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第4章 基因工程
第1节 基因工程的基本原理和技术
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基因工程的基本原理和技术
基础巩固
1下列关于基因工程的叙述,正确的是( )
A.基因工程经常以抗生素抗性基因为目的基因
B.细菌质粒是基因工程常用的运载体
C.通常用一种限制酶处理含目的基因的DNA,用另一种限制酶处理运载体DNA
D.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
解析:细菌质粒是基因工程中常用的运载体。A项中抗生素抗性基因应为标记基因,而不是目的基因。C选项应该用同一种限制酶,以保证同样的末端。D选项在选择受体细胞时,主要考虑的是该细胞中目的基因是否表达。由于受精卵全能性最高,所以往往成为动植物实施转基因的首选,但也可以导入其他细胞,例如,植物胚的细胞、动物囊胚早期细胞等。
答案:B
2下列对基因工程的理解,正确的是( )
①它是一种按照人们的意愿,定向地改造生物遗传特性的工程 ②可在真核与原核生物之间进行基因转移 ③是体外进行的人为的基因重组 ④可以用化学方法人工合成DNA ⑤在DNA分子水平进行操作 ⑥一旦成功,便可遗传
A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤⑥
C.①②③⑤⑥ D.①②④⑤⑥
解析:基因工程可以对生物的基因进行重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的新的遗传特性,它可以在真核与原核生物之间进行基因转移,也可以用化学方法人工合成基因(DNA),转基因一旦成功,便可遗传。
答案:A
3如下图所示是限制性核酸内切酶切割某DNA分子的过程,从图中可知,该限制性核酸内切酶能识别的碱基序列及切点是( )
A.CTTAAG,切点在C和T之间
B.CTTAAG,切点在G和A之间
C.GAATTC,切点在G和A之间
D.GAATTC,切点在C和T之间
解析:由题意可知,该限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列是GAATTC,专一切点在G和A之间。切出两个完全相同的黏性末端,两个黏性末端的关系是碱基互补配对。
答案:C
4下列关于质粒和染色体的叙述,正确的是( )
A.两者有相同的化学本质
B.两者是同一物质的不同形态
C.质粒不存在于真核细胞中,染色体普遍存在于真核细胞中
D.两者的化学成分中均含有脱氧核糖
解析:质粒是存在于细菌、酵母菌等微生物细胞中的小型环状DNA分子,染色体是真核生物细胞核中主要由DNA和蛋白质组成的结构。
答案:D
5质粒之所以能作基因工程的运载体,是由于它( )
A.含蛋白质,从而能完成生命活动
B.能够自我复制,而保持连续性
C.是RNA,能够指导蛋白质的合成
D.具有环状结构,能够携带目的基因
解析:质粒存在于细菌和酵母菌等生物中,是一种很小的环状DNA分子,上有标记基因,便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中,能随受体细胞DNA的复制而复制,进行目的基因的扩增和表达。
答案:B
6关于下图DNA分子片段的说法,正确的是( )
A.一种限制性内切酶可作用于①②处
B.解旋酶作用于③处
C.DNA连接酶作用于③处
D.获取目的基因要同时使用解旋酶和限制性内切酶
解析:注意识别图示DNA结构各部位的结构实质。注意限制性核酸内切酶的作用是特定的,如果作用于GA之间的磷酸二酯键,则在DNA的两条链中均在GA之间切割,所以A选项错误。解旋酶作用的部位是每个碱基对之间的氢键。
答案:B
7以下关于基因工程操作工具的说法,正确的是( )
A.所有的限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B.质粒是基因工程中唯一的运载体
C.运载体必须具备的条件之一是具有多个限制性核酸内切酶切点,以便与外源基因连接
D.DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键
解析:一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列;质粒是基因工程中最常用的运载体,但不是唯一的;运载体必须具备多个酶切位点;DNA连接酶连接的是磷酸二酯键。
答案:C
能力提升
8下表关于基因工程操作的名词及对应的内容,正确的组合是( )
供体 “分子手 术刀” “分子缝 纫针” 运载体 受体
A 质粒 限制性核 酸内切酶 DNA连 接酶 提供目的基 因的生物 大肠杆 菌等
B 提供目的基 因的生物 DNA连 接酶 限制性核 酸内切酶 质粒 大肠杆 菌等
C 提供目的基 因的生物 限制性核 酸内切酶 DNA连 接酶 质粒 大肠杆 菌等
D 大肠杆 菌等 DNA连 接酶 限制性核 酸内切酶 提供目的基 因的生物 质粒
解析:基因工程中的“分子手术刀”是限制性核酸内切酶,“分子缝纫针”是DNA连接酶,最常用的运载体是质粒,受体多用原核生物,如大肠杆菌等。
答案:C
9下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A.①②③④ B.①②④③
C.①④②③ D.①④③②
解析:限制性内切酶将DNA切割为两个片段,如①。DNA聚合酶在DNA复制过程中能连接脱氧核苷酸,延长子链,如④。DNA连接酶能连接DNA片段,如②。解旋酶能解开DNA双链,如③。
答案:C
10小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应,为了克服这个缺陷,可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是( )
A.设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列
B.用PCR方法扩增目的基因时必须知道基因的全部序列
C.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶
D.一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞
解析:扩增目的基因要考虑表达载体的序列,便于限制酶切割,A错误;用PCR方法扩增目的基因,只需要知道一段目的基因的序列,而不必知道整个基因的全部序列,B错误;PCR体系中应添加热稳定DNA聚合酶,而不是从受体细胞中提取的DNA聚合酶,C错误;根据目的基因编码产物的特性选择合适受体细胞,如微生物细胞或者动物细胞,D正确。
答案:D
11下列说法中正确的是( )
A.DNA连接酶最初是从人体细胞中发现的
B.限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列
C.质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的运载体
D.利用运载体在寄主细胞内对目的基因进行大量复制的过程可称为“克隆”
解析:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的位点上切割DNA分子,细胞中有多种限制酶,不同的限制酶的切口是不同的。质粒是基因工程中常用的运载体,但不是唯一的。
答案:D
12在药品生产中,有些药品如干扰素、白细胞介素、凝血因子等,以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的,由于受原料来源限制,价格十分昂贵,而且产量低,临床供应明显不足。自20世纪70年代遗传工程发展起来以后,人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因,使之与质粒形成重组DNA,并把重组DNA引入大肠杆菌,最后利用这些工程菌,可以高效率地生产出上述各种高质量、低成本的药品,请分析完成下列问题。
(1)在基因工程中,质粒是一种最常用的 ,它广泛地存在于细菌细胞中,是一种很小的环状 分子。?
(2)在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中,一般要用到的工具酶是 和 。?
(3)将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后,能在细菌细胞内直接合成“某激素”,则该激素在细菌体内的合成包括 和 两个阶段。?
解析:本题主要考查基因工程的工具和操作过程。限制性核酸内切酶——“分子手术刀”、 DNA连接酶——“分子缝纫针”、基因进入受体细胞的运载体——“分子运输车”,其中最常用的运载体是质粒,蛋白质合成过程包括转录和翻译。
答案:(1)运载体 DNA (2)限制性内切酶 DNA连接酶 (3)转录 翻译
综合应用
13目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒,pBR322质粒是较早构建的质粒载体,其主要结构如下图一所示。
(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于 。?
(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点,EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—,并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点,请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
(3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ限制酶作用位点,现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因,通过DNA连接酶作用恢复 键,成功地获得了重组质粒。说明 ?
。?
(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌,将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养,得到如图二的菌落。再将灭菌绒布放到培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布放到含四环素的培养基上培养,得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是 ,图三结果显示,多数大肠杆菌导入的是 。?
解析:(1)质粒上的抗性基因可作标记基因,便于鉴定受体细胞中是否导入目的基因。(2)在目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点,即目的基因两侧有—GAATTC—。(3)DNA连接酶能连接磷酸二酯键。经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因能连接起来,说明这两种酶切割获得的黏性末端相同。(4)图二中的菌落能抗氨苄青霉素,将灭菌绒布放到图二中培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布放到图三含四环素的培养基上培养,仍能生长抗四环素的菌落,空圈为不能抗四环素的菌落(只能抗氨苄青霉素)。图三结果显示,多数大肠杆菌既能抗氨苄青霉素,又能抗四环素,说明导入的是pBR322质粒,而不是重组质粒(重组质粒的四环素抗性基因被切断,不能表达,因此含重组质粒的大肠杆菌只抗氨苄青霉素)。
答案:(1)筛选(鉴别目的基因是否导入受体细胞)
(2)
(3)磷酸二酯 两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同 (4)能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素 pBR322质粒
14限制性内切酶 Ⅰ 的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制性内切酶 Ⅱ 的识别序列和切点是—G↓GATC—。在质粒上有酶 Ⅰ 的一个切点,在目的基因的两侧各有1个酶 Ⅱ 的切点。用上述两种酶分别切割质粒和含有目的基因的DNA。
(1)请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。
(2)请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。
(3)在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后所形成的黏性末端能否连接起来?为什么?
解析:本题解题关键是根据碱基互补配对原则将DNA分子的两条链写准确,注意黏性末端的写法。由于黏性末端之间符合碱基互补配对原则,所以在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能连接起来。
答案:(1)
(2)
(3)可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)。
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(共28张PPT)
第2节 基因工程的操作程序
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基因工程的操作程序
基础巩固
1用PCR技术扩增DNA,需要的条件是( )
①目的基因 ②引物 ③4种脱氧核糖核苷酸 ④耐高温的DNA聚合酶 ⑤mRNA ⑥核糖体
⑦能量
A.②③④⑤⑥ B.①③④⑦
C.①②③⑤⑥ D.①②③④⑦
解析:PCR技术是体外快速复制特定DNA片段的核酸合成技术,需要的条件有目的基因、引物、原料、耐高温的DNA聚合酶、能量等。
答案:D
2下列关于基因表达载体构建的相关叙述,不正确的是( )
A.需要限制酶和DNA连接酶
B.必须在细胞内进行
C.抗生素抗性基因可作为标记基因
D.启动子位于目的基因的首端
解析:基因表达载体的构建是目的基因与运载体的结合,在此过程中需用同一种限制酶切割目的基因与运载体,用DNA连接酶将相同的末端连接起来;基因表达载体的构建是在细胞外进行的;基因表达载体包括启动子(位于基因首端使转录开始)、终止子、目的基因和标记基因等。
答案:B
3下图是获得抗虫棉的技术流程示意图。卡那霉素抗性基因(kanR)常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下列叙述正确的是( )
A.构建重组质粒过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶
B.愈伤组织的分化产生了不同基因型的植株
C.卡那霉素抗性基因(kanR)中有该过程所利用的限制性内切酶的识别位点
D.抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传
解析:质粒与目的基因结合时需要用同一种限制性内切酶切割,切出的黏性末端相同,可用DNA连接酶连接;愈伤组织由相同的细胞分裂形成,分化后产生相同基因型的植株;卡那霉素抗性基因作为标记基因不能有限制性内切酶的切割位点,标记基因被切断后就不能再表达,从而失去作用;抗虫棉为杂合子,其有性生殖后代可能会发生性状分离,抗虫性状不一定能稳定遗传。
答案:A
4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其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
解析:在基因工程中,判断外源基因是否“表达”常用的方法是看有无目的基因产物产生。
答案:D
5Ti质粒上有T-DNA,这种DNA可以转移到受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。这种质粒存在于( )
A.大肠杆菌 B.农杆菌
C.酵母菌 D.苏云金杆菌
解析:Ti质粒是可转移的TDNA,进入受体细胞后,将会整合到受体细胞的DNA上,这是农杆菌中特有的一种质粒,因此这种方法又称为农杆菌介导的遗传转化法。
答案:B
6将ADA(腺苷脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷脱氨酶。下列叙述错误的是( )
A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ADA
D.每个插入的ADA至少表达一个腺苷脱氨酶分子
解析:本题所考查的知识点是基因工程的有关内容。由题目可知,ADA通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷脱氨酶,说明每个大肠杆菌细胞至少含有一个重组质粒,一个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶的识别位点,A、B两项正确;每个限制性核酸内切酶的识别位点只能插入一个ADA,C项错误;插入的ADA至少表达一个腺苷脱氨酶分子,D项正确。
答案:C
7基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞,其原因不包括( )
A.多为单细胞,结构简单,操作方便
B.繁殖速度快
C.遗传物质含量少,易操作
D.性状稳定,变异少
解析:原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快,多为单细胞,遗传物质相对较少。原核生物的DNA不与蛋白质结合形成染色体,其稳定性相对于真核生物的核DNA要差,而且原核生物多为单细胞,繁殖速度快,个体数目多,每一代产生的变异多。
答案:D
8人的糖蛋白必须经过内质网和高尔基体加工合成。通过转基因技术,可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是( )
A.大肠杆菌 B.酵母菌
C.T4噬菌体 D.质粒DNA
解析:基因工程中的目的基因表达并形成具有生物活性的蛋白质,需要高尔基体、内质网等真核生物才具有的细胞器,酵母菌为真核生物,且具有快速大量繁殖的特点,是理想的受体细胞。
答案:B
能力提升
9土壤农杆菌能将自身Ti质粒的TDNA整合到植物染色体DNA上,诱发植物形成肿瘤。TDNA中含有植物生长素合成酶基因(S)和细胞分裂素合成酶基因(R),它们的表达与否能影响相应植物激素的含量,进而调节肿瘤组织的生长与分化。
据图分析,下列叙述错误的是( )
A.当细胞分裂素与生长素的比值升高时,诱发肿瘤生芽
B.清除肿瘤组织中的土壤农杆菌后,肿瘤不再生长与分化
C.图中肿瘤组织可在不含细胞分裂素与生长素的培养基中生长
D.基因通过控制酶的合成控制代谢,进而控制肿瘤组织生长与分化
解析:因土壤农杆菌的TDNA已经整合到植物DNA分子上,所以在清除土壤农杆菌后,肿瘤仍会生长与分化。题图示显示,当S基因不表达R基因表达时(细胞分裂素与生长素比值升高)时,可诱发肿瘤生芽。图中肿瘤细胞中DNA分子上有细胞分裂素基因和生长素基因,所以这个肿瘤在没有细胞分裂素和生长素的培养基上也能生长。R、S基因分别控制细胞分裂素合成酶和生长素合成酶,从而控制细胞分裂素和生长素的合成,所以体现了基因通过控制酶的合成从而控制肿瘤的生长与分化。
答案:B
10胰岛素是治疗糖尿病的重要药物,下图是基因工程技术生产胰岛素的操作过程示意图,请据图回答下列问题。
(1)完成过程②③必需的酶分别是 、 。?
(2)在利用A、B获得C的过程中,必须用 切割A和B,使它们产生相同的 ,再加入 ,才可形成C。?
(3)取自大肠杆菌的物质B,在基因工程中起 作用,必须具备的条件是 ?
(至少2个)。?
(4)图中的D是基因工程中的 细胞,能作为这种细胞的有 等。?
解析:(1)过程②为由单链RNA到双链DNA的过程,为反转录,需要反转录酶的催化。过程③是DNA由双链解旋变成单链,这个过程需要解旋酶。(2)A为目的基因,B为运载体,只有用同一种限制性核酸内切酶切出相同的黏性末端,然后在DNA连接酶的作用下才能相互结合。(3)从大肠杆菌中提取的B为质粒,在基因工程中可以起到运载体的作用,运载体必须具备的条件是具有标记基因、目的基因插入位点和能够在寄主细胞中复制并稳定保存。(4)常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞。
答案:(1)反转录酶 解旋酶 (2)同一种限制性核酸内切酶 黏性末端 DNA连接酶 (3)运载体 具有标记基因、目的基因插入位点和能够在寄主细胞中复制并稳定保存 (4)受体 大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞
综合应用
11根据基因工程的有关知识,回答下列问题。
(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有 和 。?
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下:
AATTC……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制性内切酶切割,该酶必须具有的特点是?
。?
(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即 DNA连接酶和 DNA连接酶。?
(4)反转录作用的模板是 ,产物是 。若要在体外获得大量反转录产物,常采用 技术。?
(5)基因工程中除质粒外, 和 也可作为运载体。?
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是 。?
解析:(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后,露出的末端类型为黏性末端和平末端两种。(2)要想用另一种限制性核酸内切酶切割并与之相连接,则该限制性核酸内切酶切割后的末端应与EcoRⅠ切割后的末端一致。(3)基因工程中使用的DNA连接酶有两种类型,即T4DNA连接酶、大肠杆菌DNA连接酶。(4)反转录的模板是RNA,产物是cDNA(或DNA),可用PCR技术对其扩增。(5)基因工程中常用的运载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。(6)不经特殊处理,大肠杆菌吸收质粒DNA的能力很弱。
答案:(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同 (3)大肠杆菌 T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
12(2013·福建理综,33)克隆猪成功率较低,与早期胚胎细胞的异常凋亡有关。Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因,用PCR技术可以检测该基因转录水平,进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如图。
请回答:
(1)图中重组细胞的细胞核来自 细胞,早期胚胎移入受体子宫后继续发育,经桑椹胚、囊胚和 胚最终发育为克隆猪。?
(2)在PCR过程中可检测出cDNA中Bcl2 cDNA的分子数,进而计算总mRNA中Bcl2 mRNA的分子数,从而反映出Bcl2基因的转录水平。
①图中X表示 过程。?
②从基因组数据库中查询Bcl2 mRNA的核苷酸序列,以便根据这一序列设计合成 用于PCR扩增,PCR过程第一轮循环的模板是 。?
解析:(1)本题中核移植是将良种猪的体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中,胚胎发育过程经桑椹胚、囊胚和原肠胚最终发育成新个体。
(2)①由mRNA获得DNA利用反(逆)转录酶进行反转录合成,通过PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物,就本题来说PCR过程第一轮循环的模板是Bcl2 cDNA。
答案:(1)体 原肠
(2)①反(逆)转录 ②引物 Bcl2 cDNA
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(共20张PPT)
第3节 基因工程的应用及产业化前景
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基因工程的应用及产业化前景
基础巩固
1近几年我国植物基因工程的研究和开发进展十分迅速。下列各项不属于植物基因工程的研究成果的是( )
A.转基因抗病毒土豆
B.抗除草剂大豆
C.富含赖氨酸的玉米
D.生物反应器生产生长激素
解析:植物基因工程主要应用有:利用转基因技术提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等);利用转基因技术改良农作物的品质等;利用乳腺生物反应器生产生长激素属于动物基因工程的研究成果。
答案:D
2下表有关基因表达的选项中,不可能的是( )
基因 表达的细胞 表达产物
A 细菌抗虫蛋白基因 抗虫棉叶肉细胞 细菌抗虫蛋白
B 人酪氨酸酶基因 正常人皮肤细胞 人酪氨酸酶
C 动物胰岛素基因 大肠杆菌工程 菌细胞 动物胰岛素
D 兔血红蛋白基因 兔成熟红细胞 兔血红蛋白
解析:抗虫棉叶肉细胞中存在细菌抗虫蛋白基因,细菌抗虫蛋白基因能够表达产生细菌抗虫蛋白;正常人皮肤细胞中含有人酪氨酸酶基因,人酪氨酸酶基因能够表达产生人酪氨酸酶;大肠杆菌工程菌细胞中存在动物胰岛素基因,动物胰岛素基因能够表达产生动物胰岛素;兔成熟红细胞中无细胞核,所以无兔血红蛋白基因,不能表达产生兔血红蛋白。
答案:D
3下列关于基因工程应用的叙述,错误的是( )
A.基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞
B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C.一种基因探针只能检测水体中的一种病毒
D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
解析:基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病或水体中病毒的目的,因此一种基因探针只能检测相应的遗传信息。在基因工程中,由于DNA分子规则的双螺旋结构在所有DNA分子中相同,因此,可以在任何不同DNA分子之间进行操作。
答案:D
4要从根本上治疗白化病须采用( )
A.基因治疗 B.医学手术
C.射线照射 D.一般药物
解析:白化病为遗传病,患者体内缺少合成黑色素的基因,要从根本上彻底治愈,只有将合成黑色素的基因导入白化病患者体内,并使其正常表达。
答案:A
5 下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( )
A.在大肠杆菌体内制取白细胞介素
B.在酵母菌体内获得干扰素
C.在青霉菌内获取青霉素
D.在大肠杆菌体内获取胰岛素
解析:基因工程是使外源基因在受体细胞中表达生产基因产品的技术,A、B、D三项均为外源基因的表达,而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达,故青霉素不属于基因工程药物。
答案:C
6利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内,转基因绵羊生长速度比一般的绵羊提高30%,体型增大50%,在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用( )
A.乳腺细胞 B.体细胞
C.受精卵 D.精巢
解析:动物体细胞的全能性受到了抑制,而受精卵是个体发育的起点,具有最强的全能性。受精卵经过有丝分裂、分化发育成的新个体,所有组织细胞都含有与受精卵相同的遗传物质,且受精卵体积大、易操作,因而是基因工程操作中最理想的受体细胞。
答案:C
7干扰素是治疗癌症的重要药物,以前必须从血液中提取,每升人血中只能提取0.5 μg,所以价格昂贵。现在的生物制品公司已经能够运用如下方法生产干扰素。如下图所示:
从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是( )
A.个体间的杂交 B.基因工程
C.细胞融合 D.器官移植
解析:从该生物公司生产干扰素的方式可以看出,它属于转基因技术,即将人的淋巴细胞中控制合成干扰素的基因取出后借助细菌质粒,将人干扰素基因转移到酵母菌体内。
答案:B
81976年,美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌体内,并获得表达,这是人类第一次获得的转基因生物。上述的“表达”是指该基因在大肠杆菌体内( )
A.能进行DNA的复制
B.能进行转录
C.能合成人的生长激素
D.能控制合成人的生长抑制素释放因子
解析:人的生长抑制素释放因子是蛋白质,是由相应的基因控制合成的。
答案:D
9若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,其在环保上的重要意义是( )
A.减少氮肥的使用量,降低生产成本
B.减少氮肥的使用量,节约能源
C.避免氮肥过多引起环境污染
D.改良土壤结构
解析:把固氮基因导入水稻细胞中培育水稻新品种,主要目的是减少氮肥的使用量,节约能源,减少环境污染。在环保上的重要意义是减少了环境污染。
答案:C
能力提升
10在植物基因工程中,获取目的基因后,用农杆菌中的Ti质粒作为载体,把目的基因重组入Ti质粒上的TDNA片段中,再将重组的TDNA导入植物细胞中,经植物组织培养得到转基因植物。请回答下列问题。
(1)科学家在进行上述实验操作时,要用同一种 分别切割质粒和目的基因,质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端的“缝合”需要 的帮助。?
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞,经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析,该植株含有一个携带目的基因的TDNA片段,因此可以把它看作是杂合子。理论上,在该转基因植株自交后的F1中,仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ,原因是 。?
(3)种植上述转基因油菜,它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种,造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中,就可以避免“基因污染”,原因是 。?
解析:(1)基因工程操作时,要用同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因,质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端的“缝合”需要DNA连接酶的帮助。(2)由“把它看作是杂合子”,可以判断抗除草剂基因为显性,杂合子自交后代显性性状占3/4。(3)因为花粉中几乎没有细胞质,所以叶绿体DNA不会通过花粉传递。
答案:(1)限制性内切酶 DNA连接酶 (2)3/4 雌、雄配子各有1/2含抗除草剂基因的可能,受精时,雌、雄配子随机结合 (3)花粉中几乎没有细胞质,叶绿体DNA不会通过花粉传递
综合应用
11继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中,常用方法是 。?
(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入 中,原因是 。?
(3)通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。?
(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。?
答案:(1)显微注射 (2)受精卵(或早期胚胎细胞) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达 (3)DNA分子杂交 (4)膀胱上皮
122007年11月20日,日本学者和美国学者分别在《细胞》和《科学》杂志上发表重要论文,他们用逆转录病毒作“分子运输车”,用“化学剪刀”和“化学浆糊”将四个不同作用的关键基因转入体细胞内,令其与原有基因发生重组,然后让体细胞重新返回到“生命原点”,变成了一个多功能的干细胞,该细胞具有胚胎干细胞的特性。得知此消息后,“克隆羊之父”威尔穆特随即宣布放弃用体细胞核移植技术研究胚胎干细胞,他认为此种新方法才是今后治疗疑难病症的关键。
(1)传统的细胞核移植技术,如多莉羊的培育过程中,用到的受体细胞是 。?
(2)让体细胞回到“生命原点”,帮助其恢复 ,类似于植物组织培养中的 过程。?
(3)在基因工程中,被用作“分子运输车”的除了病毒外,还有 ,后者的形状呈 ,化学本质是 。文中提到的“化学剪刀”和“化学浆糊”分别是指 。?
(4)下列四条DNA分子,彼此间能够“缝合”起来拼接成新的DNA分子的一组是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
(5)异种生物的基因能拼接在一起,是因为它们的分子都具有 结构。在细菌细胞内能够表达出人的蛋白,一方面是因为基因能控制 ,另一方面是因为所有的生物 。?
解析:体细胞核移植技术是把体细胞细胞核移入去核卵细胞中。“生命原点”是指个体发育的起点,正常情况下,个体发育的起点是受精卵,其全能性最高,体细胞返回到“生命原点”是恢复其全能性,类似于脱分化过程。基因工程常用的载体有质粒、动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等。质粒是环状的DNA分子。基因工程中的“剪刀”是限制性内切酶,“浆糊”是DNA连接酶。由于不同生物的DNA分子都具有相同的双螺旋结构,所以异种生物的基因能拼接起来;基因在不同的受体细胞内能表达是因为基因能控制蛋白质合成,在蛋白质合成过程中,所有生物共用一套密码子。图示的4个DNA片段中,只有②和④的碱基之间能通过碱基互补配对经DNA连接酶“缝合”起来。
答案:(1)去核卵细胞 (2)全能性 脱分化 (3)质粒 环状 DNA 限制性内切酶、DNA连接酶 (4)D (5)双螺旋 蛋白质的合成 共用一套密码子
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(共12张PPT)
第4节 蛋白质工程的崛起
题型一
题型二
题型三
题型一
题型二
题型三
题型一
题型二
题型三
题型一
题型二
题型三
1 2 3
1 2 3
1 2 3
蛋白质工程的崛起
基础巩固
1科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达,使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高β干扰素的抗病性活性,并且提高了储存稳定性,该生物技术为( )
A.基因工程 B.蛋白质工程
C.基因突变 D.细胞工程
答案:B
2蛋白质工程中目前已成功的是( )
A.对胰岛素进行改造,生产速效型药品
B.蛋白质工程应用于微电子方面
C.体外耐保存的干扰素
D.用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米
答案:A
3下列关于蛋白质工程的说法,正确的是( )
A.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B.蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
C.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
解析:蛋白质工程通过对基因改造实现对蛋白质的改造;蛋白质工程可生产自然界中没有的蛋白质。
答案:B
4科学家为提高玉米中赖氨酸含量,计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸,就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍,下列对蛋白质的改造,操作正确的是( )
A.直接通过分子水平改造蛋白质
B.直接改造相应的mRNA
C.对相应的基因进行操作
D.重新合成新的基因
解析:对蛋白质进行改造,最终通过改造基因来完成。
答案:C
5下列各项不是蛋白质工程的研究内容的是( )
A.分析蛋白质分子的精细结构
B.对蛋白质进行有目的的改造
C.分析氨基酸的化学组成
D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
解析:蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系,按照人的意愿改造蛋白质分子,形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某蛋白质分子,必须对其精细结构进行分析,但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分进行分析;蛋白质工程改造的对象是编码蛋白质的DNA序列。
答案:C
6猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗人类糖尿病,下列有关蛋白质工程中的蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A.对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B.将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C.将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病
D.根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
解析:由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同,所以蛋白质工程中蛋白质的分子设计,只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗,但分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难,所以不是最佳方案。
答案:A
7蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( )
A.氨基酸结构
B.蛋白质空间结构
C.肽链结构
D.基因结构
解析:蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产或生活需要。因此,蛋白质工程直接需要进行操作的对象是基因结构。
答案:D
8蛋白质工程在实施中最大的难题是( )
A.生产的蛋白质无法应用
B.发展前景太窄
C.对于大多数蛋白质的高级结构不清楚
D.无法人工合成目的基因
解析:多数蛋白质除具有一级结构即氨基酸顺序外,还具有复杂的高级结构,即空间结构,而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的。空间结构不清楚也就无法进行蛋白质合成。
答案:C
能力提升
9(2013·广东理综,3)从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是( )
A.合成编码目的肽的DNA片段
B.构建含目的肽DNA片段的表达载体
C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
解析:从题干信息可以得出合成出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物是在P1的基础上设计出自然界中原本不存在的多肽,属于蛋白质工程,应用蛋白质工程,首先要依据P1的氨基酸序列设计多条模拟肽。
答案:C
10下列关于蛋白质工程的叙述,错误的是( )
A.蛋白质工程的实质是通过改造基因来改造蛋白质
B.蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列
C.蛋白质工程的基础是基因工程
D.蛋白质工程遵循的原理包括中心法则
解析:蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计,然后根据设计的蛋白质结构,最终得到特定的脱氧核苷酸序列,因此B项错误。
答案:B
11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,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,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,请根据图回答有关问题。
(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是 。?
(2)通过DNA合成形成的新基因应与 结合后转移到 等受体细胞中才能得到准确表达。?
(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)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?
?
。 ?
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胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与运载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界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,形成目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物,并且在生产过程中要借助工程菌,所以还需要进行发酵,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氨基酸的序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列,然后用DNA扩增仪直接合成出新的基因。
答案:(1)蛋白质的预期功能 (2)运载体 大肠杆菌 (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,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA扩增仪来合成新的胰岛素基因
综合应用
12(1)饲料加工过程温度较高,要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时,首先必须了解植酸酶的 ,然后改变植酸酶的 ,从而得到新的植酸酶。?
(2)培育转植酸酶基因的大豆,可提高其作为饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 。请简述获得转基因植株的完整过程: ?
?
?
。?
(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率,科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过 方法,从而一次得到多个转基因猪个体。?
解析:(1)蛋白质工程首先要根据已有蛋白质,从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相应的脱氧核苷酸序列,合成目的基因,再通过基因工程产生转基因生物。(2)将目的基因导入植物细胞的方法有:农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法,其中有80%的转基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。(3)动物细胞核的全能性受细胞质的抑制,故目的基因需注入受精卵中,再将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内,使其发育成具有新性状的动物。
答案:(1)分子结构及预期功能 基因 (2)农杆菌转化法 首先将目的基因与质粒组合,构建基因表达载体,将含目的基因的表达载体导入植物细胞,通过植物组织培养获得表现新性状的植物 (3)显微注射法 胚胎分割
13(2013·课标全国理综Ⅰ,40)阅读如下资料:
资料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
资料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造,使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
资料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。
回答下列问题:
(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶是 和 。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是 。?
(2)资料乙中的技术属于 工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 进行改造,或制造一种 的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变。?
(3)资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到 种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中,兔甲称为 体,兔乙称为 体。?
解析:(1)基因工程中,将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。构建基因表达载体常用的工具酶是限制性内切酶(限制酶)和DNA连接酶。当植物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞,农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上,因此用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时,农杆菌的作用是将目的基因导入受体细胞。
(2)资料乙中是对T4溶菌酶进行改造,属于蛋白质工程。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。改造后的T4溶菌酶和原T4溶菌酶相比,第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,即肽链中的氨基酸序列发生改变。
答案:(1)显微注射 限制性内切酶 DNA连接酶 感染植物,将目的基因转移到受体细胞中
(2)蛋白质 现有的蛋白质 新蛋白质 氨基酸
(3)同 供 受
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