第二 三節(jié)基因工程的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程 基因工程的應(yīng)用1 轉(zhuǎn)基因植物 2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 3 基因治療與基因診斷 基因表達(dá) 堿基互補(bǔ)配對 利用正常基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中 以表達(dá)出正常性狀來治療 制作特定dna探針與病人樣品dna混合分析雜交帶情況 臨床實(shí)驗(yàn) 臨床應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程與基因工程 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 目的基因的獲取 重組載體的構(gòu)建 重組載體的導(dǎo)入和篩選 目的基因的表達(dá)與鑒定 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性 獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 1 蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程 2 基因工程能為蛋白質(zhì)工程提供理論及技術(shù)支持 蛋白質(zhì)工程可對基因工程中所需的某些酶進(jìn)行修飾 改造 使之更符合需要 高考警示鐘 1 蛋白質(zhì)工程中的生物性狀可以穩(wěn)定遺傳 原因是控制新性狀的遺傳物質(zhì)被改變并可以穩(wěn)定遺傳 2 蛋白質(zhì)工程與dna分子重組技術(shù)是分不開的 常用到基因工程工具酶 如限制性內(nèi)切酶和dna連接酶 基因工程的應(yīng)用 典例訓(xùn)練1 2012 連云港模擬 圖1表示科學(xué)家通過基因工程培育抗蟲棉時(shí) 從蘇云金桿菌中提取抗蟲基因 將其 放入 棉花細(xì)胞中與棉花的dna分子結(jié)合起來而發(fā)揮作用的過程示意圖 請據(jù)圖回答下列有關(guān)問題 1 圖2表示在圖1過程 中同時(shí)利用ecori ecor52切割目的基因和載體 以形成兩種不同的黏性末端 這種雙酶切的優(yōu)點(diǎn)是 2 圖1中過程 涉及的生物技術(shù)是 在含四環(huán)素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)植物細(xì)胞 導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)胞能否增殖 依據(jù)是 3 判斷基因轉(zhuǎn)化是否成功 應(yīng)對轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行鑒定 如果培育成功的植株能抗蟲 還應(yīng)進(jìn)行 水平鑒定 以確定該變異能否遺傳給后代 將上述抗蟲棉植株的后代種子種植下去后 往往有很多植株不再具有抗蟲性 原因是 為獲得穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因植株 還需要對轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行嚴(yán)格的 4 圖3表示蘇云金桿菌細(xì)胞中的某些生命活動(dòng)過程 則 處需要有 酶的催化 兩處共有的一種堿基配對方式是 解題指南 1 考查實(shí)質(zhì) 通過轉(zhuǎn)基因植物的培育過程考查基因工程的操作程序 2 解題關(guān)鍵 準(zhǔn)確識別三幅圖示代表的過程是解題的突破口 解析 1 使用雙酶切 質(zhì)粒上的黏性末端不同 用dna連接酶處理時(shí) 質(zhì)粒不能自身環(huán)化 同樣技術(shù)獲得的目的基因也不能自身環(huán)化 能夠保證目的基因定向插入到特定的位置 2 圖1中過程 是重組載體的構(gòu)建 是導(dǎo)入受體細(xì)胞 是由受體細(xì)胞獲得棉花植株 原理是植物細(xì)胞的全能性 技術(shù)手段是植物組織培養(yǎng) 分析圖示 目的基因插入的位置是四環(huán)素抗性基因所在位置 即四環(huán)素抗性基因被破壞 倘若培養(yǎng)基中含有四環(huán)素 則導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)胞不能增殖 3 生物變異分為可 遺傳變異和不可遺傳變異 不可遺傳變異不涉及遺傳物質(zhì) 是由環(huán)境條件變化引起的 可遺傳的變異涉及遺傳物質(zhì) 因此 此種變異能否遺傳 要通過基因 分子 水平的鑒定 抗蟲基因?qū)胫参锛?xì)胞后會(huì)整合到細(xì)胞中的染色體上 兩條同源染色體上只有一條會(huì)整合抗蟲基因 相當(dāng)于雜合體植株 4 分析圖示 處進(jìn)行的生命活動(dòng)是轉(zhuǎn)錄過程 處進(jìn)行的是翻譯過程 答案 1 保證目的基因定向插入特定位置 防止目的基因和質(zhì)粒環(huán)化 答對一點(diǎn)即可 2 植物組織培養(yǎng)不能在構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程中 四環(huán)素抗性基因片段被切除 3 分子 基因 抗蟲植株產(chǎn)生的雌雄配子中各有1 2不含抗蟲基因 受精時(shí)雌雄配子隨機(jī)結(jié)合 可以產(chǎn)生1 4左右的不具有抗蟲性植株連續(xù)自交 4 rna聚合a u 互動(dòng)探究 1 圖1中 過程常用方法有哪些 提示 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法和花粉管通道法 分析 過程為重組載體的導(dǎo)入和篩選 2 對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉進(jìn)行分子水平的鑒定有哪些方法 提示 轉(zhuǎn)錄的鑒定 核酸分子雜交 翻譯的鑒定 抗原和抗體雜交 分析 對目的基因表達(dá)的鑒定常從目的基因是否轉(zhuǎn)錄和翻譯方面鑒定 蛋白質(zhì)工程的實(shí)驗(yàn)流程 典例訓(xùn)練2 干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì) 可以用于治療病毒感染和癌癥 但體外保存相當(dāng)困難 如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸 就可在 70 條件下保存半年 給廣大患者帶來福音 1 蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的 因此獲得能夠控制合成 可以保存的干擾素 的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵 依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程 讓動(dòng)物生產(chǎn) 可以保存的干擾素 2 基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較 基因工程在原則上只能生產(chǎn) 的蛋白質(zhì) 不一定符合 需要 而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ) 通過 或 對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行 或制造一種新的蛋白質(zhì) 以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要 3 蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大 原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的 結(jié)構(gòu) 4 對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作 還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn) 原因是 解題指南 1 考查實(shí)質(zhì) 對蛋白質(zhì)工程的實(shí)驗(yàn)流程的理解 2 解題關(guān)鍵 1 明確蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期功能推測出相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 2 明確蛋白質(zhì)工程是通過改造基因來改造蛋白質(zhì) 答案 1 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造 3 空間 或高級 4 應(yīng)該通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造第一 任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的 改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造 而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去 如果對蛋白質(zhì)直接改造 即使改造成功 被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳 其次 對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作 難度要小得多 1 2012 南京模擬 請回答與轉(zhuǎn)基因小鼠的培育過程相關(guān)的問題 1 獲取外源基因常用的工具酶是 若需在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的某種外源基因 通常采用 技術(shù) 2 在供體雌鼠發(fā)情周期的某一階段 用 激素處理促使卵巢里大量卵泡成熟并排出 稱為超數(shù)排卵 在讓供體母鼠與健康公鼠交配的同時(shí) 讓代孕母鼠與結(jié)扎公鼠進(jìn)行交配 使代孕母鼠與供體母鼠的生理?xiàng)l件達(dá)到同步或者一致 稱為 處理 3 將重組載體導(dǎo)入受精卵常用的方法是 4 將注射有外源dna的受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)至 再進(jìn)行胚胎移植 進(jìn)行早期胚胎的體外培養(yǎng)時(shí) 培養(yǎng)液中除了含有各種無機(jī)鹽 維生素 氨基酸 核苷酸等營養(yǎng)成分外 還要添加激素和 5 待代孕母鼠產(chǎn)出幼仔后 取幼鼠尾巴細(xì)胞提取基因組dna 可用 法等分析以確定是否為轉(zhuǎn)基因鼠 解析 1 基因工程中常用限制性內(nèi)切酶獲取目的基因 pcr技術(shù)可用于短時(shí)間內(nèi)獲得大量目的基因 2 用促性腺激素處理可超數(shù)排卵 代孕母鼠與結(jié)扎公鼠交配 使得代孕母鼠與供體母鼠的生理?xiàng)l件達(dá)到同步或者一致 這稱為同期發(fā)情 3 常用顯微注射技術(shù)將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受精卵 4 囊胚可用于胚胎移植 進(jìn)行早期胚胎培養(yǎng)時(shí) 還需要加入動(dòng)物血清 5 若檢測dna 則用dna分子雜交法 答案 1 限制性內(nèi)切酶pcr 2 促性腺同期發(fā)情 3 顯微注射技術(shù) 4 囊胚動(dòng)物血清 5 dna分子雜交 核酸雜交 2 如圖是利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白的圖解 根據(jù)下圖回答 1 在形成圖中 的過程中 我們稱 為 獲取 的途徑主要有 2 有人對這種牛奶不敢食用 人們對這種轉(zhuǎn)基因食品的擔(dān)心表現(xiàn)在 3 人血清白蛋白的生產(chǎn)說明該工程突破了自然界物種之間的 在基因表達(dá)載體中 人的血清白蛋白基因前端必須要有 4 對 處理后的分散細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng) 通常要在培養(yǎng)液中添加一定量的 此外應(yīng)定期更換 以便保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于 的環(huán)境中 解析 1 血清白蛋白基因是目的基因 獲取目的基因的途徑主要有3個(gè) 一是從相應(yīng)生物的基因文庫中獲取 二是利用體外pcr技術(shù)大量擴(kuò)增 三是基因比較小 核苷酸序列已知 可以用化學(xué)方法直接人工合成 2 人們對轉(zhuǎn)基因食品的擔(dān)心表現(xiàn)在 擔(dān)心出現(xiàn)滯后效應(yīng) 擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原 擔(dān)心營養(yǎng)成分改變等 3 利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白 突破了自然界物種之間的生殖隔離 啟動(dòng)子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的dna片段 是rna聚合酶識別和結(jié)合的部位 有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mrna 翻譯出蛋白質(zhì) 故在基因表達(dá)載體中 人血清白蛋白基因前端必須要有啟動(dòng)子 4 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)首先應(yīng)保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于無菌 無毒的環(huán)境 通常還要在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素 以防培養(yǎng)過程中的污染 此外 應(yīng)定期更換培養(yǎng)液 以便清除代謝產(chǎn)物 防止細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害 答案 1 目的基因從基因文庫中獲取 pcr技術(shù)擴(kuò)增 人工合成 2 擔(dān)心出現(xiàn)滯后效應(yīng)擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原擔(dān)心營養(yǎng)成分改變 3 生殖隔離啟動(dòng)子 4 抗生素培養(yǎng)液無菌 無毒 3 抗旱植物體內(nèi)的抗旱基因?yàn)閞 旱敏基因?yàn)閞 研究表明 多數(shù)抗旱農(nóng)作物能通過細(xì)胞代謝產(chǎn)生一種代謝產(chǎn)物 調(diào)節(jié)根部細(xì)胞內(nèi)的滲透壓 此代謝產(chǎn)物在葉肉細(xì)胞內(nèi)很難找到 1 抗旱農(nóng)作物的葉肉細(xì)胞內(nèi)難以找到與抗旱有關(guān)的代謝產(chǎn)物的原因是 2 現(xiàn)已制備足夠多的r探針和r探針 通過探針來檢測某植物相關(guān)的基因型 請據(jù)圖分析回答 圖中擴(kuò)增基因常用的方法是 若已提取到某抗旱植物rr的葉肉細(xì)胞總dna 能 或 不能 以dna為模板直接擴(kuò)增抗旱基因 擴(kuò)增過程中尋找抗旱基因的位置依靠 圖中處理基因獲取單鏈dna常用的方法有 濾膜上dna分子雜交發(fā)生在 之間 若被檢植物只發(fā)生a現(xiàn)象 則被檢植物的基因型為 解析 1 該代謝產(chǎn)物不存在的原因是基因未表達(dá) 起調(diào)節(jié)作用的抗旱基因存在于根細(xì)胞內(nèi) 葉片細(xì)胞內(nèi)含有目的基因但未表達(dá) 這是細(xì)胞分化的結(jié)果 2 體外快速擴(kuò)增dna的方法是pcr技術(shù) 擴(kuò)增時(shí)首先引物要與互補(bǔ)序列結(jié)合 然后在dna聚合酶的作用下延伸 所以可以通過引物來尋找相關(guān)基因 解旋的方法有加熱和用解旋酶處理 發(fā)生雜交的是探針與r基因或r基因 a圖表示只形成了r與探針的雜交斑 其基因型為rr 答案 1 基因選擇性表達(dá) 2 pcr技術(shù)能引物 解旋酶處理或加熱 探針與r基因或r基因 rr 4 如圖是某種動(dòng)物蛋白質(zhì)工程的示意圖 請分析回答 1 目前蛋白質(zhì)工程中難度最大的是圖中編號 所示的過程 實(shí)現(xiàn) 過程的依據(jù)有 2 若相關(guān)蛋白質(zhì)的核酸片段是從細(xì)胞質(zhì)獲取的 則 過程包括 3 過程中對核苷酸序列有嚴(yán)格要求的工具酶是 進(jìn)行 過程的目的是 4 為獲得較多的受精卵用于研究 過程的處理方案是 若 過程所得的卵母細(xì)胞是從卵巢中獲得的 則體外受精前的 過程表示 解析 1 蛋白質(zhì)工程中難度最大的是根據(jù)人們的需要設(shè)計(jì)出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 由氨基酸序列推測出目的基因的堿基順序是因?yàn)槟孓D(zhuǎn)錄過程都遵循堿基互補(bǔ)配對原則 2 從細(xì)胞質(zhì)獲取的核酸片段需