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1、1第一章第一章 基因工程基因工程 学习目标学习目标 1基因工程的诞 生()。 2.基因工程的原理及技术()。 3.基因工程的应用()。 4.蛋白质工程()。 课前探究课前探究 1.基因工程的概念 (1)供体:提供 。 (2)操作环境: 。 (3)操作水平: 水平。 (4)原理: 。 (5)受体:表达目的基因。 (6)本质:性状在受体 体内的表达。 (7)优点:克服 的障碍,定向改造生物的 。 2.DNA 重组技术的基本工具 (1)限制性核酸内切酶(简称: ) 来源:主要是从 生物中分离纯化出来的。 作用:识别特定的 并切开特定部位的两个核苷酸之间的 。 结果:产生 或平末端。 (2)DNA 连
2、接酶 种类:按来源可分为Ecoli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶。 作用:将双链 DNA 片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 。 DNA 连接酶和限制酶的关系(3)载体 种类: 、 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 质粒的特点: 2.基因工程的操作过程与应用 1基因工程的基本操作步骤 (1)获得目的基因 目的基因:人们所需要的基因。如:人的胰岛素基因、白细胞介素基因、植物的抗病基 因等。 获取方法 (2)形成重组 DNA 分子 一般用 分别切割含有 的供体 DNA 分子和载体 DNA(如质粒), 使其产生相同的 ,然后用 将两者连接在一起,形成 。 (3)将重组 DNA
3、 分子导入受体细胞 常用的受体细胞: 、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。 导入方法举例:用质粒作为载体,宿主细胞应该选择 ,用 处理大肠杆菌,增加其 的通透性,使含有目的基因的 进入大肠杆菌 宿主细胞。 (4)筛选含有目的基因的受体细胞 筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了 。 筛选方法举例:质粒上有抗生素如四环素的 ,所以含有这种重组质粒的受体 细胞就能够在有 的培养基中生长,而没有接纳 的细胞则不能生长, 这样就能筛选出含有 的受体细胞。 (5)目的基因的表达:目的基因在 中表达,产生人们需要的 。 3基因工程的应用2(1)基因工程与遗传育种 转基因植物:培育优点 转基因动物 (2)基因工程
4、与疾病治疗 基因工程药物:如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病,通过酵母菌生产乙肝疫苗等。 基因治疗指的是向目标细胞中引入 的基因,以 基因的缺陷,达到治 疗的目的。 3.蛋白质工程 (1)流程图 写出流程图中字母代表的含义: A. ,B. ,C. ,D. ,E. 。 (2)结果:改造了现有蛋白质或制造出 。 (3)应用:主要集中应用于对 进行改造,改良生物性状。 【课堂探究课堂探究】 【探究点一】 限制性核酸内切酶、DNA 连接酶等酶的作用 【典例 1】如图为 DNA 分子在不同酶的 作用下所发生的变化,图中依次表示限制酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( ) A. B
5、. C. D. 【变式训练 1】若要利用某目的基因(见图甲)和 P1噬菌 体载体(见图乙)构建重组 DNA(见图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是 Bgl(AGATCT)、EcoR(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是( ) A.用EcoR切割目的基因和 P1噬菌体载体 B.用Bgl和EcoR切割目的基因和 P1噬菌体载体 C.用Bgl和Sau3A切割目的基因和 P1噬菌体载体 D.用EcoR和Sau3A切割目的基因和 P1噬菌体载体 【拓展提升拓展提升】1.】1.确定限制酶的种类确定限制酶的种类 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 应选择切点位于目的基
6、因两端的限制酶,如图甲可选择 。 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如 图甲不能选择 。 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 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切 点)。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶 要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的 。 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 乙中限制酶会破坏标记基因;如果所选酶的切点不止一个,则切割重组后可能会丢失某些片 段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。 【探究点二
7、】 目的基因的获取及基因表达载体的构建 【典例 2】下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程,其中 Pst、Sma、EcoR、Apa为四种限制性核 酸内切酶。下列有关说法中正确的是( )A. 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3B.图示中构建基因表达载体时,需用到一种限制性核酸内切酶 C.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 D. 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 【拓展提升】如图为抗虫棉的培育过程,请据图回答下列问题:(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么? 一般情况下,为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体
8、?(2)该实例中,采用何种方法导入目的基因?为什么目的基因可以整合到染色体的 DNA 上?(3)该实例中,检测目的基因是否表达常见的方法有哪两种? 【变式训练 2】如图表示用化学方法合成目的基因的过程。据图分析,下列叙述正确的 是( )A.过程需要 DNA 连接酶 B.过程需要限制性核酸内切酶 C.目的基因的碱基序列是已知的 D.若某质粒能与目的基因重组,则该质粒和目的基因的碱基序列相同 【探究点三】 蛋白质工程概念和过程的辨析 【典例 3】现代生物技术并不是各自独立的,而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用 乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图,请分析回答下列问题:(1)该生产流程中应
9、用到的现代生物技术有_、_(写出其中两种)。(2)图中 A、B 分别表示_、_。(3)为提高培育成功率,进行过程之前,对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行_检测,对受体动物的处理是用_进行同期发情处理。4(4)蛋白质工程中,要对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因修饰或基因合成来完成,而不直接改造蛋白质,原因是_。当堂达标当堂达标1.(2015全国,40)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由 305个氨基酸组成。如果将 P 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸,240 位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留 P 的功能,而且具有了酶的催化活性
10、。回答下列问题:(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的_进 行改造。(2)以 P 基因序列为基础,获得 P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因,所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括_的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过_和_,进而确定相对应的脱氧核 苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。2.将苏云金杆菌 Bt 蛋白的基因导入棉花细胞中,可获得抗棉铃虫的转基因棉,其过程如下图所示:注:农杆菌中 Ti 质粒上只有
11、TDNA 片段能转移到植物细胞中。(1)过程需用同种_酶对含 Bt 基因的 DNA 和 Ti 质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,应使用_培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,旨在让_进入棉花细胞;除尽农杆菌后,还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养,目的是_。(3)若过程仅获得大量的根,则应在培养基中增加_以获得芽;部分接种在无激 素培养基上的芽也能长根,原因是_ _。(4)检验转基因棉的抗虫性状,常用方法是_。种植转基因抗虫棉能减少_的使用,以减轻环境污染。D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因11.下图是某种动物蛋白质工程示意图,请据图回答下列问题:5(1)目前,蛋白质工程中难度最大的是图中编号_所示的过程,实现过程的依据有_。(2)在过程中,_连接酶既可以“缝合”双链 DNA 片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链 DNA 片段的平末端。(3)为获得较多的受精卵进行研究,过程需用激素做_处理。若过程所得的卵母细胞是从屠宰母畜的卵巢中获得的,则体外受精前的过程表示在体外人工培养卵母细胞到_期。(4)为提高培育成功率,进行过程之前,需对胚胎进行质量检查,应取部分滋养层细胞, 以_为探针进行 DNA 分子杂交检测。对受体动物需要用特定的激素进行 _处理。
限制150内