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1、人教版选修 3 基因工程学案 一 基因工程的基本工具 限制酶DNA 连接酶载体 作用切割目的基因和载体 连接 DNA 片段 形成 重组 DNA 携带目的基因进入受 体细胞 作用部位 两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二 酯键 作用特点 条件 1 识别特定的核苷酸 序列 2 在特定位点 上切割 1 E coli DNA 连接 酶只连接黏性末端 2 T4DNA 连接酶连 接黏性末端和平末端 1 能在宿主细胞内稳 定存在并大量复制 2 有多个限制酶切割 位点 3 具有特殊的 标记基因 常用类型 EcoR 限制酶Sma 限制酶 E coliDNA 连接酶 T4DNA 连接酶 质粒 噬菌体 动植 物病
2、毒 训练 1下列有关基因工程技术的正确叙述是 A 重组 DNA 技术所用的工具酶是限制酶 连接酶 载体 B 为育成抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞 C 选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快 D 只要目的基因进入了受体细胞就能成功表达 二 基因工程的操作程序 1 目的基因的获取 1 目的基因 指编码蛋白质的结构基因 2 获取方法 从基因文库获取 原核基因也可直接分离获得 真核基因主要是人工 合成 人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法 2 基因表达载体的构建 1 目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传至下一代 使目的基因 能够表达和发
3、挥作用 2 组成 启动子 目的基因 标记基因 终止子 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 能驱动基因转录出mRNA 最终获得所需要的蛋白质 终止子 也是一段有特殊结构的DNA 片段 位于基因的尾端 标记基因的作用 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 常用的标记基因是抗生素抗性基因 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Ca 2 处理法 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Ti 质粒 T DNA 上 农杆菌 导入植物细胞 整合到 受
4、体细胞的DNA 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 Ca 2 处理细胞 微生物 细胞壁的通透性增加 重组质粒与感受态细胞 混合 感受态细胞吸收 DNA 分子 4 目的基因的检测和表达 类型步骤检测内容方法结果 分子检 测 第一步目的基因是否进入受体细胞 DNA 分子杂交 DNA 和 DNA 之间 是否 成功 显示 出杂 交带 第二步目的基因是否转录出信使RNA 分子杂交技术 DNA 和 RNA 之间 第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原 抗体杂交方法 个体水 平检测 包括抗虫 抗病的接种实验 以确定是否有抗性以及抗性的程度 基因工程
5、产品与 天然产品的活性比较 以确定功能是否相同等 训练 2正确表示基因操作 四步曲 的是 A 提取目的基因 目的基因导入受体细胞 目的基因与载体结合 目的基因的检 测与鉴定 B 目的基因的检测与鉴定 提取目的基因 目的基因与载体结合 目的基因导入 受体细胞 C 提取目的基因 目的基因与载体结合 目的基因导入受体细胞 目的基因的检 测与鉴定 D 目的基因与载体结合 提取目的基因 目的基因导入受体细胞 目的基因的检 测与鉴定 三 蛋白质工程 1 蛋白质工程流程 2 蛋白质工程与基因工程的区别 蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成自然界 不存在的蛋白质 所以被形象地称为第二代基因工程 基因工程在原
6、则上只能生产自然界已 存在的蛋白质 训练 3利用蛋白质工程改造天然蛋白质 进而改 变其功能 可获得毒副作用减小 专一性 药效和稳定性都增强的理想的药物 如胰岛素是 治疗依赖型糖尿病的特效药物 但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时 重症病人每天得 注射好几次药物 给病人增加了不便和痛苦 通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构 以延 长胰岛素的半衰期 得到长效胰岛素 还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下 增强 其他部位结合强度 使之难以被酶所破坏 从而增强其稳定性 1 若要批量生产以上提到的长效胰岛素 根据所学知识 需要用到哪些生物工程 A 发酵工程B 基因工程 C 蛋白质工程D 胚胎工程 2 用
7、蛋白质工程生产的胰岛素 与天然胰岛素比较 显著的优点是 1 据下图所示 有关工具酶功能的叙述错误的是 A 限制酶可以切断a 处 B DNA 聚合酶可以连接a 处 C 解旋酶可以使b 处解开 D DNA 连接酶可以连接c 处 2 利用外源基因在受体细胞中表达 可生产人类所需要的产品 下列选项中能说明目 的基因完成了在受体细胞中表达的是 A 棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B 大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及mRNA C 山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA 序列 D 酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白 3 某生物学家把从神经细胞中提取的基因植入到细菌的DNA 中 该基因在细菌体内表 达出的蛋白质
8、在氨基酸序列上发生了很大的变化 在与神经细胞中合成的蛋白质完全不同 合理的解释是细菌与人体细胞 A 合成蛋白质的场所不同 B 控制蛋白质合成的基因结构不同 C 编码蛋白质合成的密码子不同 D 合成蛋白质的能量不同 4 关于基因工程应用的正确说法是 A 我国转基因抗虫棉是转入了植物凝集素基因培育出来的 B 可用于转基因植物的抗虫基因只有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因 C 抗真菌转基因植物中 可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因 D 提高作物的抗盐碱和抗干旱能力 与调节渗透压的基因无关 5 治疗白化病 苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 A 口服化学药物 B 注射化学药物 C 利用辐射或药
9、物诱发致病基因突变 D 采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响 6 下列说法中 错误的是 A 科学家通过对胰岛素的改造 已经使其成为速效型药品 B 我们可以将蛋白质工程应用于微电子方面 C 用蛋白质工程方法制成的电子元件具有体积小 耗电少和效率高的特点 D 蛋白质工程成功的例子不多 主要是因为蛋白质种类太少 原料不足 题号1 2 3 4 5 6 答案 7 如图所示为一种限制酶切割DNA 分子的过程 请据图回答下列问题 1 这种限制酶的切点是在碱基 之间 2 这种限制酶的特点是 3 如果图示片段中G 碱基发生基因突变 可能发生的情况是 4 这种工具酶主要存在于 中 5 若用该酶从苏云金芽孢杆
10、菌中提取到了抗虫基因 要将该基因导入棉花细胞中获 得 抗 虫 棉 则 所 需 运 输 工 具 称 为 最 常 用 的 是 其 次 还 有 和 该 运 输 工 具 具 有 的 特 点 是 有 多 个 在受体细胞内可进行 具有 8 近期 肝脏学 杂志发表了一篇文章称科学家经研究发现 乙肝病毒HBX 蛋白间接 调控宿主细胞内许多基因的转录 广泛影响宿主细胞的各种生命活动 包括调节细胞凋亡 抑制细胞DNA的修复 干扰细胞有丝分裂和细胞周期进程等 因此可通过研究该蛋白质来 寻找治疗乙肝的途径 下图表示利用乳腺反应器生产乙肝病毒HBX蛋白的流程示意图 1 已知 HBX蛋白基因的核苷酸序列 则 可采用 获得
11、目的基因 并 用 技术进行扩增 2 为获得更高活性的HBX 蛋白质 需要对蛋白质结构进行设计改造 但必须通过 基因修饰或基因合成来完成 而不直接改造蛋白质的原因是 3 图中载体 是 为胚胎移植到受体 在该步骤操作前对胚胎进行了检 查和筛选 发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡 请你分析外源基因插入导致胚胎 死亡的可能原因 答案专题整合 训练 1 C A 项中的载体不是酶 B 项中的受体细胞常用受精卵 但有时也可用植物体细 胞 D 项中 目的基因进入受体细胞并不一定能成功表达 2 C 基因操作 四步曲 包括提取目的基因 目的基因与载体结合 将目的基因导 入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 提取目的
12、基因和目的基因与载体结合 要用同一种限 制酶切割DNA 片段和质粒 目的基因导入受体细胞 要用CaCl2 细菌 改变细胞膜通透性 用到显微注射等技术 目的基因的检测与鉴定 是检测载体标记基因的表达和目的基因的表 达 3 1 ABC 2 具有长效性 解析蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质 所以需对原有胰岛素的 基因进行改造 改造好的目的基因需通过基因工程来生产 并且在生产过程中要借助工程菌 如导入目的基因的大肠杆菌 所以还需要发酵工程 课后作业 1 D 限制酶切割DNA分子时破坏的是DNA链中的磷酸二酯键 如图a 处 DNA 聚合酶是将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3 末端的羟基上
13、 形成磷酸二酯键 因此 DNA 聚合酶可以连接a 处 解旋酶解开两个碱基对之间的氢键 即使b 处解开 DNA 连接 酶连接的是两个相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖 形成磷酸二酯键 如a 处 而图示的 c 处连接的是同一个脱氧核苷酸内的磷酸和脱氧核糖 2 D 基因的表达 是指基因使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上 这一过程 即必须获得相应的蛋白质才能说明基因完成了表达过程 四个选项中A 项检测到 基因 B 项检测到基因及其mRNA C 项检测到DNA 序列 只有D 项提取到了蛋白质 3 B 细菌是原核生物 人是真核生物 人的神经细胞中的基因导入细菌中后合成的 蛋白质与在神经细胞中合成
14、的蛋白质完全不同 原因是真核生物与原核生物的基因结构不同 真核生物的编码区内含内含子 合成蛋白质的场所都是核糖体 不同生物共用一套密码子 蛋白质的合成过程中需要的能量来自ATP 4 C 抗虫棉是转入了Bt 毒蛋白基因培育出来的 抗虫的基因还有蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 利用可以调节细胞渗透压的基因 来提高作物的抗 盐碱和抗旱能力 5 D 遗传病是受基因控制的 要想彻底根治 只有通过基因工程技术 用正常的目 的基因去纠正或弥补缺陷基因 这是基因治疗 虽然用辐射或药物诱发致病基因突变 可以 改变原有的基因 但在一般情况下 突变大多是有害的 很可能引起另一种新的疾病 A B
15、 选项只能治标 不能治本 6 D 蛋白质工程是一项难度很大的工程 目前成功的例子不多 主要是因为蛋白质 发挥功能必须依赖于正确的高级结构 这种高级结构十分复杂 目前科学家对大多数蛋白质 的高级结构的了解还不够 这就制约了其发展 由于氨基酸的种类 数目和排列顺序等构成 的蛋白质千变万化 种类是非常繁多的 原料也十分的充足 7 1 G 和 A 2 只能识别某一种特定的核苷酸序列 并在特定的切点上切割DNA 分 子 3 该限制酶不能识别切割位点 4 原核生物 5 载体质粒噬菌体的衍生物动植 物病毒限制酶单一切割位点自我复制标记基因 8 1 人工合成法PCR 2 改造基因易于操作且改造后能够遗传 3 动物病毒外源 基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达 解析已知核苷酸序列的基因 可采用人工合成法进行合成从而获得目的基因 然后利 用 PCR 技术进行扩增 改造蛋白质不能遗传 而改造基因则可以遗传 因此改造蛋白质需 要通过改造基因来实现 培育转基因动物利用的载体是动物病毒 外源基因插入到羊的DNA 中 则可能会影响到其他基因的表达 如果插入后影响了使羊胚胎发育所需要的基因的表达 就会导致胚胎死亡
