高考生物二輪專題突破 第17講 基因工程和細(xì)胞工程課件

專題八專題八現(xiàn)代生物科技專題現(xiàn)代生物科技專題 第十七講基因工程和細(xì)胞工程 考綱點(diǎn)擊考綱點(diǎn)擊1.基因工程：基因工程：(1)基因工程的誕生基因工程的誕生()。(2)基因工程的原理基因工程的原理及技術(shù)及技術(shù)()。(3)基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用()。(4)蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程()。2.克隆技克隆技術(shù)：術(shù)：(1)植物的組織培養(yǎng)植物的組織培養(yǎng)()。(2)動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆()。(3)細(xì)胞融合與單克隆抗體細(xì)胞融合與單克隆抗體()。思維激活1轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育涉及到哪些生物工程？提示基因工程、植物組織培養(yǎng)。2基因工程的基本操作步驟中哪幾步用到了限制酶，又有哪幾步涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)？提示第一步和第二步用到了限制酶；第一、二、四步涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。1基因工程是通過體外 和 等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性。目的是按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格地設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和 。2基因工程操作的關(guān)鍵步驟是 。3蛋白質(zhì)工程是通過基因 或基因 對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。自查自查 DNA重組重組轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品生物產(chǎn)品基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建修飾修飾合成合成4植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞具有全能性，過程是 。5植物體細(xì)胞雜交技術(shù)中用 去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體；誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法有 等物理方法或 等化學(xué)方法。纖維素酶和果膠酶纖維素酶和果膠酶離心、振動(dòng)、電激離心、振動(dòng)、電激聚乙二醇聚乙二醇6動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段： 、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)、等。7動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程：取動(dòng)物組織塊分散組織細(xì)胞(用_處理)配制細(xì)胞懸液_ 培養(yǎng) 培養(yǎng)。8動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)中涉及的促融方法有 (化學(xué)方法)、 (生物方法)或 (物理方法)等。9雜交瘤細(xì)胞既能 ，又能產(chǎn)生某種特異性抗體(單克隆抗體)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合胰蛋白酶或膠原蛋白酶胰蛋白酶或膠原蛋白酶原代原代傳代傳代聚乙二醇聚乙二醇滅活的病毒滅活的病毒電激電激無限增殖無限增殖1下列事實(shí)能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的是：棉花根尖細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)形成幼苗；小鼠體細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)培育成小鼠(2012江蘇卷，22A、D)()2在愈傷組織培養(yǎng)中加入細(xì)胞融合的誘導(dǎo)劑，可獲得染色體加倍的細(xì)胞(2013重慶，5B)()3消毒的原則是既殺死材料表面的微生物，又減少消毒劑對(duì)細(xì)胞的傷害(2013重慶，5A)()4每個(gè)重組質(zhì)粒至少含一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)(2011浙江，6B)()自糾自糾 5應(yīng)用DNA探針技術(shù)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達(dá)(2011四川，5D)()6自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后其DNA整合到細(xì)菌DNA上，屬于基因工程 (2010大綱全國，5D)()7轉(zhuǎn)抗蟲基因的植物，不會(huì)導(dǎo)致昆蟲群體抗性基因頻率增加(2010江蘇，18B)()8培養(yǎng)保留接觸抑制的細(xì)胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細(xì)胞(2010浙江，4A)()答案1.2.3.4.5.6.7.8.【典例1】 (2013高考全國課標(biāo)卷，40)【現(xiàn)代生物科技專題】閱讀如下材料：材料甲科學(xué)家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎校玫搅梭w型巨大的“超級(jí)小鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。必考點(diǎn)一基因工程與蛋白質(zhì)工程必考點(diǎn)一基因工程與蛋白質(zhì)工程 材料乙T4溶菌酶在溫度較高時(shí)易失去活性，科學(xué)家對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造，使其表達(dá)的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個(gè)二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。材料丙兔甲和兔乙是同一物種的兩個(gè)雌性個(gè)體，科學(xué)家將兔甲受精卵發(fā)育成的胚胎移植到兔乙的體內(nèi)，成功產(chǎn)出兔甲的后代，證實(shí)了同一物種的胚胎可在不同個(gè)體的體內(nèi)發(fā)育。回答下列問題：(1)材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用_法。構(gòu)建基因表達(dá)載體常用的工具酶有_和_。在培育轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，農(nóng)桿菌的作用是_。(2)材料乙屬于_工程范疇。該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對(duì)_進(jìn)行改造，或制造一種_的技術(shù)。在該實(shí)例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的_序列發(fā)生了改變。(3)材料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到_種的、生理狀況相同的另一個(gè)雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成新個(gè)體的技術(shù)。在資料丙的實(shí)例中，兔甲稱為_體，兔乙稱為_體。解析讀懂題干提供的材料信息，從題中的設(shè)問入手，結(jié)合在教材中所學(xué)的基因工程、蛋白質(zhì)工程、胚胎工程等相關(guān)知識(shí)作答。答案(1)顯微注射限制酶DNA連接酶農(nóng)桿菌可感染植物，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中(2)蛋白質(zhì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)新蛋白質(zhì)氨基酸(3)同供受【鏈接提升】(一)基因工程的基本工具限制酶限制酶DNA連接酶連接酶載體載體作用作用切割切割_ _拼接拼接 ，形成重組形成重組DNA攜帶目的基因進(jìn)入受體攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞細(xì)胞作用作用部位部位兩核苷酸的脫氧核糖與磷酸間兩核苷酸的脫氧核糖與磷酸間的的_作用作用特點(diǎn)特點(diǎn)(條條件件)識(shí)別特定的識(shí)別特定的核苷酸序核苷酸序列；列；在特定位點(diǎn)在特定位點(diǎn)上切割上切割Ecoli DNA連接連接酶只能連接黏性酶只能連接黏性末端；末端；T4DNA連連接酶能連接黏性接酶能連接黏性末端和平末端末端和平末端能在宿主細(xì)胞內(nèi)能在宿主細(xì)胞內(nèi)_ 并并 ；有多個(gè)限制酶切割位有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；點(diǎn)；具有具有_目的基目的基因和載體因和載體DNA片段片段磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵穩(wěn)定穩(wěn)定存在存在大量復(fù)制大量復(fù)制特殊的標(biāo)記基因特殊的標(biāo)記基因特別提醒DNA連接酶連接兩個(gè)DNA片段，而DNA聚合酶只能將單個(gè)脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上。限制酶是切割某種特定的脫氧核苷酸序列，并使兩條鏈在特定的位置斷開，而解旋酶是將DNA的兩條鏈間的氫鍵打開形成兩條單鏈。(二)對(duì)基因工程基本操作程序的思考1目的基因的獲取途徑(1) ：從自然界已有的物種中分離，如從基因文庫中獲取。(2)人工合成目的基因(常用方法如下)：化學(xué)合成法：已知核苷酸序列的 基因，直接利用用化學(xué)方法合成，不需要模板。人工合成法：以為模板，在 作用下人工合成。利用 技術(shù)擴(kuò)增。直接分離直接分離較小較小DNA合成儀合成儀RNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶PCR2基因表達(dá)載體的構(gòu)建重組質(zhì)粒的構(gòu)建(1)表達(dá)載體的組成：目的基因啟動(dòng)子終止子_復(fù)制原點(diǎn)。(2)啟動(dòng)子和終止子：啟動(dòng)子是 結(jié)合位點(diǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄；終止子是的位點(diǎn)。標(biāo)記基因標(biāo)記基因RNA聚合酶聚合酶終止轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄(3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程：(4)基因表達(dá)載體的構(gòu)建必須用到同一種限制酶嗎？答案不一定。只要切下的末端相同，也可使用不同的限制酶。3將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化(1)導(dǎo)入方法因受體細(xì)胞的種類不同而異(2)轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞染色體基因組中并表達(dá)和發(fā)揮作用。植物細(xì)胞植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法常用方法 、基因、基因槍法、花粉管通道法槍法、花粉管通道法感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞(用用 處理處理)受體細(xì)胞受體細(xì)胞受精卵、體細(xì)胞受精卵、體細(xì)胞原核細(xì)胞原核細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射顯微注射技術(shù)技術(shù)Ca2受精卵受精卵DNA分子分子 【應(yīng)用1】 (2013泰安5月?？?基因工程打破了物種之間交流的界限，為花卉育種提供了新的技術(shù)保障。下圖為花卉育種的過程(字母代表相應(yīng)的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)，數(shù)字代表過程或方法)。(1)花卉基因工程可細(xì)分為花色基因工程，花形基因工程、香味基因工程等，不同的基因工程所需要獲取的_不同，過程需要的酶有_。(2)所常用的方法是_，檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否插入了目的基因，需要采用_技術(shù)。(3)除a外基因表達(dá)載體中還必須包含的部分是_。(4)由外植體培養(yǎng)為轉(zhuǎn)基因植株的、過程為_，圖中b代表_。該過程的理論依據(jù)是_。答案(1)目的基因限制酶和DNA連接酶(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法DNA分子雜交(3)標(biāo)記基因、啟動(dòng)子、終止子(4)脫分化和再分化愈傷組織細(xì)胞的全能性1比較下表中的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)必考點(diǎn)二克隆技術(shù)必考點(diǎn)二克隆技術(shù)(細(xì)胞工程細(xì)胞工程) 項(xiàng)目項(xiàng)目動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)前處理前處理無菌；用無菌；用 處理，處理，使組織細(xì)胞相互分散開使組織細(xì)胞相互分散開無菌、離體無菌、離體培養(yǎng)基培養(yǎng)基成分成分 、氨基酸、無機(jī)鹽、氨基酸、無機(jī)鹽、促生長因子、微量元素、動(dòng)促生長因子、微量元素、動(dòng)物物 等等礦質(zhì)元素、礦質(zhì)元素、 、維生素、植物維生素、植物_等等培養(yǎng)基培養(yǎng)基狀態(tài)狀態(tài) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基 培養(yǎng)基培養(yǎng)基胰蛋白酶胰蛋白酶葡萄糖葡萄糖血清血清蔗糖蔗糖激素激素液體液體固體固體原代原代 傳代傳代愈傷愈傷組織組織根、芽根、芽不能不能能能生物制品生物制品皮膚皮膚有毒物有毒物質(zhì)的毒性質(zhì)的毒性繁殖繁殖無病毒無病毒特別提醒(1)兩種技術(shù)手段培養(yǎng)過程中都進(jìn)行有絲分裂，都是無性繁殖，都可稱為克隆，都不涉及減數(shù)分裂；(2)均為無菌操作，都需要適宜的溫度、pH等條件。2比較下表中的植物體細(xì)胞雜交和動(dòng)物細(xì)胞融合項(xiàng)目項(xiàng)目植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合(單克隆抗體的制備單克隆抗體的制備)理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)(原理原理)細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜的流動(dòng)性、細(xì)胞膜的流動(dòng)性、_融合前融合前處理處理酶解法去除細(xì)胞壁酶解法去除細(xì)胞壁(纖維素酶、果膠酶等纖維素酶、果膠酶等)注射特定抗原的免疫注射特定抗原的免疫小鼠，獲取小鼠，獲取B淋巴細(xì)胞淋巴細(xì)胞促融促融物理法：物理法：_ 等；等；化學(xué)法：化學(xué)法：_ _物化法：與促進(jìn)植物化法：與促進(jìn)植物原生質(zhì)體融合的方物原生質(zhì)體融合的方法相同；法相同；生物法：生物法：_細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖離心、離心、振動(dòng)、電激振動(dòng)、電激聚乙二醇聚乙二醇(PEG)滅活的仙臺(tái)病毒滅活的仙臺(tái)病毒項(xiàng)目項(xiàng)目植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合(單克隆抗體的制備單克隆抗體的制備)過程過程第一步：原生質(zhì)體的第一步：原生質(zhì)體的 ；第二步：原生質(zhì)體的第二步：原生質(zhì)體的 ；第三步：雜種細(xì)胞的第三步：雜種細(xì)胞的_ _；第四步：雜種植株的；第四步：雜種植株的_第一步：正常小鼠第一步：正常小鼠_處理；第二步：動(dòng)物細(xì)胞處理；第二步：動(dòng)物細(xì)胞 ；第三步：；第三步：_篩選與培養(yǎng)；第四步：篩選與培養(yǎng)；第四步：_的提純的提純用途用途克服克服 的障的障礙，大大擴(kuò)展了雜交親本的礙，大大擴(kuò)展了雜交親本的組合范圍組合范圍作為作為 試劑；試劑；用于用于 疾病和疾病和 藥物，如藥物，如“生物導(dǎo)彈生物導(dǎo)彈”制備制備融合融合篩選與篩選與培養(yǎng)培養(yǎng)誘導(dǎo)與鑒定誘導(dǎo)與鑒定免疫免疫融合融合雜交瘤細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞單克隆抗體單克隆抗體遠(yuǎn)緣雜交不親和遠(yuǎn)緣雜交不親和診斷診斷治療治療運(yùn)載運(yùn)載3.用流程圖的形式寫出動(dòng)物體細(xì)胞核移植的過程【典例2】 科學(xué)家用植物體細(xì)胞雜交方法，將番茄的原生質(zhì)體和馬鈴薯的原生質(zhì)體融合，成功地培育出了“番茄馬鈴薯”雜種植株(如圖所示)，其中表示過程，英文字母表示細(xì)胞、組織或植株。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。(1)在實(shí)驗(yàn)過程的技術(shù)之前使用_酶處理細(xì)胞以去除細(xì)胞壁。(2)在將雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，依據(jù)的原理是_，其中過程相當(dāng)于_過程，過程涉及的分裂方式為_。(3)若番茄細(xì)胞內(nèi)有m條染色體，馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)有n條染色體，則“番茄馬鈴薯”細(xì)胞內(nèi)含_條染色體；若雜種細(xì)胞培育成的“番茄馬鈴薯”植株為四倍體，則此雜種植株的花粉經(jīng)離體培育得到的植株屬于_倍體植株。(4)若將該方案用在單克隆抗體制備過程中，請(qǐng)用箭頭把下列各圖解的字母按單克隆抗體制備過程的順序連接起來：_。解析(1)植物體細(xì)胞雜交過程中應(yīng)該用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。(2)雜種細(xì)胞培育成為雜種植株依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性，雜種細(xì)胞的組織培養(yǎng)過程要經(jīng)過脫分化和再分化過程，在植物組織培養(yǎng)過程中只涉及有絲分裂。(3)若番茄細(xì)胞內(nèi)有m條染色體，馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)有n條染色體，則產(chǎn)生的“番茄馬鈴薯”細(xì)胞所含的染色體為mn條，屬于異源四倍體。該雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株無論含幾個(gè)染色體組，均為單倍體。(4)制備單克隆抗體的過程包括“正常小鼠處理融合篩選提純”四步。答案(1)纖維素酶和果膠(2)細(xì)胞的全能性脫分化有絲分裂(3)mn單(4)CGHDFABE(2)從結(jié)果來分析原理植物體細(xì)胞雜交：植物體細(xì)胞雜交包含兩個(gè)過程，一是植物原生質(zhì)體融合，二是雜種細(xì)胞的植物組織培養(yǎng)。其最終結(jié)果是形成雜種植株，產(chǎn)生了一個(gè)生物體，因此其原理是：細(xì)胞膜的流動(dòng)性和細(xì)胞的全能性。動(dòng)物細(xì)胞融合：動(dòng)物細(xì)胞融合形成雜交細(xì)胞，雜交細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，獲得大量的克隆細(xì)胞，但沒有形成生物體，因此動(dòng)物細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞增殖和細(xì)胞膜的流動(dòng)性，不包含細(xì)胞全能性?！緫?yīng)用2】 (新題快遞)科學(xué)家對(duì)鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造(如圖所示)，生產(chǎn)出效果更好的鼠人嵌合抗體，用于癌癥治療。請(qǐng)回答相關(guān)問題。(1)利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)對(duì)鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造時(shí)，首先必須根據(jù)預(yù)期_，設(shè)計(jì)_，最終通過基因拼接，將鼠源抗體基因改造成鼠人嵌合抗體基因，然后導(dǎo)入鼠淋巴細(xì)胞中使其表達(dá)。(2)與圖中啟動(dòng)子相結(jié)合的酶是_，終止子是_的特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段；嵌合載體中還應(yīng)含有_，以便重組DNA的鑒定和篩選。(3)圖中“轉(zhuǎn)染細(xì)胞”常用的方法是_；圖中的“抗體分泌細(xì)胞”是_，檢測(cè)目的基因在淋巴細(xì)胞中的表達(dá)可用_技術(shù)。(4)在制備單克隆嵌合抗體過程中要進(jìn)行兩次篩選，第一次篩選的目的是_；第二次篩選的目的是_。解析設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)工程首先依據(jù)預(yù)期蛋白質(zhì)(嵌合抗體)的功能，推出蛋白質(zhì)(嵌合抗體)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而逆推出基因的結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)子是基因結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)，與啟動(dòng)子相結(jié)合的是RNA聚合酶。終止子是轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)。圖中“轉(zhuǎn)染細(xì)胞”屬于轉(zhuǎn)基因技術(shù)中導(dǎo)入目的基因的過程，受體細(xì)胞是動(dòng)物細(xì)胞時(shí)常用顯微注射技術(shù)。分泌抗體的細(xì)胞是漿細(xì)胞，檢測(cè)目的基因在淋巴細(xì)胞中是否表達(dá)可用抗原抗體雜交技術(shù)。在制備單克隆嵌合抗體過程中要進(jìn)行兩次篩選，第一次篩選的目的是獲得雜交瘤細(xì)胞，第二次篩選的目的是獲得能夠產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞。答案(1)嵌合抗體的功能嵌合抗體的結(jié)構(gòu)(2)RNA聚合酶使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方終止標(biāo)記基因(3)顯微注射法漿細(xì)胞抗原抗體雜交(4)獲得雜交瘤細(xì)胞獲得能夠產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞