1、专题透析2020 微专题微专题16 16 基因基因工程与工程与细胞细胞工程工程081.1.与与DNADNA相关的五种酶的比较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
2、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:3.3.启动子启动子起始密码子起始密码子,终止子终止子终止密码子终止密码子(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。4.4.基因组文库与基因组文库与cDNAcDNA文库的比较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
3、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5.5.利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因(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。6.6.比较
4、基因治疗与基因诊断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7.7.蛋白质工程与基因工程的比较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
5、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。8.8.植物体细胞杂交后的遗传物质分析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(2
6、x+2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。9.9.关于动物细胞培养的两组概念辨析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。10.10.植物组织培养与动物细胞培养的比较植物组织培养与动物细胞培养的比较
7、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（续表）比较项目植物组织培养动物细胞培养培养基性质固体液体培养基成分水、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
8、()。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B答案答案解析解析考能1 载体的应用分析解析 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。2.(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 或者
9、 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。构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶农杆菌转化法基因枪植物组织培养答案答案(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。解析解析答案答案原核生物DNA与叶绿体DNA结构类似不遵循花粉母本解析(1)转基因技术的操作分四步:获取目的基因,构
10、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。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
11、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解析解析答案答案D考能2 工具酶的应用分析解析 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
12、切的DNA片段应是双链DNA,D错误。4.(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8 D.6和8D解析解析答案答案解析 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。限制酶的选择方法根据目的基因两
13、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)。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:考能3 基因工程与蛋白质
14、的关系的分析(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。蛋白质的预期功能载体大肠杆菌等受体细胞基因工程蛋白质工程根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因解析解析答案答案解析(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
15、)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。图解记忆蛋白质工程6.(2019年芜湖质检)下图为A、B两种二倍体植
16、物体细胞杂交过程示意图,请据图回答:考能4 植物体细胞杂交考查(1)步骤的方法是 。步骤常用的化学试剂是 ,之后 (填“需要”或“不需要”)筛选。(2)在利用杂种细胞培育成杂种植物的过程中,运用的技术是,其中步骤是。植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植物,与A、B两种植物相比,该杂种植物是新物种的原因是_ 。酶解法聚乙二醇需要脱分化植物组织培养技术该杂种植株与A、B两种植物间均存在生殖隔离答案答案(3)培育该杂种植物的过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律?为什么?解析解析答案答案不遵循,该过程不属于有性生殖。解析(1)题图为植物体细胞杂交过程示意图,其中步骤表示去壁获取原生质体的过程,
17、常用酶解法,即用纤维素酶和果胶酶处理;步骤表示人工诱导原生质体融合,常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG),诱导后可形成三种两两融合的原生质体,所以需要筛选。(2)图中步骤表示再生出新细胞壁的过程,杂种细胞通过植物组织培养技术培育成为杂种植物,步骤表示脱分化,步骤表示再分化过程。图中获得的杂种植物与A、B两种植物间均存在生殖隔离,所以是新物种。(3)题图为植物体细胞杂交过程,没有经过不同配子的结合,所以不属于有性生殖,因此该过程中遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传规律。植物体细胞杂交分析(1)植物体细胞杂交的最终目的是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞。杂种植株具备两种植物的遗传特征,原因是杂种植株中
18、含有两种植物的遗传物质。(2)该技术应用在育种上最大的优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍。(3)目前杂种植株还不能完全按人们的需要去表达亲代的优良性状。7.(2019年厦门模拟)细胞工程是一门新兴的生物工程技术。在动植物的育种、药物提取、药物生产等领域的应用十分广泛。利用所学知识回答以下关于细胞工程的问题。(1)植物细胞工程育种的方法如下:考能5 植物细胞工程的应用考查以胚状体为材料,经过人工薄膜包装得到的人工种子,在适宜条件下同样能够萌发成幼苗,与天然种子相比,人工种子具有哪些显著的优点?(答出两点)。甲、乙原生质体经诱导融合完成的标志是 。杂种细胞经植物组织培养技术可以培育成杂种植株,该技术
19、的核心步骤是 和。再生出新的细胞壁脱分化再分化生产不受季节、气候和地域的限制;一般不会出现性状分离、能保持优良品种的遗传特性答案答案(2)已知西湖龙井含有的茶碱是植物细胞的代谢产物,具有提神、抗衰老的功效。可用植物组织培养来实现茶碱的工业化生产。若利用植物组织培养技术,可将龙井茶叶细胞培养到_ 阶段,然后从(填细胞器)中提取茶碱。如果想获得脱毒的龙井茶苗,可以切取一定大小的_ 等进行组织培养。液泡愈伤组织解析解析答案答案(或根尖、芽尖)茎尖解析 图中不同物种的甲、乙细胞首先经过酶解法去壁处理得到甲、乙两种原生质体,经物理或者化学方法诱导融合,得到杂种细胞(再生出细胞壁为融合完成的标志),再经过
20、组织培养,得到杂种植株。(1)经过人工薄膜包装得到的人工种子与天然种子相比,人工种子具有的优点有:生产不受季节限制、不会出现性状分离、能保持优良品种的遗传特性、方便贮存和运输等。甲、乙原生质体经诱导融合完成的标志是再生出新的细胞壁。植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个核心步骤。(2)若利用植物组织培养技术,可将龙井茶叶细胞培养到愈伤组织阶段,愈伤组织呈高度液泡化,然后从其液泡中提取茶碱。茎尖、根尖和芽尖等分生区部位含有少量的病毒或不含病毒,如想获得脱毒的龙井茶苗,可以切取一定大小的茎尖(或根尖和芽尖)等进行组织培养。理清植物细胞工程两大技术(1)植物组织培养(2)植物体细胞杂交纤维素酶和果胶
21、酶去除细胞壁。物理法和化学法进行原生质体的融合,融合完成的标志为再生出细胞壁。可克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍。8.(2019年佛山质检)癌胚抗原(CEA)是某些癌细胞表面产生的一种糖蛋白,临床上通过制备CEA的单克隆抗体来诊断癌症。回答下列问题:(1)制备CEA的单克隆抗体时,首先将注入小鼠体内,使小鼠产生免疫反应。然后从产生免疫反应小鼠的脾脏中获取 细胞,将其与骨髓瘤细胞融合,该融合过程所利用的基本原理是 。癌胚抗原(CEA)细胞膜具有一定的流动性B淋巴(或浆细胞)答案答案考能6 动物细胞工程及其应用的考查因为融合率不是100%,且融合过程具有性,所以需对融合后的细胞进行筛选。筛选出的
22、杂交瘤细胞还要经过多次筛选,最终获得 (答两个特点)的杂交瘤细胞。(2)获得杂交瘤细胞后,将其注射到小鼠腹腔内增殖或_ ,之后从中提取大量CEA抗体。CEA单克隆抗体的主要优点有 (答三点)。既能产生抗CEA(特异性)抗体,又能无限增殖随机答案答案在体外培养特异性强、灵敏度高、可大量生产(3)CEA单克隆抗体与抗癌药物偶联后,可以使抗癌药物定向作用于癌细胞,该过程所利用的免疫学原理为 。抗原和抗体的特异性结合答案答案解析解析解析(1)制备CEA的单克隆抗体时,首先将癌胚抗原注入小鼠体内,使小鼠产生免疫反应。然后从产生免疫反应的小鼠的脾脏中获取B淋巴细胞,细胞融合的原理为细胞膜具有一定的流动性。细胞融合过程具有随机性,因此需要筛选出杂交瘤细胞。筛选出的杂交瘤细胞还要经过多次筛选最终才能获得既能产生抗CEA(特异性)抗体,又能无限增殖的杂交瘤细胞。(2)单克隆抗体主要的优点是特异性强、灵敏度高并可大量制备。(3)“生物导弹”是单克隆抗体上连接抗癌药物,通过抗体和相应抗原(癌细胞)特异性结合,利用抗癌药物或毒素杀伤和破坏癌细胞。理清单克隆抗体制备的过程谢谢 观赏
