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課標(biāo)版 生物 第34講 基因工程,知識一 基因工程的工具與操作程序 一、基因工程的工具 1.限制酶,(1)存在:① 原核生物 中。 (2)作用:② 識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列 ,并使每一條 鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的③ 磷酸二酯鍵 斷開。,(3)形成 末端類型 2.DNA連接酶 (1)種類 (2)功能:將雙鏈DNA片段“縫合”起來,恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷c酸間的磷酸二酯鍵。,3.載體 (1)條件:能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存;具有一至多個限制酶切點(diǎn);具 有標(biāo)記基因。 (2)種類 (3)作用:⑩ 攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞 。 (4)特點(diǎn):可在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到染色體DNA上隨染色體DNA 進(jìn)行同步復(fù)制。,1.獲得目的基因(目的基因的獲取) (1)方法:從① 基因文庫 中獲取;人工合成。 (2)人工合成的方法:② 反轉(zhuǎn)錄 法和③ 化學(xué)合成 法。 (3)目的基因的擴(kuò)增方法:④ PCR技術(shù) 。 2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心 (1)目的:使目的基因⑤ 在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代 ,同時使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 (2)基因表達(dá)載體=⑥ 目的基因 +啟動子+終止子+標(biāo)記基因等。 啟動子:⑦ RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA 。 終止子:使轉(zhuǎn)錄終止的一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段。,二、基因工程的基本操作程序,標(biāo)記基因:鑒定受體細(xì)胞中是否含有⑧ 目的基因 ,從而將⑨ 含有目 的基因的細(xì)胞 篩選出來。 (3)構(gòu)建過程:,3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,4.目的基因的檢測與鑒定,1.螢火蟲體內(nèi)的熒光素酶催化的系列反應(yīng)導(dǎo)致螢火蟲發(fā)光。如果熒光素 酶存在于植物體內(nèi),也可以使植物體發(fā)光。一直以來熒光素酶的唯一來源 是從螢火蟲腹部提取。但科學(xué)家成功地通過基因工程將熒光素酶基因?qū)?入大腸桿菌體內(nèi),使其產(chǎn)生熒光素酶。請分析回答下列問題: (1)在此基因工程中,目的基因是 ,獲得目的基因的常用方法 有: 、人工合成和PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。 (2)將此目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞內(nèi)需要載體的幫助。下列各項(xiàng)在選取載體 時不必考慮的是 。(用字母表示) A.能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存,B.具1至多個限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn) C.具有與目的基因相同的堿基片段 D.具有某些標(biāo)記基因 (3)在基因表達(dá)載體構(gòu)建的過程中,需要 、 等多 種酶的參與。載體中啟動子的化學(xué)本質(zhì)是 。 (4)在此基因工程中受體細(xì)胞為 。 (5)為檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,可利用放射性同位素標(biāo)記的 作探針與受體細(xì)胞基因組DNA雜交。 (6)通過基因工程來培育新品種的主要優(yōu)勢是 。,答案 (1)熒光素酶基因 從基因文庫中獲取 (2)C (3)限制性核酸內(nèi)切酶(或限制酶) DNA連接酶 DNA片段 (4)大腸桿菌 (5)目的基因 (6)定向地改造生物的遺傳性狀 解析 (1)要轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞內(nèi)的熒光素酶基因即為目的基因。獲得目的 基因的常用方法有:從基因文庫中獲取、人工合成和PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基 因。(2)選擇載體時一般要考慮三個因素:①能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定 保存;②具有1至多個限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn);③具有某些標(biāo)記基因。(3),基因表達(dá)載體的構(gòu)建需用到限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。(5)欲利用 DNA雜交的原理檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,則要求探針是一段能與 目的基因中的一條鏈互補(bǔ)配對的DNA單鏈(即目的基因)。(6)相對誘變育 種而言,基因工程育種的優(yōu)勢在于對生物品種進(jìn)行定向改造。,2.(2011海南單科,31,15分)回答有關(guān)基因工程的問題: (1)構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時,用不同類型的限制酶切割DNA后,可能產(chǎn)生 黏性末端,也可能產(chǎn)生 末端。若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后 使其直接進(jìn)行連接,則應(yīng)選擇能使二者產(chǎn)生 (相同、不同)黏性末端 的限制酶。 (2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時,構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其 啟動子等,其中啟動子的作用是 。在用表達(dá)載 體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時,常用 處理大腸桿菌,以利于表達(dá)載體進(jìn)入;為了 檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針 與mRNA雜交,該雜交技術(shù)稱為 。為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mR-,NA是否翻譯成 ,常用抗原—抗體雜交技術(shù)。 (3)如果要將某目的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入植物細(xì)胞,先要將目的基因 插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的 中,然后用該農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞,通過DNA重 組將目的基因插入植物細(xì)胞的 上。 答案 (1)平 相同 (2)驅(qū)動胰島素基因轉(zhuǎn)錄出mRNA(其他合理答案也給分) CaCl2溶液(或Ca 2+) 分子雜交技術(shù) 蛋白質(zhì)(其他合理答案也給分) (3)T-DNA 染色體DNA(其他合理答案也給分) 解析 (1)DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式: 黏性末端和平末端。當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸兩側(cè)將DNA切開時,,,產(chǎn)生的是黏性末端,而當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線處將DNA切開時, 產(chǎn)生的是平末端。要使目的基因和質(zhì)粒直接進(jìn)行連接,應(yīng)使用同種限制酶 切割目的基因和質(zhì)粒,使二者產(chǎn)生相同黏性末端。(2)一個基因表達(dá)載體的 組成,除含有目的基因外,還必須有啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。啟動子 是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因首端,是RNA聚合酶識別和結(jié)合 部位,可以驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時,為 便于表達(dá)載體進(jìn)入,常用CaCl2處理大腸桿菌。要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出 對應(yīng)的mRNA,可采用分子雜交技術(shù),即用標(biāo)記的目的基因片段作探針,與 mRNA雜交,如果顯示出雜交帶,則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA。(3)運(yùn)用 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞時,要先將目的基因插入農(nóng)桿菌Ti,質(zhì)粒的T-DNA中,然后用該農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞,通過DNA重組將目的基 因插入植物細(xì)胞的染色體DNA上。,3.(2014河北唐山一中期中,51)下圖是從酵母菌獲取某植物需要的某種酶基 因的流程,結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)信息回答下列問題: (1)圖中cDNA文庫 基因組文庫(填“大于”、“等于”或者“小 于”)。 (2)①過程提取的DNA需要 的切割,B過程是 。 (3)為在短時間內(nèi)大量獲得目的基因,可用 擴(kuò)增的方法。目的基因 獲取之后,需要進(jìn)行 ,其組成必須有,以及標(biāo)記基因等,此步驟是基因工程的核心。 (4)將該目的基因?qū)肽畴p子葉植物細(xì)胞,常采用的方法是 ,其能否 在此植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳可以用 技術(shù)進(jìn)行檢測。 答案 (1)小于 (2)限制酶 反轉(zhuǎn)錄(或逆轉(zhuǎn)錄) (3)PCR技術(shù) 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 啟動子、終止子、目的基因 (4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 DNA分子雜交 解析 (1)cDNA文庫小于基因組文庫。(2)提取目的基因需要限制酶,逆 轉(zhuǎn)錄法獲得目的基因需要逆轉(zhuǎn)錄酶。(3)短時間內(nèi)大量獲得目的基因,可用 PCR技術(shù)擴(kuò)增的方法?；虮磉_(dá)載體組成必須有目的基因、標(biāo)記基因、,,啟動子和終止子等,基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。(4)將目的基 因?qū)肽畴p子葉植物細(xì)胞常采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,目的基因只有整 合到植物細(xì)胞的染色體DNA上才能在植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳,可通過DNA分子 雜交的方法對目的基因是否整合到染色體上進(jìn)行檢測。,知識二 基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程 一、基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程 1.轉(zhuǎn)基因生物 (1)概念:是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入① 外源基因 培育出的能夠?qū)⑿?性狀穩(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。 (2)優(yōu)點(diǎn):運(yùn)用基因工程改良動植物品種最突出的優(yōu)點(diǎn)是能打破常規(guī)育種 難以突破的② 物種之間的界限 。,2.基因工程的應(yīng)用 (1)動物基因工程:用于提高動物生長速度從而提高產(chǎn)品③ 產(chǎn)量 ;用于 改善畜產(chǎn)品品質(zhì);用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)④ 藥物 ;用轉(zhuǎn)基因動物作器官移 植的⑤ 供體 等。 (2)植物基因工程:培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和抗逆轉(zhuǎn)基因 植物;利用轉(zhuǎn)基因改良植物的⑥ 品質(zhì) 。 (3)基因診斷:又稱為DNA診斷,是采用⑦ 基因檢測 的方法來判斷患 者是否出現(xiàn)了基因異常或攜帶病原體。 (4)基因治療:指利用⑧ 正?；? 置換或彌補(bǔ)缺陷基因的治療方法。 實(shí)例:ADA基因缺陷癥的基因治療。,3.蛋白質(zhì)工程 (1)概念:以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與⑨ 生物功能的關(guān)系 作為基 礎(chǔ),通過⑩ 基因修飾或基因合成 ,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種 新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 (2)基本途徑:預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的 氨基酸 序列→找到對應(yīng)的 脫氧核苷酸 序列(基因)。 二、轉(zhuǎn)基因生物的安全性與生物武器 1.轉(zhuǎn)基因生物存在安全性問題的原因 (1)目前對① 基因的結(jié)構(gòu) 、基因間的相互作用及基因的調(diào)控機(jī)制等 都了解得相當(dāng)有限。 (2)目的基因往往是② 異種生物 的基因。,(3)外源基因插入宿主基因組的部位往往是③ 隨機(jī) 的。 2.對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論:主要在④ 食物安全、生物安全、環(huán)境 安全 三個方面存在激烈的爭論。 3.理性對待轉(zhuǎn)基因技術(shù):⑤ 趨利避害,不能因噎廢食 。 4.基因身份證 (1)否定的理由:個人基因資訊的泄露造成⑥ 基因歧視 ,勢必造成遺傳 學(xué)失業(yè)大軍、個人婚姻困難和人際關(guān)系疏遠(yuǎn)等。 (2)肯定的理由:一些遺傳性疾病在后代中復(fù)現(xiàn)率很高,通過基因檢測可以 ⑦ 及早預(yù)防,適時治療 ,達(dá)到挽救患者生命的目的。,(1)種類:致病菌、⑧ 病毒 、生化毒劑,以及經(jīng)過⑨ 基因重組 的致 病菌。 (2)中國政府的態(tài)度:在任何情況下⑩ 不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存 生物 武器,并反對 生物武器及其技術(shù)和設(shè)備 的擴(kuò)散。,5.生物武器,1.胰島素是治療依賴型糖尿病的特效藥物,但是天然胰島素在人體內(nèi)壽命 只有幾小時,重癥病人每天得注射好幾次藥物。通過蛋白質(zhì)工程可改變胰 島素的空間結(jié)構(gòu),以延長胰島素的半衰期,得到長效胰島素;還可以在不改 變胰島素活性部位結(jié)構(gòu)的前提下,增強(qiáng)其他部位的結(jié)合強(qiáng)度,使之難以被酶 破壞,從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性,如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)長效胰島素的生產(chǎn)過程。,能得到準(zhǔn)確表達(dá)。 (3)用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)的胰島素,與天然胰島素比較,顯著的優(yōu)點(diǎn)是 。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么? 。 答案 (1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能 (2)載體 大腸桿菌等受體細(xì)胞 (3)具有長效性 (4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列,推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,然 后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因 解析 (1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋a,,(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的 主要依據(jù)是 。 (2)通過DNA合成形成的新基因應(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才,白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì),因此,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是胰島素的 預(yù)期功能。(2)合成的目的基因應(yīng)與載體構(gòu)建成基因表達(dá)載體后導(dǎo)入受體 細(xì)胞中才能得以表達(dá)。(3)由題中信息可知,利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)生產(chǎn)的胰 島素解決了天然胰島素在體內(nèi)不能長期起作用的問題。(4)由新的蛋白質(zhì) 模型構(gòu)建新的基因,其基本思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中氨基酸的序列,推測出 其基因中的脫氧核苷酸序列,然后用DNA合成儀直接合成出新的基因。,2.普通番茄細(xì)胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因,控制細(xì)胞產(chǎn)生多聚半乳糖 醛酸酶,該酶能破壞細(xì)胞壁,使番茄軟化,不耐貯藏?？茖W(xué)家們通過基因工 程技術(shù),培育出了抗軟化、保鮮時間長的番茄新品種,操作流程如圖。請回 答:,(1)該過程需要的工具酶有 和DNA連接酶。 (2)在番茄新品種培育過程中,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞采用最多的方法是 ,篩選含重組DNA的土壤農(nóng)桿菌時通常要看質(zhì)粒上的 是 否表達(dá)。 (3)多聚半乳糖醛酸酶基因和抗多聚半乳糖醛酸酶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA 能相互配對,導(dǎo)致 無法合成,最終使番茄獲得了抗軟化的性狀。 (4)轉(zhuǎn)基因生物安全性主要在 、 和 三個方面存 在激烈的爭論。 (5)除了圖示培育方法外,還可通過蛋白質(zhì)工程技術(shù),對 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特定的改變,從而獲得抗軟化的番茄品種,關(guān)鍵的操作是對,進(jìn)行定向改造。 (6)為防止轉(zhuǎn)基因番茄通過花粉將抗多聚半乳糖醛酸酶基因傳播給其他植 物而造成基因污染,可將抗多聚半乳糖醛酸酶基因?qū)敕阎参锛?xì)胞的 (結(jié)構(gòu))中。 答案 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 標(biāo)記基因 (3)多聚半乳糖醛酸酶 (4)食物安全 生物安全 環(huán)境安全 (5)多聚半乳糖醛酸酶 多聚半乳糖醛酸酶基因 (6)線粒體或葉綠體,,解析 (1)基因工程的工具酶有限制酶和DNA連接酶。(2)利用基因工程 培育轉(zhuǎn)基因植物時常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。(3)據(jù)題 意可知,兩種基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA相互配對,可導(dǎo)致翻譯過程無法進(jìn)行,即 多聚半乳糖醛酸酶不能合成,而使番茄獲得抗軟化性狀。(4)目前對基因的 結(jié)構(gòu)、基因間的相互作用及基因的調(diào)控機(jī)制等都了解得相當(dāng)有限;加上目 的基因雖然是功能已知的基因,但不少是異種生物的基因;同時由于外源基 因插入宿主基因組的部位是隨機(jī)的,因此在轉(zhuǎn)基因生物中有時候會出現(xiàn)一 些人們意想不到的后果,這一切引發(fā)了人們在食物安全、生物安全和環(huán)境 安全三個方面發(fā)生了激烈的爭論。(5)蛋白質(zhì)工程應(yīng)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能 出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的,脫氧核苷酸序列(基因)。(6)為防止轉(zhuǎn)基因番茄通過花粉將抗多聚半乳糖 醛酸酶基因傳播給其他植物而造成基因污染,生產(chǎn)上可利用母系遺傳的特 點(diǎn),將相關(guān)基因?qū)爰?xì)胞質(zhì)的線粒體或葉綠體中。,突破一 基因工程中的工具酶與目的基因 1.與DNA相關(guān)的酶 (1)五種DNA相關(guān)酶的比較,(2)DNA連接酶與限制酶的關(guān)系,①限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 ②限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列 或識別序列已經(jīng)被修飾。 ③限制酶是一類酶,而不是一種酶。 ④DNA連接酶起作用時不需要模板。 2.基因、目的基因和基因文庫 (1)基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和,功能的基本單位,基因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息。 (2)目的基因是指基因工程操作中需要的外源基因,它是編碼某種蛋白質(zhì) 的結(jié)構(gòu)基因,如生物的抗逆性基因、抗蟲基因等。 (3)基因文庫:是將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導(dǎo)入受體菌 的群體中儲存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。 易混辨析 (1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控,目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間的部位。 (2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿 基互補(bǔ)配對現(xiàn)象。,(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理:農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞,并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA 轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。 典例1 下列關(guān)于生物工程中常見的幾種酶的敘述,正確的是 ( ) A.DNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏合,形成重組DNA B.限制性核酸內(nèi)切酶將一個DNA分子片段切成兩個片段需消耗兩個水分子 C.Taq酶是用PCR儀對DNA分子擴(kuò)增過程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶 D.纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞獲得原生質(zhì)體,便于植物雜交育種,解析 DNA連接酶起作用的部位是磷酸二酯鍵;DNA分子是雙鏈,因此切 割DNA分子時需要消耗兩分子的水;Taq酶是熱穩(wěn)定DNA聚合酶,是連接單 個脫氧核苷酸的,不是DNA連接酶;植物雜交育種是借助有性生殖實(shí)現(xiàn)的, 纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞獲得原生質(zhì)體應(yīng)用于細(xì)胞工程。 答案 B,1-1 通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運(yùn) 用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì),下圖表示了這一技術(shù)的基本過程,在 該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—,請 回答:,(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是 。人體蛋白質(zhì)基 因“插入”羊體細(xì)胞染色體中時需要的酶是 。 (2)請畫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過程圖。 —G↓GATCC— → (3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi),原因是 。 答案 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶 (2) —G↓GATCC——CCTAG↑G— —G GATCC— —CCTAG G—,,(3)人的遺傳物質(zhì)(基因)與羊的都為DNA,其物質(zhì)組成和空間結(jié)構(gòu)相同 解析 本題考查基因工程的基本操作,在基因工程中用到的工具酶有限 制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶,在對載體和目的基因進(jìn)行切割的時候,一定 要用同種限制性核酸內(nèi)切酶,才能切出相同的黏性末端,當(dāng)插入目的基因 時,常用DNA連接酶。,突破二 基因工程的應(yīng)用 1.抗蟲棉的培育 (1)目的基因:Bt毒蛋白基因 (2)抗蟲原理:Bt毒蛋白水解成多肽與腸上皮細(xì)胞結(jié)合,會導(dǎo)致細(xì)胞膜穿 孔,細(xì)胞腫脹裂解,最后造成害蟲死亡。 注:Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌。 (3)受體細(xì)胞 (4)方法:花粉管通道法(也可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法或基因槍法),2.動物反應(yīng)器 (1)外源基因:藥用蛋白基因 (2)表達(dá)條件:藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因(膀胱內(nèi)表達(dá)的相應(yīng)基因)+啟動 子 (3)受體生物——牛、羊等 (4)方法:顯微注射法 (5)種類:乳腺反應(yīng)器和膀胱反應(yīng)器。前者受動物性別(只能是雌性)和年齡 (哺乳期)限制,優(yōu)點(diǎn)是不用提取直接服用;后者需提取后服用,但不受動物性 別和年齡的限制。,3.工程菌 (1)概念:用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞系。 (2)外源基因:控制合成抗體、疫苗、激素等的基因。 (3)受體細(xì)胞:微生物細(xì)胞。 (4)特點(diǎn):細(xì)菌內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等,產(chǎn)生的藥物可能沒有活性。 (5)藥物提取:從微生物細(xì)胞中提取。,4.基因檢測和基因治療的比較,典例2 植物生物反應(yīng)器是指通過基因工程途徑,以常見的農(nóng)作物作為 “化學(xué)工廠”,通過大規(guī)模種植,生產(chǎn)具有重要功能的蛋白,如人或動物的 疫苗、抗體、工農(nóng)業(yè)用酶等各種高價(jià)值的生物制品的方法。列舉幾例如 表,請據(jù)此回答問題:,(1)從基因工程的角度分析,將目的基因?qū)胫参锸荏w細(xì)胞的最常用的方法 是 ,載體是 ,目的基因能在植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是 。在檢測受體細(xì)胞中是否已經(jīng)導(dǎo)入目的基 因時,分子水平上的檢測方法名稱是 。 (2)從細(xì)胞工程的角度分析,建立“化學(xué)工廠”的理論基礎(chǔ)是 。從 生態(tài)學(xué)角度考慮操作過程需要 。 (3)分析說明煙草生物反應(yīng)器Ⅱ生產(chǎn)的藥物作用機(jī)理是 。 (4)從細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能上分析,生長激素不能使煙草細(xì)胞生長的原因是 ;吃G蛋白基因已有效表達(dá)的番茄果 實(shí) (能、不能)預(yù)防狂犬病。,解析 (1)植物轉(zhuǎn)基因常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,農(nóng)桿菌中含有Ti質(zhì)粒, 其上的T-DNA能將目的基因整合到植物染色體DNA上。目的基因在受體 細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上,可以利用DNA 分子雜交技術(shù)來檢測。(2)“化學(xué)工廠”指利用轉(zhuǎn)基因植株生產(chǎn)人類所需 功能蛋白,轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞形成轉(zhuǎn)基因植株過程是通過植物組織培養(yǎng)來實(shí) 現(xiàn)的,其基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。植物組織培養(yǎng)整個過程應(yīng)無菌操作。 (3)煙草生物反應(yīng)器Ⅱ生產(chǎn)的是核糖體抑制蛋白,能抑制HIV感染者T細(xì)胞 中核糖體的功能,導(dǎo)致HIV蛋白質(zhì)合成受阻,從而抑制HIV的增殖。(4)植物 細(xì)胞膜上沒有生長激素的受體,所以生長激素不能促進(jìn)植物細(xì)胞生長。G,蛋白是大分子的蛋白質(zhì),食用G蛋白后G蛋白在消化道被分解成氨基酸,不 能達(dá)到預(yù)防狂犬病的目的。 答案 (1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 Ti質(zhì)粒 整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上 DNA分子雜交技術(shù) (2)細(xì)胞的全能性 無菌操作(或預(yù)防微生物感染或預(yù)防雜菌污染) (3)該藥物能抑制HIV感染者T細(xì)胞(或被HIV感染的人體細(xì)胞)的核糖體合 成HIV蛋白質(zhì) (4)煙草細(xì)胞(膜)上無生長激素的受體 不能,2-1 科學(xué)家們對一位因缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷 癥的美國女孩進(jìn)行基因治療,其方法是首先將患者的淋巴細(xì)胞取出做體外 培養(yǎng),然后用逆轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的淋巴細(xì) 胞中,再將這些轉(zhuǎn)基因淋巴細(xì)胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi),經(jīng)過多次治療,患者的免 疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的 導(dǎo)入有 的細(xì)胞中,以達(dá)到治療疾 病的目的。 (2)在基因治療過程中,逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)于基因工程中基因操作工具 中的 。此基因工程中的目的基因是 ,目的基因的受體細(xì) 胞是 。,(3)將轉(zhuǎn)基因淋巴細(xì)胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后,免疫能力趨于正常,是由于淋 巴細(xì)胞中能合成 。 (4)請用基因工程方法簡要寫出對該女孩實(shí)施基因治療的步驟,并寫出兩種 鑒定是否治療成功的方法。 答案 (1)外源基因 基因缺陷 (2)載體(或基因的運(yùn)輸工具) 腺苷酸脫氨酶基因 淋巴細(xì)胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)獲取腺苷酸脫氨酶基因→腺苷酸脫氨酶基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將重組 DNA分子導(dǎo)入淋巴細(xì)胞→腺苷酸脫氨酶基因的檢測和鑒定。目的基因的 鑒定方法:①鑒定女孩體內(nèi)產(chǎn)生的腺苷酸脫氨酶是否越來越多;②鑒定女孩,,產(chǎn)生抗體的能力是否明顯改善,免疫能力是否明顯提高。 解析 基因治療是指把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,進(jìn)行 治療疾病的方法。在該實(shí)例中,基因的運(yùn)輸工具是逆轉(zhuǎn)錄病毒,目的基因是 腺苷酸脫氨酶基因,受體細(xì)胞是淋巴細(xì)胞?；颊叩玫交謴?fù),說明目的基因在 受體細(xì)胞中得到了表達(dá),即淋巴細(xì)胞能合成出腺苷酸脫氨酶。鑒定該治療 過程是否成功,可通過鑒定其體內(nèi)該酶的量或檢測其免疫能力是否有所提高。,