhì))調(diào)控遺傳信息的表達(dá)(調(diào)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(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)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(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，每個(gè)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(dòng)子無有含子無有因因因交流(2)用化學(xué)方法直接人工合成目的基因轉(zhuǎn)錄成的mRNA單鏈DNA雙鏈DNA(目成DNA法:蛋白質(zhì)中氨基酸的序列mRNA中的DNA的基因(3)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因(1)PCR是聚合酶鏈性反應(yīng)的縮寫，發(fā)明人：穆里斯等人(2)原理：DNA雙鏈復(fù)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(kuò)增A等不同點(diǎn)化核內(nèi)酶第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建(核心)9(1)啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，能(2)終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。(3)標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)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?qū)胧荏w細(xì)胞_2.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：、枯草桿菌等。細(xì)胞的途徑?；椒ǎ?1)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法點(diǎn)：易感染雙子葉植物和裸子植物，對(duì)大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力(2)將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵(也可以是卵細(xì)胞)。(3)將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞的原因是繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少，最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌，其轉(zhuǎn)化方法是：先用Cg2+處理細(xì)胞，使其成為感法是：首先用用鈣離子處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收A將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵(受精卵)→物植物：可以是受精卵、體細(xì)胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成完整個(gè)體)抗病的接種實(shí)驗(yàn)。霉素抗性基因，當(dāng)這種質(zhì)粒與外源DNA組合在一起形成重組質(zhì)粒，并DNA細(xì)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(dá)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(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？需要有其他控制元件，如啟動(dòng)子、終止 cDNA 子等； (5)有時(shí)需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識(shí)存在部位的基因 將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個(gè)抗病基因?qū)雴巫尤~植物，如小麥，從理論上說，你應(yīng)該如何做？Ti轉(zhuǎn)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(jì)，約有93屬643種雙子葉植物對(duì)根瘤農(nóng)桿菌，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類物質(zhì)和糖類要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)閷?dǎo)的物質(zhì)，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(dǎo))的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)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(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，動(dòng)物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)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(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？ (1)從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列(cDNA)。 (3)將表達(dá)載體導(dǎo)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(shí)了RNA病毒中含有一種能將RNA是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。NAA(三)尋根問底1.為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？2.將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡便嗎？如果這么做，結(jié)果會(huì)怎樣？【知識(shí)拓展】。第一步：將反應(yīng)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(yīng)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(bǔ)第二步：將反應(yīng)體系降溫至55~60℃，使兩種引物分別與模板DNA鏈3′端的互補(bǔ)序列互補(bǔ)配對(duì)，這個(gè)第三步：將反應(yīng)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(bǔ)的單個(gè)核苷成后，一個(gè)DNA分子就變成了兩個(gè)DNA分子，隨著重復(fù)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(zhuǎn)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(gòu)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(dòng)物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物。 (2)要選擇強(qiáng)啟動(dòng)子或組織特異性啟動(dòng)子。啟動(dòng)子有強(qiáng)有弱，選擇強(qiáng)啟動(dòng)子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因 (3)要有選擇標(biāo)記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。4.什么是分子雜交技術(shù)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(guān)鍵。如何證明這一點(diǎn)，就需要通過Southern雜交技術(shù)?；咀龇ㄊ牵旱谝徊?，將受體生物DNA提取出來，經(jīng)過適當(dāng)?shù)拿盖泻?，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小二步，將凝膠上的DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標(biāo)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(jìn)行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖Western雜交──蛋白質(zhì)分子(抗原—抗體)之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達(dá)出蛋白質(zhì)的一種方步，將表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動(dòng)物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出抗體(一抗)；第三步，從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，走凝膠電泳；這時(shí)抗體(一抗)與目的基因表達(dá)的蛋白(抗原)會(huì)特異結(jié)合。由于這種抗原—抗體的結(jié)合顯示不出條因工程的應(yīng)用是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因培育出的、能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)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(zhuǎn)基因植物引起植物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌。(2)常用的抗病基因：3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)①方法：提取目的基因→基因表達(dá)載體的構(gòu)建(制備重組DNA分子)→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因表達(dá)→入人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器(乳房生物反應(yīng)器)最令人興奮的是利用基因工程技術(shù)，使哺乳動(dòng)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(dòng)子)--->顯微注射方法--->導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵轉(zhuǎn)基因動(dòng)物--->泌乳期，分泌乳汁生產(chǎn)藥物應(yīng)器基因結(jié)構(gòu)相同雜個(gè)世界性的難題，用其它動(dòng)物的器官替。(1)用動(dòng)物乳腺作為反應(yīng)器，生產(chǎn)高價(jià)值的蛋白質(zhì)(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(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？；④易提取。啟動(dòng)子，要在編碼目的蛋白質(zhì)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(gòu)建基因表達(dá)載體(在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子)→顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動(dòng)物→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(只有在產(chǎn)下的雌性個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá))。(三)基因工程藥物的生產(chǎn)：如用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)藥物：如細(xì)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?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的(2)方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)。細(xì)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(dá)產(chǎn)物來彌補(bǔ)病變基因RNA(3)實(shí)例：ADA基因缺陷癥基因治療機(jī)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(dá)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(dá)到治療病癥的目【答案和提示】根據(jù)所學(xué)內(nèi)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(shí)拓展】利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?(1)利用活細(xì)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(zhuǎn)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(guān)于病毒外殼蛋白(coatprotein，CP)基因?qū)胫参锖蟮目共《緳C(jī)理，目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為：胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會(huì)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(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基利用CP介導(dǎo)的抗病毒性還存在一些問題：①轉(zhuǎn)基因植物對(duì)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(zhì)工程的概念有蛋白質(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。(基因工程在原則上只能的蛋白質(zhì))其中的關(guān)鍵技術(shù)，因此，蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。工程的原理(1)、天然蛋白質(zhì)合成：基因→表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能。 (中心法則)(2)、蛋白質(zhì)工程：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(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)4.蛋白質(zhì)工程的類型(1)、類型設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)，使之具有特定的氨基酸序列、空間結(jié)子中替代某一技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性酸殘基，以改善蛋白(2)、定點(diǎn)誘變技術(shù)(看書P26積極思維，工程的應(yīng)用 白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別界不存在的蛋白質(zhì)將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并在在的蛋白質(zhì)白質(zhì)工程基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)生物學(xué)對(duì)大量蛋白質(zhì)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(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U/mg，點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)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(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)→蛋