专题1基因工程知识点梳理(含教材答案)

1发现DNA术的发明DNA实现因工程是在基因产物2﹡意义：能够打破生物种属的界限(即打破生殖隔离，克服远源杂交不亲和的障碍)，在分子水平上(1)基因工程的物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。(2)基因工程的结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。 程的基本工具限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸(3)结果：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(回文结构特点)。①A(2)功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。同点：都缝合磷酸二酯键A3DNA片段上 酸氢键分子运输车”——载体(1)作用：(2)载体具备的条件：，供外源DNA片段插入。DNA的鉴定和选择。(3)最常用的载体是质粒。(4)其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒4．在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工【答案与提示】(一)思考与探究2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？霉菌中提取出来的，它们各自可以DNA。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化4过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移A (3)载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。 (4)载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 (5)载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操ADNA(二)寻根问底1.根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善双链DNA的缺口(nick)，而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键(在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成)，那么，二者的差别主要 (1)DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA DNADNA链互补的DNA5(三)模拟制作讨论题2.如果你操作失误，碱基不能配对。可能是什么原因造成的？提示：可能是剪切位点或连接位点选得不对(也可能是其他原因)。(四)旁栏思考题想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？无害等。【知识拓展】制酶所识别的序列有什么特点？都可以找到一条中心轴线(图1-1)，中轴线两侧的双链决定的。3.DNA连接酶连接的是什么部位？6因工程的基本操作程序体的构建，将目的基因导入受体细胞，目。非编码区编码区非编码区编码区上游编码区下游基因结构与真核细胞的基因结构的异同点内含质的序列(1)原核细胞基因的结构7非编码区编码区非编码区终止子启动子终止子RNA聚合酶结合位点核苷酸序列:NARNA(2)真核细胞基因的结构非编码区编码区非编码区启动子编码区下游启动子内含子内含子(不能编码蛋白质)(能编码蛋白质)调控遗传信息的表达(调控序列)的基因的获取方法：、cDNA文库)①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DNADNA围大小的DNA片段，然后将这些片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA生物的所有基因。这种基因文库叫基因组文库。8小大动子无有含子无有因因因交流(2)用化学方法直接人工合成目的基因转录成的mRNA单链DNA双链DNA(目成DNA法:蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的DNA的基因(3)用PCR技术扩增目的基因(1)PCR是聚合酶链性反应的缩写，发明人：穆里斯等人(2)原理：DNA双链复制(4)前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物。(5)条件：(6)过程：0~95℃，DNA解链；双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA 数形式扩增A等不同点化核内酶第二步：基因表达载体的构建(核心)9(1)启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能(2)终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。(3)标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。建步骤：用同一种限制酶切割目的基因和载体，从而产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。特别提示】第三步：将目的基因导入受体细胞_2.将目的基因导入受体细胞：、枯草杆菌等。细胞的途径。化方法：(1)将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力(2)将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵(也可以是卵细胞)。(3)将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是：先用Cg2+处理细胞，使其成为感法是：首先用用钙离子处理细胞，使细胞处于一种能吸收A将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→物植物：可以是受精卵、体细胞(可经组织培养成完整个体)抗病的接种实验。霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并DNA细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。例原因，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短。【答案和提示】(一)思考与探究1.作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？需要有其他控制元件，如启动子、终止 cDNA 子等； (5)有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因 将目的基因导入单子叶植物的原因吗？若想将一个抗病基因导入单子叶植物，如小麦，从理论上说，你应该如何做？Ti转化最多。根瘤农杆菌广泛存在于双子叶植物中。据不完全统计，约有93属643种双子叶植物对根瘤农杆菌，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有诱导作用。酚类物质和糖类要选择合适的农杆菌菌株，因为导的物质，一般为乙酰丁香酮等，目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢(趋化性)和激活农杆菌的Vir区(诱导)的基因，使T-DNA转移并基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？和高尔基复合体上加工完成的，内质网，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？ (1)从小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的编码序列(cDNA)。 (3)将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表 。(二)求异思维提示：1970年，特明(H.M.Temin)和巴尔的摩(D.Baltimore)证实了RNA病毒中含有一种能将RNA是反向的，所以称为反转录酶(reversetranscriptase)。NAA(三)寻根问底1.为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？2.将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样？【知识拓展】。第一步：将反应体系(包括双链模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核糖核苷酸以及酶促反应加热至90~95℃，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补第二步：将反应体系降温至55~60℃，使两种引物分别与模板DNA链3′端的互补序列互补配对，这个第三步：将反应体系升温至70~75℃，在耐高温的DNA聚合酶催化作用下，将与模板互补的单个核苷成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n2.如何从基因文库中找到所需要的基因？第二步，将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上(也可以用其他类型的膜)，然后，通过处理溶解3.基因工程载体的构建需要考虑哪些方面的因素？道理何在？ 子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物。 (2)要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因 (3)要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。4.什么是分子杂交技术的显示带？SouthernDNADNA体生物的染色体DNA中，这在真核生物中是目的基因可否稳定存在和遗传的关键。如何证明这一点，就需要通过Southern杂交技术。基本做法是：第一步，将受体生物DNA提取出来，经过适当的酶切后，走琼脂糖凝胶电泳，将不同大小二步，将凝胶上的DNA片段转移到硝酸纤维素膜上；第三步，用标记了放射性同位素(或生物素)的目的DNA片段作为探针与硝酸纤维素膜上的DNA进行杂交；第四步，将X光底片压在硝酸纤Western杂交──蛋白质分子(抗原—抗体)之间的杂交。它是检测目的基因是否表达出蛋白质的一种方步，将表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出抗体(一抗)；第三步，从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳；这时抗体(一抗)与目的基因表达的蛋白(抗原)会特异结合。由于这种抗原—抗体的结合显示不出条因工程的应用是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因利用转基因改良植物的品质和利用植物生产药物等方面。(1)常用抗虫基因：用于抗虫(杀虫)的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基境的污染.抗病转基因植物引起植物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌。(2)常用的抗病基因：3.抗逆转基因植物4.利用转基因改良植物的品质①方法：提取目的基因→基因表达载体的构建(制备重组DNA分子)→导入受体细胞→目的基因表达→入人对牛奶中的乳糖不能完全消化3.用转基因动物生产药物：乳腺生物反应器(乳房生物反应器)最令人兴奋的是利用基因工程技术，使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”大概过程：目的基因(蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子)--->显微注射方法--->导入哺乳动物受精卵转基因动物--->泌乳期，分泌乳汁生产药物应器基因结构相同杂个世界性的难题，用其它动物的器官替。(1)用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质(如教材中列举的血清白蛋白、抗凝血酶等)比工厂(2)用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？；④易提取。启动子，要在编码目的蛋白质的基因操作过程大致归纳为：获取目的基因(例如血清白蛋白基因)→构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子)→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达)。(三)基因工程药物的生产：如用转基因工程菌生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。利用转基因工程菌生产药物：如细胞因子，抗体，疫苗，激素(胰岛素)，干扰素等，已形成工业化。用研究(四)基因治疗：(1)概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的(2)方法：体外基因治疗和体内基因治疗在体外完成基因转移，再筛选成功转。细胞的基因替换，并没有改变能正常的基因：从健康人体上分离得到的，用以取代病变基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因RNA(3)实例：ADA基因缺陷症基因治疗机理【区分】基因诊断、基因治疗基因诊断：采用基因检测(用基因探针，利用DAN分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测病症的目的，如镰刀形贫血症，苯丙酮尿症，癌症)的方法来判断患者是否出现了基因异常(如遗传病患者的基因缺陷)或是否携带病原体(如乙型肝炎病毒)等。发挥功能，从而达到治疗病症的目【答案和提示】根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可【知识拓展】利用微生物生产药物的优越性何在?(1)利用活细胞作原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从402.在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？关于病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。一种假说认为：胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基利用CP介导的抗病毒性还存在一些问题：①转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限于特定的病毒(被CP发病延缓，一般为两周，并非根治；③。质工程的概念有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。(基因工程在原则上只能的蛋白质)其中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。工程的原理(1)、天然蛋白质合成：基因→表达(转录和翻译)→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。 (中心法则)(2)、蛋白质工程：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(基因)4.蛋白质工程的类型(1)、类型设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结子中替代某一技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性酸残基，以改善蛋白(2)、定点诱变技术(看书P26积极思维，工程的应用 白质工程与基因工程区别界不存在的蛋白质将目的基因从供体转移到受体细胞，并在在的蛋白质白质工程基础上，延伸出的第二代基因工程【答案和提示】(一)思考与探究样的需求而崛起的？而结构生物学对大量蛋白质分子的精确的活性丧失等。肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为106U/mg，点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108U/mg，并2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？质应有的高级结构→蛋