第36讲基因工程

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2目的:创造出更符合人们需要的新的和。

3水平:水平。

DNA重组转基因生物类型生物产品DNA分子2基因工程的基本工具1“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制酶①化而来。

②作用:能够识别双链DNA分子的某种,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开,因此具有性。

③结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:和。

原核生物特定核苷酸序列磷酸二酯键专一平末端黏性末端2“分子缝合针”——DNA连接酶①作用:将限制酶切割下来的DNA片段连接起来。②类型类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体相同点都“缝合”磷酸二酯键区别

E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端;而T4DNA连接酶能缝合两种末端,但连接平末端之间的效率较低六种与DNA相关的酶的知识总结名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键将DNA切成两个或多个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键以单链DNA为模板将单个脱氧核苷酸连接DNA(水解)酶磷酸二酯键将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键以单链DNA为模板将单个核糖核苷酸依次连接形成RNA3“分子运输车”——载体①载体具备的条件:a能在受体细胞中复制并稳定保存。b具有一至多个,供外源DNA片段插入。c具有标记基因,供重组DNA的。

②最常用的载体是质粒,独立于细菌拟核DNA之外的小型分子。

③其他载体:、动植物病毒。

限制酶切割位点鉴定和选择双链环状DNAλ噬菌体的衍生物正误辨析1基因工程用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶、载体。 2在基因工程的操作过程中,利用限制性核酸内切酶进行DNA的水解。3限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成。 ×基因工程用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶。×限制性核酸内切酶能将DNA切成两个或多个片段,DNA水解酶能将DNA水解。×限制酶识别的序列主要由6个核苷酸组成,少数识别序列由4、5或8个核苷酸组成。4DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来。 5质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因。 ×DNA连接酶连接的是磷酸二酯键。×载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。生命观念清概念明结论1下列关于各种与基因工程有关酶的叙述,不正确的是连接酶只能连接黏性末端稳定的缓冲液中发挥作用C目的基因的运载体上至少有一个限制性核酸内切酶的切割位点D在逆转录酶的催化下以脱氧核糖核苷酸为原料,以RNA为模板可合成互补DNAADNA连接酶可连接黏性末端和平末端,A错误;酶的活性易受温度、pH等影响,因此PCR反应中的酶需要在pH稳定的缓冲液中发挥作用,B正确;目的基因的运载体要有一个至多个限制酶切割位点,便于目的基因插入,C正确;逆转录过程是以RNA为模板在逆转录酶的催化下合成DNA的过程,需要以脱氧核糖核苷酸为原料,D正确。2下列关于质粒的说法,不正确的是A质粒存在于细菌和酵母菌等生物的细胞中分子中每个磷酸基团都连接两个脱氧核糖,AG/TC的值一定相同D质粒是基因工程中常用的工具酶D质粒是广泛存在于细菌以及酵母菌等生物细胞内的一种小型环状DNA分子,故其分子中每个磷酸基团都连接两个脱氧核糖,A、B正确;因质粒是双链DNA分子,根据碱基互补配对关系A=T、G=C可知,不同的质粒DNA中,AG/TC的值一定相同,C正确;质粒是基因工程中常用的工具运载体,而非工具酶工具酶是限制酶和DNA连接酶,D错误。素养综合重知识提能力角度一基因工程中的工具酶31限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有和。

黏性末端平末端2图甲和图乙分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图,据图分析:EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是,切割位点在和之间;SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是,切割位点在和之间。该实例说明限制酶具有的特性是。甲乙图12-36-1GAATTCGACCCGGGCG专一性3限制酶不切割自身DNA的原因:。4DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是。

自身DNA不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶5当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是。6质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如图12-36-2所示:为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是。磷酸二酯键图12-36-2切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同角度二基因工程中的运载体41基因工程中除质粒外,和也可作为运载体。

2若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用作为载体,其原因是。3质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有答出两点即可,而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。

噬菌体动植物病毒噬菌体噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕能够自我复制、具有标记基因、具有一个至多个限制酶切割位点答出两点即可角度三考查基因工程基本工具的应用5某一质粒载体如图12-36-3所示,外源DNA插入AmHⅠ酶切后,与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:图12-36-31如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是;并且的细胞和的细胞也是不能区分的,其原因是。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有的固体培养基。

图12-36-3二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒或含有重组质粒二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素未被转化的和仅含环状目的基因的细胞都不含有氨苄青霉素抗性基因,在含有氨苄青霉素的培养基上都不能生长,所以不能区分出来;含有质粒载体的细胞和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞都含有氨苄青霉素抗性基因,在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,所以也不能区分出来。由于含有质粒的大肠杆菌中有四环素抗性基因,在含四环素的培养基上能生长,而重组质粒的四环素抗性基因被破坏,所以含重组质粒的大肠杆菌在含四环素的培养基上不能生长,由此区分出含质粒载体的大肠杆菌和含重组质粒的大肠杆菌。图12-36-32基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于。

图12-36-3受体细胞噬菌体不能独立完成代谢,其DNA复制在受体细胞中进行,需受体细胞提供原料、酶和能量等。■题后归纳限制酶的选择技巧1根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类图12-36-4①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,如图12-36-4中甲可选择PstⅠ。②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点。图12-36-42根据质粒的特点确定限制酶的种类①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性末端。②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因;如果所选酶的切割位点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考点二基因工程的基本操作程序基础·自主诊断素养·全面提升 1目的基因的获取1目的基因:主要指的基因,也可以是一些具有作用的因子。

编码蛋白质调控基因文库所有cDNAPCR3PCR技术①PCR的原理:。

②前提条件:要有一段已知目的基因的,以便根据这一序列合成。

DNA双链复制核苷酸序列引物变性加热至

℃,DNA解旋

复性冷却至

℃:解旋的DNA两条单链分别与相应的引物结合

③过程90~9555~60延伸加热至70~75℃,

(Taq酶)催化从引物起始合成子链(方向:子链的5'端→3'端)

热稳定DNA聚合酶④PCR技术条件:模板DNA两条链、原料、引物、酶。

⑤由于延伸后得到的产物同样可以和引物结合,因而每次循环后目的基因的量可以增加一倍,即成指数形式扩增约为,n代表扩增循环的次数。

dATP、dCTP、dGTP、dTTPTaq酶2n2基因表达载体的构建1构建目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能够。2基因表达载体的组成:如图12-36-5①目的基因②启动子:是的部位,能驱动基因转录出mRNA。

图12-36-5表达和发挥作用RNA聚合酶识别和结合③终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端,能终止。

④标记基因:鉴别受体细胞中是否含有,从而将含有目的基因的细胞出来。

图12-36-5转录目的基因筛选■易错警示启动子≠起始密码子、终止子≠终止密码子:启动子和终止子均为结构基因非编码区的DNA序列,且长度远不止三个碱基,都与基因的转录过程相关联;起始密码子和终止密码子均位于mRNA分子中,且均只含三个碱基,都与mRNA的翻译过程相关联。3构建过程图12-36-6相同的末端DNA连接酶目的基因与载体的结合有三种情况①目的基因与目的基因的结合;②质粒与质粒的结合;③目的基因与质粒的结合。只有第三种才是所需要的类型,所以还需要对受体细胞是否导入重组质粒进行检测。3将目的基因导入受体细胞1转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内和的过程称为转化。

2将目的基因导入受体细胞的方法比较生物种类植物动物微生物方法

(常用)、基因枪法、花粉管通道法

Ca2+处理法受体细胞体细胞、受精卵受精卵原核细胞农杆菌转化法显微注射技术维持稳定表达生物种类植物动物微生物转化过程农杆菌转化法:目的基因插入Ti质粒的

上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的

上→表达(体细胞)

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→具有新性状的动物

Ca2+处理细胞→

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

T-DNA染色体DNA感受态4目的基因的检测与鉴定类型检测内容方法(技术)结果显示分子水平检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因

(DNA—DNA杂交)

杂交带目的基因是否转录出mRNA

(DNA—RNA杂交)

杂交带目的基因是否翻译成蛋白质

(蛋白质—蛋白质杂交)

杂交带抗原—抗体杂交技术DNA分子杂交技术分子杂交技术类型检测内容方法(技术)结果显示个体水平鉴定个体是否出现相应性状抗病、抗虫的接种实验是否有抗性及抗性的程度对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较功能活性是否相同■归纳总结基因工程四步曲中,三步中都涉及碱基互补配对,具体过程如下:①第1步中发生在用反转录法合成目的基因过程中;②第2步中发生在黏性末端相互连接配对过程中;③第4步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。正误辨析1利用反转录法获取的目的基因无启动子和内含子。 2dATP水解掉两分子磷酸基团后是组成RNA的基本单位之一。3基因表达载体中的启动子和终止子决定着翻译的开始与结束。√×dATP水解掉两分子磷酸基团后是组成DNA的基本单位之一。×启动子和终止子决定着转录的开始与结束。4基因表达载体中的目的基因需插入启动子和终止子之间。 5农杆菌能在自然条件下感染单子叶植物和裸子植物。 6将目的基因导入植物细胞时,受体细胞只能选受精卵。 7DNA分子杂交是在分子水平上进行的目的基因的检测。 √×农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。×将目的基因导入植物细胞时,受体细胞也可以选体细胞,经植物组织培养能发育成新个体。√一、基因文库的理解1基因文库≠基因库:基因库是指一个生物种群的全部等位基因的总称,属于遗传范畴。将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库,属于基因工程范畴。2基因文库的种类及构建1基因组文库:若基因文库中含有一种生物所有的基因,这种基因文库就叫作基因组文库。构建过程如下:供体细胞的DNA许多DNA片段载体受体菌群基因组文库→外源DNA扩增,产生特定性状目的基因2部分基因文库:若基因文库中含有一种生物的部分基因,这种基因文库叫作部分基因文库,如cDNA互补DNA文库。构建过程如下:目的基因mRNA单链DNA双链DNA载体受体菌群cDNA文库目的基因①构建基因文库实际上涉及基因工程的全过程;②cDNA文库无启动子和内含子,可以进行物种间的基因交流。二、DNA复制与PCR技术的比较项目体内DNA复制PCR技术场所主要在细胞核内生物体外酶DNA聚合酶、解旋酶热稳定DNA聚合酶(Taq酶)条件模板、ATP、常温模板、引物、温度变化(90~95℃→55~60℃→70~75℃)原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸特点形成的是整个DNA分子,一个细胞周期只复制一次短时间内形成大量含有目的基因的DNA片段科学探究抓探究提实践1甲、乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法,以下说法中错误的是Ad过程要以核糖核苷酸为原料B甲方法可建立该细菌的基因组文库文库聚合酶参与A图12-36-7d为逆转录过程,该过程需要以脱氧核糖核苷酸为原料,A错误;甲方法获取的是该细菌的全部DNA分子,因此用限制酶切割后可用于构建基因组文库,B正确;乙方法表示用逆转录法获得的DNA分子,只包含该生物的部分基因,因此可建立该细菌的cDNA文库,C正确;c为转录过程,该过程需要RNA聚合酶参与,D正确。图12-36-72人们利用基因工程的方法,用大肠杆菌生产人类胰岛素,这一过程不涉及 A用适当的酶对胰岛素基因与运载体进行切割并拼接分子导入受体细胞内分子是否导入受体细胞内并表达出相应的性状D检测目的基因是否发生了结构上的改变D该步骤属于基因表达载体的构建,是基因工程的核心步骤,A不符合题意;该步骤属于基因工程的第三步,将目的基因导入受体细胞内,B不符合题意;检测重组DNA分子是否导入受体细胞内并表达出相应的性状是基因工程最后一个步骤,C不符合题意;基因工程不需要检测目的基因是否发生了结构上的改变,D符合题意。3图12-36-8是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程,其中aⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是 A图示中构建基因表达载体时,只需用到一种限制性核酸内切酶B一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列C图示过程是基因工程的核心步骤,所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物D抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来图12-36-8D构建该表达载体时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ两种限制性核酸内切酶,A错误;限制酶具有特异性,即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,B错误;图示过程表示基因表达载体的构建,这是基因工程的核心步骤,所需的限制性核酸内切酶一般来自原核生物,C错误;抗卡那霉素基因作为标记基因,主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞,D正确。图12-36-8素养综合重知识提能力角度一获取目的基因的方法41基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。①基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括和。

基因组文库cDNA文库②生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。

③目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是

。

解旋酶加热至90~95℃氢键Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活2以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是。

3利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有用来合成引物。PCR反应体系的主要成分应包含扩增缓冲液、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、引物和。

在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA一段已知目的基因的核苷酸序列Taq酶角度二基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定51在基因表达载体中,启动子是聚合酶识别并结合的部位。

2将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是

。

RNA显微注射感染植物,将目的基因转移到受体细胞中3若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有答出两点即可等优点。

4分子水平上检测目的基因是否成功导入酵母菌的方法是。获得的转基因草莓植株是否具有抗黄边病毒的特性,往往需要进行个体生物学水平鉴定,方法是。

繁殖快、容易培养DNA分子杂交对转基因草莓植株和未转基因草莓植株进行轻型黄边病毒接种实验,观察并比较两者抗病毒的情况角度三结合实例考查基因工程的基本操作程序6图12-36-9表示利用基因工程培育抗虫棉的过程,请据图回答下列有关问题:1若限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点是—↓GATC—,限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—G↓GATCC—,那么在①过程中,应用限制酶切割质粒,用限制酶切割抗虫基因。①过程在填“体内”或“体外”进行。

图12-36-9ⅡⅠ或Ⅰ和Ⅱ体外若使用限制酶Ⅰ切割质粒将同时切开氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,因此应选择限制酶Ⅱ切割质粒;若用限制酶Ⅱ切割抗虫基因,则只能切开图中抗虫基因右侧,而使用限制酶Ⅰ或Ⅰ和Ⅱ可将目的基因片段切下。①构建基因表达载体的过程在体外进行。图12-36-92将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有的培养基上,能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒,反之则说明没有导入。

3重组质粒导入大肠杆菌的目的是。

图12-36-9四环素大量复制目的基因或抗虫基因2普通质粒或重组质粒都含有四环素抗性基因,因此导入了普通质粒或重组质粒的大肠杆菌能够在含有四环素的培养基上正常生长。3重组质粒导入大肠杆菌的目的是大量复制目的基因或抗虫基因。4⑤过程所用技术称为,从遗传学角度来看,根细胞能发育成完整植株的根本原因是根细胞具有。

图12-36-9植物组织培养发育成完整个体所需的全套遗传物质用离体细胞培养出完整植株的过程称为植物组织培养;根细胞能发育成完整植株的根本原因是根细胞含有发育成完整个体所需的全套遗传物质,即具有全能性。考点三基因工程的应用与蛋白质工程基础·自主诊断素养·全面提升 1基因工程的应用1植物基因工程应用常用外源基因类型抗虫转基因植物

、蛋白酶抑制剂基因

抗病转基因植物

、几丁质酶基因

抗逆转基因植物抗冻蛋白基因(从鱼体内获取)改良品质的转基因植物含必需氨基酸较多的蛋白质编码基因Bt毒蛋白基因病毒外壳蛋白基因2动物基因工程①用于提高动物。

②用于改善畜产品品质。③用转基因动物生产药物:乳腺生物反应器或乳房生物反应器,即将药用蛋白基因与等调控组件重组在一起,通过等方法,导入哺乳动物的受精卵中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品。

生长速度乳腺蛋白基因的启动子显微注射3用转基因动物作器官移植的供体。4基因工程在医学、药学上的应用①工程菌是指用基因工程的方法,使得到高效率表达的菌类细胞株系。

②基因治疗:把导入病人体内,使该基因的发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。包括体内基因治疗和体外基因治疗两种方式。

外源基因正常基因表达产物2蛋白质工程1概念理解①基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。②操作:或基因合成。

③结果:现有蛋白质或制造出一种。

④目的:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对进行分子设计。

基因修饰改造新的蛋白质蛋白质结构2操作过程从预期的蛋白质出发→设计预期的→推测应有的→找到相对应的基因→基因表达→产生需要的蛋白质。其流程图如图12-36-10:

图12-36-10功能蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列正误辨析1Bt毒蛋白基因有毒害作用。 2乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。 3由大肠杆菌工程菌获得的人干扰素可直接应用。×Bt毒蛋白基因对哺乳动物无毒害作用。×本题中的受体细胞应是受精卵。×人的干扰素合成后需要经过内质网和高尔基体的加工,而大肠杆菌细胞中没有内质网和高尔基体。4蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改造分子的结构。 ×蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成来实现对蛋白质分子的改造的。基因工程和蛋白质工程的比较项目基因工程蛋白质工程区别操作环境生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切→拼接→导入→表达从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列项目基因工程蛋白质工程区别实质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品(基因的异体表达)定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质生产人类需要的新基因,创造出自然界不存在的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现生命观念清概念明结论1下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,不合理的是 A基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造,从而制造一种新的蛋白质B蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C基因工程遵循中心法则,蛋白质工程完全不遵循中心法则D基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的C基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以通过对基因改造实现对现有蛋白质的改造,从而制造一种新的蛋白质,A正确;蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程,蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造,而是通过基因修饰或基因合成来改变生物的遗传和表达形状,合成新的蛋白质,B正确;基因工程和蛋白质工程都遵循中心法则,C错误;蛋白质工程的实质是改造基因,基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的,D正确。的第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质不仅保留了转运功能,还具有催化活性。下列说法正确的是的氨基酸序列进行了改造B该过程能定向地改造蛋白质的结构C经改造后的蛋白质不需要再进行功能鉴定D经改造后的基因在表达过程中不遵循中心法则B该科研小组采用的技术应该是蛋白质工程,而蛋白质工程直接作用的对象是基因,即直接对控制转运蛋白合成的基因进行了改造,A错误;的第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质不仅保留了转运功能,还具有催化活性。下列说法正确的是的氨基酸序列进行了改造B该过程能定向地改造蛋白质的结构C经改造后的蛋白质不需要再进行功能鉴定D经改造后的基因在表达过程中不遵循中心法则B蛋白质工程属于第二代基因工程,能定向地改造蛋白质的结构,B正确;经改造后的蛋白质需要再进行功能鉴定,C错误;经改造后的基因的化学本质不变,在表达过程中仍然遵循中心法则,D错误。素养综合重知识提能力角度一基因工程的应用31在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是。

嫩叶组织细胞易破碎防止RNA降解2为了使人α抗胰蛋白酶因子基因mAAT只在山羊乳腺中表达,需要在构建表达载体时在mAAT前端加上在乳腺中特异性表达的。

3除了经济易获取因素外,请写出科学家选择猪器官作为人体器官移植供体的生物学依据:写出其中一条即可。

启动子结构、大小与人体相似或猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物4图12-36-11是设想用iPS细胞技术治疗镰刀型细胞贫血症的流程,请回答:经过程③④后,改造得到的A是,再植入患者体内,使患者能够产生正常红细胞,这种治疗方法称为。

图12-36-11造血干细胞体外基因治疗角度二结合实例考查蛋白质工程4如图12-36-12是某种动物蛋白质工程的示意图,请分析回答:1目前,蛋白质工程中难度最大的是图中编号所示的过程,实现③过程的依据有。图12-36-12①氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA间的碱基互补配对原则在蛋白质工程中,根据预期蛋白质的功能设计预期蛋白质的结构是蛋白质工程的首要任务,也是难度较大的任务。③过程根据蛋白质应有的氨基酸序列推断mRNA上密码子的排列顺序,再根据mRNA与DNA间的碱基互补配对原则推断DNA的碱基排列顺序。2若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的,则④过程包括、。

图12-36-12逆转录基因修饰从细胞质中提取的核酸片段应为mRNA,因此④表示以mRNA为模板合成DNA的逆转录过程和基因修饰的过程。3⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是,进行⑤过程的目的是。

图12-36-12使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用限制酶⑤基因表达载体的构建过程,需限制酶和DNA连接酶参与,其中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是限制酶;该过程的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。考点四DNA的粗提取与鉴定基础·自主诊断素养·全面提升 1原理1溶解度①DNA与蛋白质在不同浓度的溶液中溶解度不同。

②DNA不溶于。

2DNA对酶、和的耐受性。

3鉴定:DNA试剂。

NaCl酒精高温洗涤剂二苯胺蓝色2实验步骤材料的选取:选用含量相对较高的生物组织

破碎细胞以鸡血为例:鸡血细胞→加蒸馏水→用玻璃棒搅拌→用纱布过滤→收集滤液

去除杂质:利用DNA在中溶解度不同,通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质DNA不同浓度的NaCl溶液DNA的析出:将处理后的溶液过滤,加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的溶液

DNA的鉴定:在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂,混匀后将试管置于沸水中加热5min,溶液变成

酒精蓝色正误辨析1用不同浓度的NaCl溶液反复溶解与析出DNA可去除蛋白质。 2提取DNA时,如果没有鸡血材料,可用猪血代替。 3洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。 √×猪为哺乳动物,其成熟红细胞中没有细胞核。×洗涤剂不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。4将制备的含有DNA的滤液加入60~75℃的恒温水浴箱中保温10~15min,可以将DNA析出。 5实验中两次使用蒸馏水的目的不同。 6在DNA的粗提取与鉴定实验中,将丝状物溶解在2mol/LNaCl溶液中,加入二苯胺试剂即呈蓝色。 ×由于DNA和蛋白质对高温耐受性的不同,60~75℃的恒温水浴能去除滤液中的蛋白质杂质。√×用二苯胺鉴定DNA时,需沸水浴加热。项目2mol/LNaCl溶液0.14mol/LNaCl溶液溶解规律DNA溶解析出

蛋白质部分发生盐析沉淀溶解

NaCl溶液浓度从2mol/L逐渐降低的过程中,溶解度逐渐增大溶液中溶解度的比较的粗提取与鉴定中的“2、3、4”加蒸馏水2次

①加到鸡血细胞液中,使血细胞吸水破裂

②加到含DNA的2mol/L的NaCl溶液中,使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14mol/L,使DNA析出用纱布过滤3次

①过滤血细胞破裂液,得到含细胞核物质的滤液

②滤取0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)

③过滤溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液4次使用NaCl溶液

①加2mol/L的NaCl溶液,溶解提取的细胞核物质

②用0.14mol/L的NaCl溶液使DNA析出

③用2mol/L的NaCl溶液,溶解滤取的DNA黏稠物

④用2mol/L的NaCl溶液,溶解丝状物用于鉴定DNA素养综合重知识提能力在“DNA的粗提取与鉴定”实验中,对DNA进行鉴定时,做如下操作:试管AB1加2mol/L的NaCl溶液5mL加2mol/L的NaCl溶液5mL2不加加入提取的DNA丝状物并搅拌3加4mL二苯胺试剂,混匀加4mL二苯胺试剂,混匀4沸水浴5分钟沸水浴5分钟实验现象

实验结论

1根据图12-36-13完成表格空白处的实验内容。图12-36-13试管AB1加2mol/L的NaCl溶液5mL加2mol/L的NaCl溶液5mL2不加加入提取的DNA丝状物并搅拌3加4mL二苯胺试剂,混匀加4mL二苯胺试剂,混匀4沸水浴5分钟沸水浴5分钟实验现象

实验结论

溶液不变蓝色溶液变蓝色DNA在沸水浴的条件下遇二苯胺会变成蓝色2对于B试管,完成1、2、3的操作后溶液颜色如何。

3在沸水浴中加热的目的是,同时说明DNA对高温有较强的。

4A试管在实验中的作用是。

5B试管中溶液颜色的变化程度主要与有关。

图12-36-13溶液颜色基本不变加快颜色反应速度耐受性对照DNA丝状物的多少本题中A、B两试管形成对照,B试管中含DNA丝状物,A试管中不含,起对照作用,其他条件均完全相同。本实验的反应条件是沸水浴5分钟,目的是加快颜色反应的速度,要等到冷却以后再观察对比两试管的颜色。真题·新题五年真题1下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是A将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌B将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株C将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛D将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗D筛选获得的基因工程菌增殖时可将胰岛素基因表达质粒遗传给子代,A不符合题意。导入了花青素代谢基因的体细胞经组培获得的花色变异植株的所有细胞中都具有该基因,即该细胞发生的遗传物质改变可以遗传给子代,B不符合题意。1下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是A将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌B将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株C将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛D将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗D由改造后的受精卵培育出的产低乳糖牛乳的奶牛的体细胞和卵原细胞中都含有肠乳糖酶基因,卵原细胞经减数分裂形成配子,可以将该基因遗传给后代,C不符合题意。淋巴细胞属于动物体细胞,该细胞发生的遗传物质改变不能遗传给后代,D符合题意。2将某种海鱼的抗冻基因导入西红柿细胞中,培育成耐低温的西红柿新品种。这种导入外源基因的方法属于 A杂交育种 B转基因技术C单倍体育种 D多倍体育种B根据题干信息可知,该种育种方法属于转基因技术。3回答下列问题:1博耶和科恩将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了答出两点即可。

体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后被导入大肠杆菌细胞并进行了表达,该实验中目的基因已经进行了表达,则能说明体外重组的质粒可以进入受体细胞中;真核生物基因可在原核细胞中表达。2体外重组的质粒可通过Ca2参与的方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞,在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是。

转化外壳蛋白或答噬菌体蛋白细菌基因工程中将目的基因导入微生物细胞最常用的转化方法是用Ca2处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞。通过这种转化方法将重组质粒导入大肠杆菌细胞中。病毒的结构比较简单,由蛋白质外壳和壳内的遗传物质组成,病毒在宿主细胞内完成自身遗传物质和蛋白质外壳的组装。噬菌体的宿主细胞是细菌。3真核生物基因目的基因在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解,为防止蛋白质被降解,在实验中应选用的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加的抑制剂。

蛋白酶缺陷型蛋白酶酶具有专一性,蛋白酶能专一性降解蛋白质。为防止真核生物基因表达出的蛋白质被降解,在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中,应添加蛋白酶抑制剂,以抑制蛋白酶的活性,防止蛋白质被降解。4某种荧光蛋白GFP在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白L1基因连接在GFP基因的5'末端,获得了L1-GFP融合基因简称为甲,并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1~E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。图12-36-14回答下列问题:1据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶是。使用这两种酶进行酶切是为了保证,也是为了保证。

图12-36-14E1和E4甲的完整甲与载体正确连接L1基因的左侧是E1的酶切位点,GFP基因的右侧是E4的酶切位点,用这两种限制酶切割DNA,既可以保证甲的完整性,又保证了甲与载体正确连接。2将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了和过程。

图12-36-14转录翻译若细胞中观察到绿色荧光,说明L1基因已经表达,即完成了转录和翻译过程。3为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括将能够产生绿色荧光细胞的移入牛的中、体外培养、胚胎移植等。

图12-36-14细胞核去核卵母细胞动物细胞全能性的表达虽然受到限制,但是其细胞核仍有全能性,可以通过核移植使其全能性得以表达,即将含有甲的细胞核植入牛的去核卵母细胞中,使其全能性得以表达。4为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用RNA”“总RNA”或“核DNA”作为PCR模板。

图12-36-14核DNA采用PCR方法检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中时,应分别以该牛不同组织细胞中的核DNA作为PCR模板。新题精选1低毒性的广谱除草剂,能非特异性侵入并杀死所有的植物。为避免被草甘膦杀死,科学家将细菌的EPSPS基因控制EPSPS合成酶合成的基因转入小麦体内,提高其对草甘膦的耐受性。以下说法正确的是 的两条链同时作为模板,以提高转录效率基因导入小麦叶肉细胞后,抗药性状可随传粉受精过程遗传基因,但并不一定会检测到EPSPS基因的表达产物聚合酶C转录是以DNA的一条链作为模板合成RNA的过程,A错误;EPSPS基因导入小麦叶肉细胞后,培育的植株在减数分裂过程产生的配子中不一定含有EPSPS基因,B错误;由于基因的选择性表达,检测到小麦的叶肉细胞中有EPSPS基因,并不一定会检测到EPSPS基因的表达产物,C正确;利用Ti质粒将EPSPS基因整合到小麦染色体上时需要DNA连接酶,不需要用DNA聚合酶,D错误。2基因定点整合可替换特定基因,该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PU基因突变引起的,将正常PU基因定点整合到PU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上,替换突变基因,可用来研究该病的基因治疗过程。定点整合的过程是从染色体DNA上突变PU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2,根据其碱基序列分别合成HB1和HB2,再将两者分别与基因HSV-t1、HSV-t2连接,中间插入正常PU基因和标记基因neor,构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换,导致两者之间区域发生互换,如图12-36-15所示。1构建重组载体时,常用的工具酶有。该实验用小鼠胚胎干细胞作为PU基因的受体细胞以培育出转基因小鼠,除了胚胎干细胞能大量增殖外,还因为胚胎干细胞。

图12-36-15限制性核酸内切酶限制酶和DNA连接酶全能性强构建重组载体时需要剪切互换区域,然后将互换区域插入染色体DNA上,剪切的工具是限制酶,将互换区域与染色体DNA结合的工具是DNA连接酶。胚胎干细胞是全能干细胞,可以增殖,也可以单独培养形成一个个体,其具有全能性。2为获得小鼠的胚胎干细胞,可将小鼠囊胚中的取出,并用处理使其分散成单个细胞进行培养,培养过程中大部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长,这种现象称为。

图12-36-15内细胞团胰蛋白酶或:胶原蛋白酶细胞贴壁或:贴壁生长为获得小鼠的胚胎干细胞,可将小鼠囊胚中的具有全能性的内细胞团细胞取出,欲得到单个细胞需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,进行细胞培养后,细胞贴附在培养瓶表面生长的现象为细胞的贴壁生长。3用图中重组载体转化胚胎干细胞时,会出现PU基因错误整合。错误整合时,载体的两个HSV-t中至少会有一个与neor一起整合到染色体DNA上。已知含有neor的细胞具有G418的抗性,HSV-t1、HSV-t2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G418及同时含有G418和DHPG的培养液中进行培养,在双重选择下存活下来的是的胚胎干细胞,理由是。

图12-36-15在含有G418的培养液中培养时,不含neor的细胞全部死亡,含有PU基因的细胞可以存活下来;在含有G418和DHPG的培养液中培养时,错误整合的细胞因含HSV-t而死亡PU基因正确整合或:PU基因定点整合由题意可知,在互换过程完成后,会出现PU基因没有互换、基因错误互换、PU基因正确互换几种情况。PU基因没有互换不含有neor基因的细胞不会在含有G418的培养液中生长,而正确互换整合的细胞中不含有HSV-t,不会将DHPG转化为有毒物质,所以细胞不会死亡;错误互换整合的细胞中含有HSV-t,会将DHPG转化为有毒物质,在含有DHPG的培养液中培养会死亡。整合过程完成后先在含有G418的培养液中培养,含有PU基因没有互换的DNA片段的细胞被淘汰;然后在同时含有G418和DHPG的培养液中培养,错误互换整合的细胞会死亡,存活下来的是正确互换整合的胚胎干细胞。图12-36-154将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠,从个体生物学水平检测,若小鼠,说明PU基因成功表达。

图12-36-15不患苯丙酮尿症将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠,从个体生物学水平检测,若小鼠不患苯丙酮尿症,说明PU基因成功表达。1P2科技探索之路艾弗里等人通过不同类型肺炎双球菌的转化实验不仅证明了生物的遗传物质是DNA,还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。2P3博耶和科恩将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体,重组DNA还可以进入受体细胞,外源基因可在原核细胞中成功表达,并实现物种之间的基因交流。3P22干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白,几乎能抵抗所有病毒引起的感染。1人类复合型免疫缺陷症患者体内缺失