(二) 基因与基因工程 1.基因的结构 (1)原核细胞基因与真核细胞基因的结构比较: ①相同点:都分为编码区和非编码区. ②不同点,原核细胞基因的编码区是连续的.真核细胞基因的编码区是间隔的.不连续的.分为能编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子.外显子与内含子个数之差为1. 特别提醒:真核生物基因结构中的非编码序列包括非编码区和内含子.原核生物的非编码序列即为非编码区. 2.基因的功能 ①传递遗传信息:通过复制实现遗传信息的传递. ②表达遗传信息:(发生在整个生物个体发育过程中)是通过转录和翻泽控制蛋白质合成过程实现的. ③功能简图: 3.基因工程知识小结 (1)基因工程的内容: 基因操作的工具(限制性内切酶.DNA连接酶.运载体) 基因操作的基本步骤 ① 工具酶及其运用: 切取目的基因和运载体必须用同一种限制性内切酶.获得相同黏性末端, 限制性内切酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键. ② 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.独立于细菌核区之外的环状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. 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,③有一定的标记基因.便于筛选. ③ 受体细胞: 培育转基因植物时的受体细胞可以是体细胞.也可以是受精卵.若是前者.通过组织培养培育. 培育转基因动物时的受体细胞一般采用受精卵. ④ 基因工程操作的基本步骤 提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与表达 a. 提取目的基因 提取目的基因的两种方法比较 所需的酶类 内含子的有无 鸟枪法 多种限制性内切酶 有 人工合成法 逆转录酶.DNA聚合酶 无 特别提醒 ①由于一种氨基酸对应多种密码子.因此.根据蛋白质中氨基酸序列合成的目的基因可能有多种.但性状都相同. ②获得真核生物的目的基因一般采用人工合成法.因为人工合成法获得的目的基因不含内含子. b. 目的基因与运载体结合 外源DNA很难直接进入受体细胞.即使进人也会受到细胞内限制酶的作用而分解.因而需要选择目的基因的载体(一般用细菌质粒或温和噬菌体).使目的基因与运载体结合起来形成重组DNA. c. 将目的基因导入受体细胞 将重组DNA向选定的生物受体细胞中转移.让重组DNA在受体细胞中自主复制并得以表达. d. 目的基因的检测和表达 把转化的和没有转化的受体细胞区分开.在转化的受体细胞中.外源DNA所携带的遗传信息得到了表达.受体细胞就有了新的性状.达到了基因工程的预期目的. ⑤ 基因工程技术的应用 l 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.如转基因鲤鱼.抗虫棉.转基因牛等. l 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.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.干扰素等. l 基因治疗 通过基因转移技术将外源墓因.插入到病人适当的受体细胞中.使外源基因控制合成的产物能治疗某种疾病.1990年美国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的基因治疗临床实验. l 人类基因组计划 人类基因组汁划是通过国际间科学家联合探测人类基因组所含DNA分子中携带的全部遗传信息.即基因中碱基对序列.搞清它们在染色体上的位置.破译人类全部遗传密码.这为研究人类进化.种族血缘.寿命.衰老.疾病诊断和治疗等开拓了一个广阔的前景. l 基因芯片 又叫生物芯片.DNA芯片.是将生物活性物质如DNA.蛋白质等以微阵列的方式有序地排布在固相载体上.在人工限定的条件下进行生化反应.用仪器读取生物信息的器件. 生物芯片作为一种准确.快捷的生物检测手段.在生产和生活中有着广泛的应用.它像计算机芯片一样.将成为21世纪新技术革命的催化剂.它的应用可以体现在生物样品的制备.基因扩增.基因表达分析.药物筛选.环保科学等方面.在生物分类.作物品系鉴定.品种培育.考古等方面.生物芯片也同样大有用处. ⑥ 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.也暗藏着对人类生存的巨大威胁.如利用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.用以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.对原有物种造成威胁,还有转基因食品安全问题,人类基因组计划的研究还引发新的伦理.社会.哲学方面的思考等. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

(11分)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,其主要结构如图一所示。

(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于________。观察上图,如果A为质粒,则C表示       
(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____________作用恢复________________________键,成功地获得了重组质粒。能形成重组质粒的原因是_______________________________________________________________________
(4) 作为受体大肠杆菌应不含_______________________,以方便筛选已导入重组质粒的受体大肠杆菌。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。再将灭菌绒布按到培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布按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______________。
(5)基因工程中使用的限制酶,其特点是_______________________,下图四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别,Apr表示抗青霉素的抗性基因,Tcr表示抗四环素的抗性基因。

将两端用E1切开的Tcr基因与用E1切开的质粒X-1混合连接,连接后获得的质粒类型有___。(可多选)

A.X-1B.X-2C.X-3D.X-4

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(11分)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,其主要结构如图一所示。

(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于________。观察上图,如果A为质粒,则C表示       

(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____________作用恢复________________________键,成功地获得了重组质粒。能形成重组质粒的原因是_______________________________________________________________________

 (4) 作为受体大肠杆菌应不含_______________________,以方便筛选已导入重组质粒的受体大肠杆菌。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。再将灭菌绒布按到培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布按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______________。

(5)基因工程中使用的限制酶,其特点是_______________________,下图四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别,Apr表示抗青霉素的抗性基因,Tcr表示抗四环素的抗性基因。

 

将两端用E1切开的Tcr基因与用E1切开的质粒X-1混合连接,连接后获得的质粒类型有___。(可多选)A.X-1  B.X-2   C.X-3   D.X-4

 

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根据资料回答下列有关细胞结构与功能的问题。(12分)

资料一.动物乳腺上皮细胞合成乳汁所需的营养物质由血液供给。下图为羊乳腺上皮细胞合成与分泌乳汁的过程示意图。请据图回答:

(1)在酪蛋白乳糖等有机物的加工、运输过程中,起重要作用的细胞器是                   ,乳脂的主要成分是甘油三酯,合成甘油三酯的细胞器是             

(2)图中免疫球蛋白不能在乳腺上皮细胞中合成,其进出乳腺上皮细胞的方式是      ,这主要体现了细胞膜具有      的功能。

(3)在制备细胞膜时,既不选用羊乳腺上皮细胞也不选用洋葱表皮细胞,而是选用哺乳动物成熟的红细胞,其原因是                                  。若用某种化学药品处理此细胞,发现细胞吸收钙离子数量明显减少,但对其它物质吸收没有影响,说明受化学药品影响的是                       

(4)在乳腺上皮细胞中能进行碱基互补配对的细胞结构除了细胞核之外,还有          

(5)羊的胰岛B细胞中        (含有、不含有)合成免疫球蛋白的基因。

资料二.(6)根据下图可知抑制DNA复制可使①→    过程停止。(填序号)细胞分化过程是①→          。(填序号)

资料三.(7)下图是某同学绘制的动物体细胞分裂模式图,其中有两幅是错误的。请将其余正确的图片按细胞周期顺序排列,其中排在第1位与第3位的图片分别是        、      

 

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请分析回答下列有关现代生物科技方面的问题:

(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤:第一步,目的基因的获取;第二步,______________;第三步,将目的基因导入受体细胞;第四步,___________________。

(2)利用PCR技术扩增目的基因的过程中,目的基因受热形成单链并与引物结合,在____________________酶的作用下延伸,形成DNA。

(3)采用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞后,培养该细胞再生成植株的过程中,往往需要使用植物激素,人为地控制细胞的___________________和____________________。

(4)如果转基因植物的花粉中含有毒蛋白,将引起的安全性问题包括_________________________。

A.生物安全   B.环境安全   C.食品安全   D.伦理道德问题

(5)蛋白质工程的基本原理是:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的______________序列→找到相对应的____________序列。蛋白质工程与基因工程的主要区别在于____________________________________________________________。

 

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以下是有关现代生物技术的两个问题,请回答:
Ⅰ(5分):下列三图分别表示基因的结构示意图和利用基因工程培育抗虫棉过程示意图。请据图回答下列有关问题:

(1)图C中的目的基因是从图A和图B中的哪一个图所表示的基因提取的?   ___,图C中科学家在进行[①]操作时,要用___            ____分别切割运载体和目的基因,运载体的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端通过___          ____而结合。
(2)[III]是导入目的基因的受体细胞,经培养、筛选获得一株有抗虫特性的转基因植株。经分析,该植株含有一个携带目的基因的DNA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产生F1代中,仍具有抗虫特性的植株占总数的_______。
(3)将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后,往往有很多植株不再具有抗虫特性,原因是_________________  ____。
Ⅱ(10分):现有甲、乙两种可能有一定毒性的化学物质,实验室研究人员计划通过动物细胞培养的方法来鉴定它们是否有毒性并比较二者毒性的强弱。请你以一个研究人员的身份参与此项研究,完成下列有关问题。
实验原理:_____________________________________    __。(2分)根据这种变异细胞占全部培养细胞的百分数(以下称Q值),可判断该化学物质的毒性。
材料用具:活的小白鼠胚胎、胰蛋白酶液、动物细胞培养液、动物细胞固定液、适宜浓度的龙胆紫溶液、适宜浓度的化学物质甲溶液、适宜浓度的化学物质乙溶液、蒸馏水、滴管、培养皿、剪刀、锥形瓶、恒温箱、载玻片、盖玻片、显微镜、小白鼠正常有丝分裂各时期的高倍显微照片。
实验步骤:
(1)制备细胞悬浮液。
把活的小白鼠胚胎放在培养皿中剪碎,转入锥形瓶中,加入胰蛋白酶液处理,使胚胎组织离散成单个细胞,再加入动物细胞培养液,制成细胞悬浮液。
(2)进行细胞培养。
①取A、B、C3个洁净的培养瓶,分别放入___________________________________;
②向A、B两个培养瓶中分别加入等量的甲、乙溶液,C瓶中加入等量的蒸馏水,摇匀;
③把3个培养瓶放在适宜温度的恒温箱中培养。
(3)制作临时装片。
①当细胞增殖到大约8代左右时,同时从恒温箱中取出3个培养瓶,用            
处理,加入动物细胞固定液,迅速杀死细胞并固定细胞分裂相;
②静置一段时间后,分别从各培养瓶底部吸取适量的细胞悬浮液,滴在与培养瓶有相同编号的载玻片的中央,滴加__________________进行染色,3—5min后,盖上盖玻片。
(4)镜检和统计。
把临时装片放在显微镜下,先用低倍镜后用高倍镜观察,为清晰观察染色体的形态,最好寻找处于______________期的细胞,并与小白鼠正常细胞有丝分裂同时期高倍显微照片进行对比,统计并计算该期变异的细胞占该期细胞总数的百分数(Q值)。
结果分析与结论:
(1)经研究人员实验得知,A、B、C三个培养瓶的Q值依次为:QA=1.3%, QB=12.5%, QC=0.1%,
由此可知该实验的结论是__________________________________________。(2分)⑵在实验中,C培养瓶起______________作用,C瓶的Q值说明____________________。

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