16基因工程与细胞工程1.与DNA相关的五种酶的比较名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端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2.载体上标记基因的作用载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要导入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,那么在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留导入载体的受体细胞,原理如下图所示:3.启动子起始密码子,终止子终止密码子(1)启动子:一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。(2)终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。(3)起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。4.基因组文库与cDNA文库的比较文库类型cDNA文库基因组文库构建基因文库的过程(续表)文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以5.利用PCR技术扩增目的基因(1)PCR的含义:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。(2)目的:短时间内大量扩增目的基因。(3)原理:DNA双链复制。(4)前提:有一段已知目的基因的核苷酸序列。(5)过程第一步:加热至9095 ,DNA解链为单链;第二步:冷却至5560 ,引物结合到互补DNA链;第三步:加热至7075 ,热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成。如此重复循环多次。6.比较基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达将正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗(疾病)临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况临床应用7.蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质的功能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)获取目的基因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(续表)项目蛋白质工程基因工程实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型和生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有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。基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。8.植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为几倍体。若一植物细胞含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,另一植物细胞含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则两细胞融合后形成的植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体数为(2x+2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。9.关于动物细胞培养的两组概念辨析(1)细胞贴壁与接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为接触抑制。(2)原代培养与传代培养原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养。原代培养的细胞核型正常。传代培养:进行分瓶后的扩大培养,即传代培养。一般情况下,细胞传至1050代后,增殖速度会明显减缓,甚至完全停止,部分细胞出现核型异常。10.植物组织培养与动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养理论基础植物细胞的全能性细胞增殖前处理无菌、离体无菌;用胰蛋白酶处理,使组织细胞相互分散开取材植物较幼嫩的部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织培养基性质固体液体(续表)比较项目植物组织培养动物细胞培养培养基成分水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血浆、血清等结果最终产生新个体,体现了细胞的全能性细胞培养产生大量细胞,不形成新个体,不能体现细胞的全能性相同点都需人工条件下的无菌操作;都需要适宜的温度、pH等条件;都进行有丝分裂考能1载体的应用分析1.(2019年辽宁一模)质粒是细菌中的有机分子,下列对其描述正确的是()。A.质粒完全水解后最多可产生4种化合物B.质粒能够自主复制C.质粒中含有两个游离的磷酸基团D.质粒是基因工程的工具酶解析质粒是一种具有自主复制能力的很小的双链环状DNA分子,不含游离的磷酸基团,完全水解后最多可产生6种化合物:脱氧核糖、磷酸、4种含氮碱基,A、C错误,B正确;质粒是基因工程的载体,不是工具酶,D错误。答案B2.(2019年深圳调研)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中的一种技术,该技术能有效改良植物的品质。请回答下列问题:(1)转基因技术的核心步骤是,完成该步骤所需要的酶有。(2)将植物体细胞处理得到原生质体,再通过或法,将目的基因导入原生质体,使原生质体再生出细胞壁之后,通过技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)来自原核生物中有重要价值的外源基因,无须改造和修饰就可在叶绿体中高效表达,据此分析,原因是。(4)在大多数高等植物中,与传统的细胞核转基因相比,叶绿体转基因更稳定,其遗传方式(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔分离定律,不会随(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代,从而保持了(填“父本”或“母本”)的遗传特性。解析(1)转基因技术的操作分四步:获取目的基因,构建基因表达载体,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和鉴定。其中构建基因表达载体是核心步骤,需要用到限制酶和DNA连接酶。(2)将目的基因导入原生质体,可以用农杆菌转化法、基因枪法。原生质体再生出细胞壁之后,通过植物组织培养技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)外源基因无须改造和修饰就可在叶绿体中高效表达,原因是原核生物DNA与叶绿体DNA结构类似。(4)叶绿体基因属于细胞质基因,不遵循孟德尔分离定律,受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞,所以叶绿体转基因不会随花粉传给后代,从而保持了母本的遗传特性。答案(1)构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶(2)农杆菌转化法基因枪植物组织培养(3)原核生物DNA与叶绿体DNA结构类似(4)不遵循花粉母本考能2工具酶的应用分析3.(2019年淄博考试)用Xho和Sal两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()。A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同B.图2中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道中是用Sal酶处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA解析通过图1可知,两种限制性核酸内切酶切割DNA分子的不同部位,说明两种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列不同,A正确;图2中的酶切产物是DNA分子片段,可用于构建重组DNA,B正确;观察图1可知,该DNA片段有3个Sal酶切位点,故用Sal酶处理后,可形成4个DNA分子片段,电泳后出现4条电泳带,C正确;限制性核酸内切酶作用的是双链DNA片段,因此图中被酶切的DNA片段应是双链DNA,D错误。答案D4.(2019年徐州质检)用限制酶EcoR单独切割某普通质粒,可产生14 kb(1 kb即1000个碱基对)的长链,而同时用限制酶EcoR、Mbo联合切割该质粒,可得到三种长度的DNA片段,如下图(其中*表示EcoR限制酶切割后的一个黏性末端)。若用Mbo限制酶单独切割该普通质粒,则产生的DNA片段的长度为()。A.2.5和5.5B.2.5和6C.5.5和8D.6和8解析依题图可知,该质粒上有1个EcoR限制酶的切点、2个Mbo限制酶的切点,故用限制酶Mbo单独切割该质粒时,将产生长度为6和8的两种片段。答案D限制酶的选择方法根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。(2)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Sma。(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Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。考能3基因工程与蛋白质的关系的分析5.(2019年马鞍山模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,并且要经过较长时间才能进入血液中,而进入血液的胰岛素又容易被分解,因此,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据。(2)人工合成的DNA与结合后,被导入到中才能表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有、和发酵工程。(4)题图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是。解析(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计。因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素功能,即速效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后,被导入到受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因即目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌,再利用工程菌进行发酵,从而获取大量产品,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪直接合成新的基因。答案(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出