专题1 基因工程课件

1、 一、基因工程的工具1.限制性核酸内切酶(1)来源:主要从原核生物中分离纯化而来。(2)功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。对自己的DNA无损害。(3)切割后末端的种类:DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端(如图所示)。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是黏性末端,而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时,产生的则是平末端。 2.DNA连接酶(1)几种酶的比较项目种类作用底物作用部位作用结果DNA连接酶DNA分子片段磷酸二酯键形成重组DNA分子限制酶DNA

2、分子磷酸二酯键形成黏性末端或平末端DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键形成新的DNA分子(2)DNA连接酶与限制酶的关系 3.载体(1)作用 (2)条件 (1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入的Sma酶切位点越多,质粒的热稳定性越。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用Sma切割,原因是。(4)与只使用EcoR 相比较,使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入酶。解析:(1)切割前质粒为环状,不含游离的磷酸基团。切割后质

3、粒成了一个链状的双链DNA分子,含两个游离的磷酸基团。(2)因为Sma识别序列中均为GC碱基对,G、C之间含三个氢键,热稳定性高。(3)据图可知,Sma既会破坏标记基因,也会破坏目的基因。(4)若用同种限制酶切割质粒和外源DNA中的目的基因,因为两端的黏性末端解析(1)直接分离 (2)人工化学合成:适用于分子较小的基因。2.基因表达载体的构建基因工程的核心(1)基因表达载体的组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。 启动子与起始密码子、终止子与终止密码子的区别:名称位置作用启动子基因首端转录开始(RNA聚合酶结合的位置)起始密码子mRNA翻译的开始终止子基因尾端转录停止终止密码子mRNA翻译

4、停止 3.将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法分子检测第一步转基因生物的DNA上是否插入了目的基因DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)第二步目的基因是否转录出了mRNA分子杂交技术(DNA和mRNA之间)第

5、三步目的基因是否翻译成蛋白质抗原抗体杂交技术(抗原和抗体之间) 据图回答:(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是(填字母)。A.启动子B.tetRC.复制原点D.ampR (3)过程可采用的操作方法是(填字母)。A.农杆菌转化B.大肠杆菌转化C.显微注射D.细胞融合(4)过程可采用的生物技术是。(5)对早期胚胎进行切割,经过程可获得多个新个体。这利用了细胞的性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用(填字母)技术。A.核酸分子杂交B.基因序列

6、分析C.抗原抗体杂交D.PCR解析:(1)据题图,仅将人铁乳蛋白基因切割出来,需要在人乳铁蛋白基解析因的左侧用BamH 切割,右侧用Hind 切割。当人乳铁蛋白基因和质粒连接成重组质粒后,tetR基因被人乳铁蛋白基因隔开,不再是完整的,而ampR基因是完整的,所以筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)基因表达的调控序列在启动子上。(3)将重组质粒导入动物细胞,常采用显微注射的方法。(4)过程的左侧是早期胚胎,右侧是代孕牛,过程采用的生物技术是胚胎移植。(5)将细胞培养为个体,利用了细胞的全能性。(6)检测目的基因在受体细胞中是否表达,常采用抗原抗体杂交技术。答案

7、:(1)Hind 和BamH 氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C三、蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别原理中心法则的逆推基因重组过程预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因构建表达载体导入受体细胞目的基因的检测与表达实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质 (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是。(2)通过DNA合成形成的新基因应与结合后转

8、移到中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有、和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?(5)下列关于蛋白质工程的说法,错误的是。(填字母)A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构,使之更加符合人类需要B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D.蛋白质工程与基因工程密不可分,又称为第二代基因工程序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质,因此,要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改

9、造基因来完成,而不是直接对蛋白质分子进行操作。答案:(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。(5)B1.质粒能成功转入植物细胞,并将质粒上的一部分外源DNA整合到植物的DNA中。下图表示利用质粒进行转化获得抗除草剂大豆的过程。请据图分析回答: (1)过程将目的基因导入质粒后,需要通过使质粒与目的基因切口黏合。(2)整合了目的基因的重组质粒,在组成上还含有启动子、终止子和。(3)过程可以采用的方法是。(4)过程运用了细胞工程中的技术,该技术的理论依据是

10、;在该技术应用的过程中,关键步骤是利用含有一定营养和激素的培养基诱导植物细胞进行和。(5)为了检测通过过程获得的幼苗是否具有抗除草剂的特性,可采用的方法是。解析:(1)质粒与目的基因连接需要DNA连接酶催化。(2)基因表达载体(重组质粒)包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(3)目的基因导入植物细胞有花粉管通道法、农杆菌转化法和基因枪法。(4)过程是植物的组织培养,其理论依据是植物细胞的全能性,该过程包括脱分化和再分化。(5)检测幼苗是否具有抗除草剂的特性,可对幼苗喷施除草剂,观察其生长情况。若能正常生长,说明具有抗除草剂的特性。答案:(1)DNA连接酶(2)标记基因(3)花粉管通道法(或

11、农杆菌转化法,或基因枪法)(4)植物组织培养植物细胞的全能性脱分化再分化(5)对幼苗喷施除草剂,观察其生长情况2.我国自主研发的转基因抗虫水稻“华恢1号”获得农业部颁发的安全证书。下图表示该抗虫水稻主要培育流程,据图回答问题。 (1)过程应用的主要生物技术是。(2)杀虫基因(crylA)是人们根据几种Bt毒蛋白的分子结构,设计并人工合成的,这属于工程技术范畴。(3)组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造。下图是天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图(图示是部分基因及部分限制性内切酶作用位点)。 人工改造时,要使抗虫基因表达,还应插入。人工改造时用限制酶处理,其目的是:第一,去除质粒上的(基因),保证

12、TDNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长;第二,使质粒带有单一限制酶作用位点,有利于。第三,使质粒大小合适,可以提高转化效率等。若用限制酶分别切割改造过的理想质粒和带有抗虫基因的DNA分子,并构成重组Ti质粒。分别以含四环素和卡那霉素的培养基培养已成功导入抗虫基因的水稻胚细胞,观察到的细胞生长的现象是。(4)若限制酶切割DNA分子后形成的黏性末端为,则该酶识别的核苷酸序列是。解析:将植物细胞培育成完整植株常用的技术是植物的组织培养技术;从设计蛋白质的分子结构入手合成目的基因的方法属于蛋白质工程技术范畴;构建基因表达的载体,要使特定的目的基因在受体细胞中表达,必须加入特定的启动子;人工

13、改造时用限制酶处理去除质粒上tms和tmr,保证TDNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长;使质粒带有单一限制酶作用位点,有利于目的基因(或外源DNA)准确插入;TDNA插入的位置破坏了四环素抗性基因,所以已解析成功导入抗虫基因的水稻胚细胞在含卡那霉素的培养基上能够生长,而在含四环素的培养基上不能生长;根据限制酶识别的核苷酸序列反向对称平行的特点,通过组合可确定为:GACGTC。答案:(1)植物组织培养(2)蛋白质(3)启动子tms和tmr目的基因(或外源DNA)准确插入在含卡那霉素的培养基上能够生长,而在含四环素的培养基上不能生长(4)GACGTC3.(2011海南单科)回答有关基因

14、工程的问题:(1)构建基因工程表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生黏性末端,也可能产生末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接,则应选择能使二者产生(填“相同”或“不同”)黏性末端的限制酶。(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时,构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等,其中启动子的作用是。在用表达载体转化大肠杆菌时,常用处理大肠杆菌,以利于表达载体进入;为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA,可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交,该杂交技术称为。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成,常用抗原抗体杂交技术。(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物

15、细胞,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的上。解析:限制酶切割DNA可以产生黏性末端和平末端。一般用一种限制酶切割目的基因和质粒,保证产生相同的黏性末端。基因表达载体中启动子是RNA聚合酶结合并识别的位点,驱动基因转录。用大肠解析杆菌作为受体细胞时,要用Ca2+处理,以利于表达载体进入。检测目的基因是否转录,可用DNA分子杂交技术检测,检测目的基因是否表达出蛋白质,可用抗原抗体杂交技术检测。目的基因插入农杆菌质粒DNA上,然后插入植物细胞的染色体DNA上。答案:(1)平相同(2)提供RNA聚合酶特异性识别结合位点,驱动基因转录

16、Ca2+DNARNA分子杂交胰岛素原(蛋白质)(3)TDNA染色体4.(2011山东理综)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。 (1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外,还可从已处死的雌鼠中获取。(2)图中的高血压相关基因作为,质粒作为,二者需用切割后连接成重组载体,该过程与质粒上含有有关。(3)子代大鼠如果和,即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达,然后可用其建立高血压转基因动物模型。(4)在上述转基因大鼠的培育过程中,所用到的主要胚胎工程技术是、早期胚胎培养和胚胎移植。解析:从已处死的雌鼠的

17、卵巢中也可获取卵母细胞。图示高血压相关基因为目的基因,用同一种限制酶切割目的基因和质粒,用DNA连接酶将其连接形成重组质粒。子代大鼠如果出现高血压,则在个体水平解析上说明高血压相关基因成功表达。在子代大鼠体内检测到高血压相关基因控制的蛋白质,则在分子水平上说明高血压相关基因已经表达.答案:(1)卵巢(2)目的基因载体同种限制性核酸内切酶(或:同种限制酶)限制酶切割位点(3)检测到体内有相关蛋白出现高血压(4)体外受精5.(2011安徽理综)家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养,可提取干扰素用于制药。(1)进行转基因操作前,需用酶短时处理幼蚕组织,以便获得单个细胞。(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达,需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的和之间。(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。该PCR反应体系的主要成分应包含:扩增缓冲液(含Mg2+)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、和。(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时,贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中,这样可以,增加培养的细胞数量,也有利于空气交换。解析:(1)动物细胞间