现代生物科技专题—基因工程和细胞工程

1、专题九 现代生 物科技 专题 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 第第1讲讲 基因工基因工 程和细程和细 胞工程胞工程 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 限制 载体 基因表达载体的构建 目的基因的检测与鉴定 基因治疗 植物细胞全能性 脱分化和再分化 细胞的全能性、 细胞膜的流动性 植物体细胞融合、 植物组织培养 培育作物新品种 细胞增殖 动物细胞核的全能性 物理法、化学法、生物法 给小鼠注射抗原 产生专一抗体的杂交瘤细胞 基因 可产生自然 界没有的蛋白质 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 走进高考走进高考 1.PCR反应中温度的周期性改变是为了D

2、NA聚合酶催化不同的反应(2014江苏,23 B)() 2.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,但不反对治疗性克隆(2014重庆,2 B)() 3.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达(2014江苏,23 D)() 4.重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接(2013安徽,6C)() 5.质粒运载体的复制和表达也遵循中心法则(2013上海,58D)() 6.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同(2013全国,2A) () 7.在愈伤组织培养基中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞(2013重庆,5B)() 现代生物科技专题基因工程和

3、细胞 工程 8.动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体体现了细胞的全能性(2012江苏,22C)() 9.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点(2011浙江,6B)() 10.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加(2010江苏,18B)() 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 【自我校对】 1.PCR中耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用。 2. 3.抗虫基因即使成功插入植物细胞内,也可能由于基因选择性表达或者细胞内基因的互作等其他原因而不 能正常表达。 4.DNA分子杂交原理是相对应碱基序列的互补配对。 5. 6. 7.植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的

4、原生质体的诱导融合,带有细胞壁的愈伤组织细 胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞。 8.体现细胞全能性的依据是能否发育成新个体。 9.载体的特点之一是至少含一个限制性核酸内切酶识别位点。 10.在转抗虫基因植物的选择作用下,抗性强的昆虫得以保留下来。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 基因文库 PCR 化学方法 目的基因、启动子、终止子、标记基因 限制酶和DNA连接 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射法 感受态细胞法(用Ca2+处理) 受精卵、体细胞 受精卵 原核细胞 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 DNA分子杂交 13.DNARNA 分子杂交

5、抗原抗体杂交 是否出现了杂交带 抗性实验 抗性是否存在 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 基因表达载体 检测与鉴定 预期的蛋白质结构 氨基酸 脱氧核苷酸 生物的遗传特性 蛋白质 已有 没有 基因修饰或基因合成 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 例例1：(2015江苏,32)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体,图 2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示-半乳糖苷酶与胰岛素A、B 链融合的蛋白)。请回答下列问题。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 (1)图1基因表达

6、载体中没有标注出来的基本结构是。 (2)图1中启动子是酶识别和结合的部位,有了它才能启动目的基因的表达;氨芐青霉素抗性 基因的作用是。 (3)构建基因表达载体时必需的工具酶有。 (4)-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达,可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部,其意义在于 。 (5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链,且- 半乳糖苷酶被切成多个肽段,这是因为 (6)根据图2中胰岛素的结构,请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是, 理由是 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 解析:本题考查基因工程及蛋白

7、质的分子结构。(1)一个完整的基因表达载体主要包括目的基因、复制原点、 启动子、终止子、标记基因等。图1中没有标注的基本结构是终止子。(2)启动子是基因中的一段DNA序列,是 RNA聚合酶的结合位点,它启动目的基因的表达。氨苄青霉素抗性基因是标记基因,其作用是筛选含有重组质粒 的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体时要将目的基因连接在运载体上,所以必需的工具酶有限制酶和DNA连接酶 。(4)胰岛素是在大肠杆菌内生产的,将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部,可以防止胰岛素的A、B链被 大肠杆菌体内的蛋白酶降解。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能 获得完整的

8、A链或B链,说明胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸。-半乳糖苷酶被切成多个肽段,说明其中含多个甲硫 氨酸。(6)从图2可以看出胰岛素分子由两条肽链组成,所以每个胰岛素分子至少含有两个游离氨基,因为两条肽链 的一端各有一个游离的氨基,氨基酸的R基团中可能还含有游离的氨基。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 答案:(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因,将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接 酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)-半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸,而胰岛素A、B链中不 含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基,氨基酸R基团中

9、可能还含有游离的氨基 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 对点训练对点训练1 1.(2015广东揭阳一模)金茶花是中国特有的观赏品种,但易得枯萎病。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病 的基因,通过下图所示的方法培育出了抗枯萎病的新品种。下列叙述正确的是() A.图中分别是基因表达载体、目的基因 B.形成的操作中使用的酶有限制酶、DNA聚合酶和DNA连接酶 C.在幼苗中检测到抗枯萎病基因标志着成功培育新品种 D.由培育至过程中,经历了脱分化和再分化过程 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 解析:图中分别是质粒和目的

10、基因,A项错误;形成的过程是基因表达载体的构建过程,操作中使用的酶 有限制酶和DNA连接酶,B项错误;在幼苗中检测到抗枯萎病基因,说明目的基因已经成功插入转基因生物染色 体的DNA上,C项错误;由培育至过程中,运用了植物组织培养技术,经历了脱分化和再分化过程,D项正确。 答案:D 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 2.(2015湖南怀化三模)请依据相关材料回答问题。 材料一:人类可利用转基因番茄作为生物反应器生产人胰岛素。所用的人胰岛素基因是依据植物“偏爱”的密 码子来设计所含的密码子,通过人工合成若干DNA片段,拼接而成,并且在胰岛素COOH端加上KDEL内质网滞 留序列,

11、避免胰岛素在植物细胞中的降解。将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法 转入番茄中,在番茄的果实中表达人胰岛素。 材料二:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第 3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热 性。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 (1)材料一中基因工程操作是采用的方法获得目的基因的。获得的人胰岛素基因与人体细胞中 胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同,但两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同,这是因为 。要想在体外获得大量该目的

12、基因的片段,可以采用技术。 (2)根据上述描述,转基因操作时所用的载体是,载体上的 可以转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。 (3)材料二属于工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成 ,对进行改造,或制造一种的技术。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 解析:(1)由题意“所用的人胰岛素基因是依据植物偏爱的密码子来设计所含的密码子,通过人工合成若干 DNA片段,拼接而成”可知,材料一中基因工程操作是采用人工合成的方法来获得目的基因。由于密码子具有简并 性(或一种氨基酸有多个密码子),碱基序列不同的基因可以编码出相同的蛋白质,所以获得

13、的人胰岛素基因与人体 细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同,但两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同。欲在体外扩增目 的基因,可以采用PCR技术。(2)依题意可知,转基因操作时所用的载体是农杆菌的Ti质粒,载体上的T-DNA可以转 移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(3)由题意“科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其 表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸”可知,材料二属于蛋白质工程范畴。该工程是指以分子生物学 相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 答案:(1)

14、人工合成密码子具有简并性(或一种氨基酸有多个密码子),基因序列不同,蛋白质可以相同PCR (2)农杆菌的Ti质粒T-DNA (3)蛋白质现有蛋白质新蛋白质 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 全能性 增殖 胰蛋白酶 蔗糖 葡萄糖 动物血清 动物血清 液体 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 原代 传代 不能 无病毒 有毒物质的毒性 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 细胞膜的流动性、细胞增殖 从注射特定抗原的免疫小鼠脾脏 中分离B淋巴细胞 聚乙二醇(PEG) 灭活的病毒 筛选与培养 免疫 筛选与培养 克服远缘杂交不亲和 “生物导弹” 现代生物科技

15、专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 例例2：(2015天津理综,7)DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本,利用细胞融合技术 选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。 据表回答: (1)选育的融合藻应具有A藻与B藻的优点。 (2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻,其目的是获得。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 (3)通过以下三步筛选融合藻,步骤可淘汰B藻,步骤可淘汰生长速率较慢的藻落,再通过步骤 获取生产所需的融合藻。 步骤a:观察藻落的大小 步骤b:用不含有机碳源(碳源生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养 步骤c:测定DHA含量 (4)以获得的

16、融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验,结果如下图。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 甲组条件下,融合藻产生H的细胞器是;丙组条件下产生ATP的细胞器是 。 与甲、丙两组相比,乙组融合藻生长速率较快,原因是在该培养条件下 。甲、乙两组DHA产量均较高,但实际生产中往往采用甲组的培养条件,其原因是 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 解析:本题主要考查植物细胞融合技术的原理及杂交植株的培养和筛选。 (1)分析表格可知,要以A、B两种藻为亲本培育高产DHA融合藻,则选育的融合藻不仅要具有A藻能产生DHA 和自养的优点,还要具有B藻能快速生长的特点。(2)诱导融合前要

17、用纤维素酶处理,去掉两种藻细胞的细胞壁,其 目的是获得原生质体。(3)B藻是异养的,只能利用有机碳源,所以步骤b可淘汰B藻;菌落的大小可衡量生长速率的 快慢,所以步骤a可淘汰生长速率较慢的菌落;在a、b步骤的基础上再通过步骤c就可以获取生产所用的融合藻。 (4)甲组条件是光照、无机物,所以融合藻产生H的生理过程有光合作用和细胞呼吸,因此其产生H的细胞器 是叶绿体和线粒体。丙组条件是黑暗、葡萄糖,产生ATP的生理过程只有细胞呼吸,所以丙组产生ATP的细胞器是 线粒体。由于融合藻既能光能自养又能异养,而乙组的条件是光照和葡萄糖,所以与甲、丙两组相比,乙组融合 藻生长速率较快。尽管甲、乙两组DHA产

18、量都较高,但甲组的培养条件是光照和无机物,无需添加葡萄糖,这样既 可降低成本,也可防止一些杂菌生长,所以实际生产中往往采用甲组的培养条件。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 答案:(1)产生DHA,自养特性快速生长 (2)原生质体 (3)bac (4)线粒体、叶绿体线粒体融合藻既能光能自养又能异养融合藻利用光能和简单的无机物即能生 长,不需添加葡萄糖,可降低成本,也可防止杂菌生长 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 3.克隆的三个层次 克隆有分子克隆、细胞克

19、隆和个体克隆三个层次。分子克隆是指将某一特定的DNA分子片段通过重组DNA技 术插入一个载体中,并在宿主细胞中进行自我复制,得到的大量完全相同的该DNA片段,如基因工程中目的基因通 过PCR技术扩增获得的大量的目的基因;细胞克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的纯细胞系,其中 每个细胞的基因都相同,如杂交瘤细胞通过细胞培养技术获得大量的杂交瘤细胞,就是细胞水平上的克隆;个体克 隆是指基因型完全相同的两个或更多个个体组成的群体,如通过细胞核移植技术或胚胎分割移植技术获得的个 体、克隆羊和通过植物组织培养技术获得的植株等。 现代生物科技专题基因工程和细胞 工程 考点一考点二 对点训练对点训练2 1.(2015北京东城区期末)细胞工程中,选择合