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基因工程专题复习
高二年级
生物学
一项技术——PCR技术
比较PCR扩增与体内DNA复制
PCR扩增
DNA复制
场所
体外
体内
原理
半保留复制
半保留复制
条件
模板
一段目的DNA片段
整个DNA分子
原料与能量
dNTP
4种脱氧核苷酸;ATP提供能量
引物
单链DNA片段(上、下游引物)
RNA片段
酶
Taq酶(一种热稳定的DNA聚合酶)
解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、RNA聚合酶
其它
缓冲液、Mg2+
体内环境
过程
变性→复性→延伸
边解旋边复制
结果
快速获得大量目的DNA
两个子代DNA分子
下列是有关PCR技术的说法,请判断正误:
1.PCR技术在细胞外完成。
2.PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术。
3.PCR技术的原理与DNA复制的原理不同。
4.已知基因的部分序列时可用PCR方法进行目的基因的扩增。
5.PCR反应的一个循环包括变性→复性→延伸,温度均不相同。
6.PCR反应体系中需要添加解旋酶以获得单链模板。
7.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。
8.在设计两种引物时,需要让引物和引物之间的碱基序列互补。
√
√
×
√
√
×
×
例题1.
×
两个“工程”——基因工程和蛋白质工程
基因工程:指将一种生物的基因转移到另一种生物的细胞中,并使该基因携带的遗传信息在受体细胞中表达。基因工程的核心是构建重组DNA分子,因此早期的基因工程称为重组DNA技术。
蛋白质工程:指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需求。
蛋白质工程和基因工程的区别和联系
已知生物体内有一种转运蛋白(P),由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:
氨基酸序列(或结构)
P
P1
推测氨基酸序列
功能
(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的__________________进行改造。
(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰____基因或合成____基因。所获得的基因表达时遵循中心法则,请写出中心法则:
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径
是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质结构和________________,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、
纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的________进行鉴定。
例题2.
三种工具——限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体
序列
病毒DNA
DNA连接酶
连接两条双链DNA片段,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
限制性
核酸内切酶
载体
限制性核酸内切酶
重组DNA
分子
识别双链DNA分子的特定序列,并在并在每条链中特定部位的两个核苷酸之间断开磷酸二酯键。产生黏性末端或平末端。
携带外源基因进入细胞,一般有一至多个限制酶切割位点,携带标记基因,能在受体细胞中稳定存在、自我复制,并启动外源基因表达。
目的基因
四个步骤
下列关于载体的叙述中,错误的是(
)
A.载体与目的基因连接后,实质上就是一个重组DNA分子
B.对某种限制酶而言,载体上最好只有一个切点,但还要有其他多种酶的切点
C.目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒
D.载体具有某些标记基因,便于对其进行切割
D
例题3.
能在细胞中稳定保存并大量复制;
含有多个限制酶切点,以便与外源基因连接;
含有便于筛选的标记基因(一般为各种抗性基因,如抗氨苄青霉素基因);
能启动外源目的基因的转录和翻译。
载体的共同特点
为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是(
)
A.用限制性核酸内切酶EcoR
I和连接酶构建重组质粒
B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞
C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞
D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
例题4.
C
若要利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA(图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A?GATCT)、EcoRⅠ(G?AATTC)和Sau3AⅠ(?GATC)。下列分析合理的是(??
?
)
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
例题5.
C.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
只用EcoRⅠ切割目的基因和载体
用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和载体
EcoRⅠ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
可能产生目的基因自身环化或反接
BglⅡ
Sau3AⅠ
BglⅡ
Sau3AⅠ
BglⅡ
Sau3AⅠ
可能产生目的基因反接
×
×
用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割
目的基因和载体
用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和载体
EcoRⅠ
BglⅡ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
目的基因无法与载体相连
EcoRⅠ
Sau3AⅠ
EcoRⅠ
EcoRⅠ
Sau3AⅠ
Sau3AⅠ
目的基因与载体相连,得到表达载体
√
×
若要利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA(图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A?GATCT)、EcoRⅠ(G?AATTC)和Sau3AⅠ(?GATC)。下列分析合理的是(??
?
)
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
例题5.
C.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D
下列用于判断目的基因是否转移成功的方法中,不属于分子检测的是(
)
例题6.
A
A.通过害虫吃棉叶看其是否死亡
B.转基因生物基因组DNA与DNA探针能否形成杂交带
C.转基因生物中提取的mRNA与DNA探针能否形成杂交带
D.转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带
萝卜的蛋白A具有广泛的抗植物病菌作用,而且对人体没有影响。我国科学家欲获得高效表达蛋白A的转基因大肠杆菌作为微生物农药,做了相关研究。
(1)研究者用相同的___________处理蛋白A基因和pET质粒,得到重组质粒,再将重组质粒置于经_________处理的大肠杆菌细胞悬液中,获得转基因大肠杆菌。
检测发现,转入的蛋白A基因在大肠杆菌细胞中表达效率很低,研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好,因而设计了与蛋白A基因结合的两对引物(引物B和C中都替换了一个碱基),并按图2方式依次进行4次PCR扩增,以得到新的蛋白A基因。
例题7.
(2)这是一种定点的_________技术。
图2所示的4次PCR应该分别如何选择图1中所示的引物?请填写以下表格(若选用该引物划“√”,若不选用该引物则划“×”)。
(3)研究者进一步将含有新蛋白A基因的重组质粒和__________分别导入大肠杆菌,提取培养液中的蛋白质,用_________方法检测并比较三组受体菌蛋白A的表达产物,判断新蛋白A基因表达效率是否提高。为检测表达产物的生物活性,研究者将上述各组表达产物加入到长满了植物病菌的培养基上,培养一段时间后,比较抑菌圈的大小,以确定表达产物的生物活性大小。
(4)作为微生物农药,喷洒蛋白A基因的发酵产物而不是转蛋白A基因的
大肠杆菌,其优点是_________。
?
引物A
引物B
引物C
引物D
PCR1
?
?
?
?
PCR2
?
?
?
?
PCR3
?
?
?
?
PCR4
?
?
?
?
萝卜的蛋白A具有广泛的抗植物病菌作用,而且对人体没有影响。我国科学家欲获得高效表达蛋白A的转基因大肠杆菌作为微生物农药,做了相关研究。
研究背景
PCR技术
基因工程
解决问题
(1)研究者用相同的________处理蛋白A基因和pET质粒,得到重组质粒,再将重组质粒置于经_________处理的大肠杆菌细胞悬液中,获得转基因大肠杆菌。
检测发现,转入的蛋白A基因在大肠杆菌细胞中表达效率很低,研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好,因而设计了与蛋白A基因结合的两对引物(引物B和C中都替换了一个碱基),并按图2方式依次进行4次PCR扩增,以得到新的蛋白A基因。
密码子简并性
(2)这是一种定点的_________技术。
图2所示的4次PCR应该分别如何选择图1中所示的引物?请填写以下表格(若选用该引物划“√”,若不选用该引物则划“×”)。
(3)研究者进一步将含有新蛋白A基因的重组质粒和______分别导入大肠杆菌,提取培养液中的蛋白质,用______方法检测并比较三组受体菌蛋白A的表达产物,判断新蛋白A基因表达效率是否提高。为检测表达产物的生物活性,研究者将上述各组表达产物加入到长满了植物病菌的培养基上,培养一段时间后,比较抑菌圈的大小,以确定表达产物的生物活性大小。
(4)作为微生物农药,喷洒蛋白A基因的发酵产物而不是转蛋白A基因的大肠杆菌,其优点是_________。
检测鉴定
实验设计
安全性
检测发现,转入的蛋白A基因在大肠杆菌细胞中表达效率很低,研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好,因而设计了与蛋白A基因结合的两对引物(引物B和C中都替换了一个碱基),并按图2方式依次进行4次PCR扩增,以得到新的蛋白A基因。
基因突变
(2)这是一种定点的________技术。
(1)研究者用相同的__________________处理蛋白A基因和pET质粒,得到重组质粒,再将重组质粒置于经______处理的大肠杆菌细胞悬液中,获得转基因大肠杆菌。
限制酶和DNA连接酶
CaCl2
(2)图2所示的4次PCR应该分别如何选择图1中所示的引物?请填写以下表格(若选用该引物划“√”,若不选用该引物则划“×”)。
?
引物A
引物B
引物C
引物D
PCR1
?
?
?
?
PCR2
?
?
?
?
PCR3
?
?
?
?
PCR4
?
?
?
?
√
√
×
×
×
×
√
√
×
×
×
×
√
×
×
√
3’
5’
5’
3’
DNA聚合酶只能从DNA分子的3’端延伸DNA链。
(3)研究者进一步将含有新蛋白A基因的重组质粒和___________________________________________分别导入大肠杆菌,提取培养液中的蛋白质,用______________方法检测并比较三组受体菌蛋白A的表达产物,判断新蛋白A基因表达效率是否提高。为检测表达产物的生物活性,研究者将上述各组表达产物加入到长满了植物病菌的培养基上,培养一段时间后,比较抑菌圈的大小,以确定表达产物的生物活性大小。
空质粒(pET质粒)和含有蛋白A基因的重组质粒
抗原-抗体杂交
检测鉴定目的基因
分子水平:
是否导入
转录
翻译
个体水平:
是否有活性
是否表达性状
实验设计
设置对照组
(空白对照
和阴性对照)
(4)作为微生物农药,喷洒蛋白A基因的发酵产物而不是转蛋白A基因的大肠杆菌,其优点是___________________________。
对人、畜、农作物和自然环境安全;
不会造成基因污染;
有效成分纯度较高等。
基
因
工
程
等
小结
PCR技术
重要技术
谢谢同学们!再见!