(一)基因工程知识小结 1.基因工程的工具 (1)限制性内切酶:生物体内有一类酶.它们能将外来的DNA切断.即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力.但对自己的DNA却无损害作用.这样可以保护细胞原有的遗传信息.由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的.故名限制性内切酶.限制性内切酶是基因工程中最常用的切割工具.科学家已从原核生物中分离出了许多种限制酶.其中一类可以识别特定的核苷酸序列.只在一定DNA序列上进行切割.而且在切割部位.一条链正向读的碱基顺序.与另一条链反向读的顺序完全一致.它们之间正好能互补配对.这样的切口叫做黏性末端.这类限制酶最常被使用. (2) DNA连接酶:被同一种限制性内切酶切割开来的目的基因和运载体.具有相同的黏性末端.将它们的黏性末端连接起来.就可以形成重组的DNA分子.这个将目的基因和运载体连接起来的过程就需要用到DNA连接酶.其功能是把两个DNA片段末端之间的“缝隙 连接起来.注意:DNA连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键.而不是两条链之间互补配对碱基之间的氢键.它与限制性内切酶作用是相反的.注意与DNA聚合酶区别.DNA聚合酶是在DNA复制时用到的.它连接的也是磷酸二酯键.但复制时需要模板链. (3)运载体 在基因工程操作中使用运载体的目的有两个:一是用它作为运载工具.将目的基因转移到宿主细胞中去,二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制.现在所用的运载体主要有两类:一类是细菌的质粒.它是一种相对分子质量较小.独立于细菌DNA之外的小型环状DNA.有的细菌中有一个.有的细菌中有多个.质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移.可以独立复制.也可以整合到细菌DNA中.随细菌DNA的复制而复制,另一类运载体是噬菌体或某些动植物病毒等.现在人们还在不断地寻找新的运载体.如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为运载体.如把外源基因导入叶绿体中.可减少了“基因污染 . 作为运载体必须具备三个条件:①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制,②有多个限制酶切点.而且每种酶的切点最好只有一个.如大肠杆菌pBR322就有多种限制酶的单一识别位点.可适用于多种限制酶切割的DNA插入,③有一定的标记基因.便于筛选.如大肠杆菌的pBR322质粒携带四环素抗性基因.就可以作为筛选的标记基因.此外.运载体存在对宿主细胞生存没有影响. 2.基因工程操作的基本步骤 第一步:获得符合人类意愿的基因.即获得目的基因.目的基因是依据基因工程设计中所需要的某些DNA分子片段.含有所需要的完整的遗传信息.获得目的基因的方法很多.目前常采用的是直接分离和人工合成目的基因的方法.具体做法是: (1)直接分离法:直接分离法最常用的是“鸟枪法 又称“散弹射击法 .就是从供体细胞中取出DNA分子.用限制性内切酶进行处理得到DNA片段.然后分别用运载体转入到不同的受体细胞内进行DNA片段扩增.再从受体细胞中找出具有相应目的基因的细胞.得到目的基因.这种方法的优点是操作简便.存在的缺点则是工作量大.有盲目性,对于真核细胞的基因来说.目的基因中还含有不表达的内含子.无法将这样的基因在原核细胞内表达.因此此法可用于原核生物基因的获取.(2)人工合成法:就是按照自然基因的本来遗传信息.人工合成相应的DNA片段.可用于真核生物基因的获取.目前有两种方法.分别为反转录法和依据蛋白质氨基酸序列推测合成法. ①反转录法:从供体细胞内找出由目的基因转录出来的信使RNA.以该信使RNA为模板.反转录成互补的单链DNA.然后在酶的作用下合成双链DNA.从而获得所需要的基因.优点是专一性强.目的基因中不含内含子.缺点是操作过程复杂.mRNA存在时间短.技术要求高. ②依据蛋白质氨基酸序列推断合成法:根据已知蛋白质的氨基酸序列.推测出相应信使RNA序列.然后按照碱基互补配对原则.推测出其结构基因的核苷酸序列.再通过化学合成的方法.以单核苷酸为原料合成目的基因.优点专一性强.目的基因中不含内含子.可合成自然界不存在的基因. 第二步:把目的基因接到某种运载体上形成重组DNA.常用的运载体有细菌的质粒.温和噬菌体和动植物病毒等. DNA重组技术:重组DNA就是让DNA片段和运载体连接.外源DNA是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的.即使进入受体细胞之中.也会受到细胞内限制性内切酶的作用而分解.目的基因结合到经过改造的细菌中的质粒或温和噬菌体上后形成的组合体称为重组体DNA.在这一技术中.限制性内切酶是一种常用的工具酶.它能“切开 质粒的环形DNA.也能切取目的基因.然后把目的基因DNA片段与质粒DNA分子的两端.在连接酶的作用互补连接形成重组体DNA. 第三步:通过运载体把目的基因带入某生物体内. 将基因转入受体细胞.除了常用的运载体转运方法外.在一定的条件下还常使用以下一些方法: (1)显微注射法:是转基因动物中常采用的方法.用微注射仪将目的基因注射入动物的受精卵. (2)基因枪法:基因枪是一种专门用于基因转移的高压枪.该种方法是首先将目的基因的DNA附着于直径约为4μm的钨等金属粒子表面.然后用基因枪将其射入受体细胞. (3)花粉管通道法:在植物受粉后.花粉形成的花粉管还未愈合前.剪去柱头.然后.滴加DNA.使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞. 无论哪种方法.都需要将目的基因与运载体构建成重组DNA.才能将目的基因导入. 第四步:目的基因的检测与表达 目的基因能否表达是基因工程是否成功的关键.往往先根据标记基因表达的产物来把含有目的基因的受体细胞和没有目的基因的受体细胞区筛选出来.再检测含有目的基因的受体细胞中.如表现出了特定的遗传性状.则达到了基因工程的预期目的. 3.基因工程技术的应用 (1)转基因生物 通过转基因技术把某种生物的基因或人工合成的基因转移到另一生物体内.从而培育出对人类有利的生物新品种.如我国科学家1989年将人的生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中.培育成了转基因鲤鱼,1995年我国科学家将某种细菌的抗虫基因导入棉花.培育出了抗虫棉,1999年我国上海诞生了转基因牛.其牛奶中含有大量人体蛋白.可以治病. (2)转基因药物 自从美国1977年第一次用改造的大肠杆菌生产出有活性的人的生长激素释放抑制素以来.基因工程技术已经成功地应用于生物治疗药物的研制.现已研制成功的基因工程药物有几十种.如已上市的人的生长激素.胰岛素.干扰素.尿激酶原.超氧化物歧化酶等. (3) 基因诊断和基因治疗 基因诊断:DNA分子杂交法:该方法是根据碱基互补配对原则.把互补的双链DNA解开.把单链的DNA小片段用同位素.荧光分子或化学发光催化剂等进行标记.之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交.从而检出所要查明的DNA或基因.具体步骤:抽取病人的组织或体液作为化验样品,将样品中的DNA分离出来,用化学法或热处理法使样品DNA解旋,将事先制作好的DNA探针引入到化验样品中.这些已知的经过标记的探针能够在化验样品中找到互补链.并与之结合在一起.找不到互补链的DNA探针.则可以被洗脱.这样通过遗留在样品中的标记过的DNA探针进行基因分析.就能检出病人所得的病. 基因治疗:将外源基因通过基因转移技术.将其插入病人适当的受体细胞中.使外源基因制造的产物能治疗某种疾病.1990年美同国立卫生研究院的一个研究小组对一个四岁的患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的女孩进行基因治疗.他们将正常ADA基因利用反转录病毒载体导入女孩淋巴细胞内.体外培养后回输入她体内.实验获得圆满成功.这是人类历史上第一个成功基因治疗临床实验. 4.基因工程是把“双刃剑 基因工程技术的应用在给人们带来福音的同时.暗藏着对人类生存的巨大威胁.如基因工程可以制造超级细菌.超级杂草等,战争狂人.恐怖主义者可制造出难以制服的病原体.生物毒剂即生物武器.进行讹诈和大规模毁灭人类的生物战争,转基因动植物的出现引发物种入侵.有可能破坏原有的生态平衡.对原有物种产生威胁,还有转基因食品安全问题, 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

下图(一)为某基因工程中利用的质粒筒图,小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,ampR为青霉素(抗生素)抗性基因,tctR为四环素(抗生素)抗性基因,P为启动因子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRⅠ、BamHⅠ在内的多种酶的酶切位点。下图(二)为几种酶作用于基因的位置。请回答下列问题:

(1)在基因工程中常用的工具有三种:一是用作切取目的基因的_________酶;二是将目的基因与运载体拼接的_________酶;三是作为运载体的质粒。
(2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的动载体(质粒)进行拼接形成重组DNA,理论上讲,重组DNA可能有“____________”、“____________”、“___________”三种,其中有效的(所需要的)基因表达载体是____________,因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。
(3)利用图(一)所示的质粒拼接形成的3种拼接产物(基因表达载体)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物(基因表达载体)是_______。
(4)有效的基因表达载体成功导入受体细胞进行表达时,首先需要进行转录,RNA聚合酶识别和结合的位点是图(一)中的________。在动物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是________。在植物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是_________。是因为这种微生物很容易侵染到_________中,从而把它的Ti质粒上的_________转移到受体细胞染色体的DNA上。
(5)在基因工程中,作用于图(二)所示a位置的酶是____________;作用于b位置的酶是____________。

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下图(一)为某基因工程中利用的质粒筒图,小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI、BamHI的酶切位点,ampR为青霉素(抗生素)抗性基因,tctR为四环素(抗生素)抗性基因,P为启动因子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。下图(二)为几种酶作用于基因的位置。请回答下列问题:

(1)在基因工程中常用的工具有三种:一是用作切取目的基因的      酶;二是将目的基因与运载体拼接的       酶;三是作为运载体的质粒。

(2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的动载体(质粒)进行拼接形成重组DNA,理论上讲,重组DNA可能有“          ”、“         ”、“         ”三种,其中有效的(所需要的)基因表达载体是         ,因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。

(3)利用图(一)所示的质粒拼接形成的3种拼接产物(基因表达载体)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物(基因表达载体)是         

(4)有效的基因表达载体成功导入受体细胞进行表达时,首先需要进行转录,RNA聚合酶识别和结合的位点是图(一)中的       。在动物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是              。在植物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是              。是因为这种微生物很容易侵染到                

中,从而把它的Ti质粒上的              转移到受体细胞染色体的DNA上。

(5)在基因工程中,作用于图(二)所示a位置的酶是        ;作用于b位置的酶是

                 

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下图(一)为某基因工程中利用的质粒筒图,小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI、BamHI的酶切位点,ampR为青霉素(抗生素)抗性基因,tctR为四环素(抗生素)抗性基因,P为启动因子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。下图(二)为几种酶作用于基因的位置。请回答下列问题:

(1)在基因工程中常用的工具有三种:一是用作切取目的基因的     酶;二是将目的基因与运载体拼接的      酶;三是作为运载体的质粒。
(2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的动载体(质粒)进行拼接形成重组DNA,理论上讲,重组DNA可能有“         ”、“        ”、“        ”三种,其中有效的(所需要的)基因表达载体是        ,因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。
(3)利用图(一)所示的质粒拼接形成的3种拼接产物(基因表达载体)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物(基因表达载体)是         
(4)有效的基因表达载体成功导入受体细胞进行表达时,首先需要进行转录,RNA聚合酶识别和结合的位点是图(一)中的      。在动物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是             。在植物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是             。是因为这种微生物很容易侵染到                
中,从而把它的Ti质粒上的             转移到受体细胞染色体的DNA上。
(5)在基因工程中,作用于图(二)所示a位置的酶是       ;作用于b位置的酶是
                

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下图(一)为某基因工程中利用的质粒筒图,小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI、BamHI的酶切位点,ampR为青霉素(抗生素)抗性基因,tctR为四环素(抗生素)抗性基因,P为启动因子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。下图(二)为几种酶作用于基因的位置。请回答下列问题:

(1)在基因工程中常用的工具有三种:一是用作切取目的基因的      酶;二是将目的基因与运载体拼接的       酶;三是作为运载体的质粒。

(2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的动载体(质粒)进行拼接形成重组DNA,理论上讲,重组DNA可能有“          ”、“         ”、“         ”三种,其中有效的(所需要的)基因表达载体是         ,因此需要对这些拼接产物进行分离提纯。

(3)利用图(一)所示的质粒拼接形成的3种拼接产物(基因表达载体)与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的拼接产物(基因表达载体)是          

(4)有效的基因表达载体成功导入受体细胞进行表达时,首先需要进行转录,RNA聚合酶识别和结合的位点是图(一)中的       。在动物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是              。在植物基因工程中,将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是              。是因为这种微生物很容易侵染到                

中,从而把它的Ti质粒上的              转移到受体细胞染色体的DNA上。

(5)在基因工程中,作用于图(二)所示a位置的酶是        ;作用于b位置的酶是

                 

 

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利用蛋白质工程改造天然蛋白质,进而改变其功能,可获得毒副作用减小,专一性、药效和稳定性都增强的理想的药物。如胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物,但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时,重症病人每天得注射好几次药物,给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构,以延长胰岛素的半衰期,得到长效胰岛素;还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下,增强其他部位结合强度,使之难以被酶所破坏,从而增强其稳定性。
(1)若要批量生产以上提到的长效胰岛素,根据所学知识,需要用到哪些生物工程___________。
A.发酵工程 B.基因工程 C.蛋白质工程 D.胚胎工程
(2)用蛋白质工程生产的胰岛素,与天然胰岛素比较,显著的优点是__________。

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同步练习册答案