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高中三年级生物

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    下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解,请据图回答:

    (1)图中①所示的结构是_____________。
    (2)图中②③所示的生物工程技术分别是____________、____________。
    (3)过程②通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作外,还因为具有营养丰富且含有促进细胞核______的物质。
    (4)过程③通常用胚胎干细胞作受体细胞的原因是这些细胞具有______,可以______形成组织、器官等。
    (5)过程③的完成需要用到的基因操作工具有______________,______________,________________。
    (6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是______________________。
    本题信息:2011年陕西省期末题生物读图填空题难度较难 来源:姚瑶
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本试题 “下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解,请据图回答:(1)图中①所示的结构是_____________。(...” 主要考查您对

细胞的全能性

人体的器官移植

DNA重组技术的基本工具

基因工程的应用

动物细胞的核移植技术

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  • 细胞的全能性
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细胞的全能性:

1、概念:细胞的全能性是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能。
2、细胞具有全能性的原因:
由于体细胞一般是通过有丝分裂增殖而来的,一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的DNA分子,因此,分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。
3、植物细胞全能性
高度分化的植物细胞仍然具有全能性。
例如:胡萝卜跟根组织的细胞可以发育成完整的新植株
4、动物细胞全能性
高度特化的动物细胞,从整个细胞来说,全能性受到限制。但是,细胞核仍然保持着全能性。例如:克隆羊多莉
5、全能性大小:
(1)物种不同:植物细胞>动物细胞。
(2)分化程度不同:受精卵>生殖细胞>体细胞(肝脏、肌肉等)。
(3)分裂能力大小:>裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞,如分生区细胞>成熟区细胞。
6、细胞全能性表达的条件在离体状态下,需要适宜的水、无机盐、有机营养及激素等,还需要适宜的温度等条件。
7、干细胞
(1)概念:具有分裂和分化能力的细胞。
(2)种类
名称 特点 实例
全能干细胞 可分化成各种细胞,构成各种组织和器官,最终发育成完整个体 胚胎干细胞
多能干细胞 可发育形成一种器官的多种组织,但不能发育成完整个体 造血干细胞
专能干细胞 只能分化成某一类型的细胞 神经干细胞

知识拓展:

1、植物组织培养
(1)理论基础:植物细胞的全能性。
(2)过程

(3)意义:快速繁殖花卉和蔬菜等作物;拯救珍稀濒危植物;与基因工程结合培育作物新类型。
人体的器官移植:

1、器官移植的历史回顾:幻想阶段→试验阶段→进入临床阶段→临床发展阶段
2、供体器官来源的展望:利用干细胞和组织工程技术构建人体器官,解决了器官来源不足。例组织工程皮肤和组织工程软骨已经开始临床使用。

知识拓展:

1、肾移植:在所有的器官移植中,肾移植是自成功、最稳定的。已经成功挽救了大批肾脏衰竭病人的生命。
2、肾脏是形成尿液的器官,许多的代谢废物例如尿素、肌酐等都会随尿液排出体外,否则会因血液中毒素太多而使人中毒,这就是尿毒症。要从根本上解决患者的病痛,最好是肾移植,进行肾移植时,供体肾脏植入受体的腹腔,通常和髂动脉、髂静脉相吻合。
3、移植的器官相当于抗原
4、各种移植手术的成功案例介绍
①骨髓移植:器官移植的一种,将正常骨髓由静脉输入患者体内,以取代病变骨髓的治疗方法。用以治疗造血功能异常、免疫功能缺陷、血液系统恶性肿瘤及其他一些恶性肿瘤。用此疗法均可提高疗效,改善预后,得到长生存期乃至根治。
②原理:人体内的血液成分处于一种不断的新陈代谢中,老的细胞被清除,生成新的细胞,骨髓的重要功能就是产生生成各种血细胞的干细胞,这些干细胞通过分化再生成各种血细胞如红细胞、白细胞、血小板、淋巴细胞等,简单的说骨髓的作用就是造血功能。因此,骨髓对于维持机体的生命和免疫力非常重要。
DNA重组技术的基本工具:

1、基因工程的概念:
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
基本过程 剪切→拼接→导入→表达
结果 人类需要的基因产物
2、基本工具:
(1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
①来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
③结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。
即 当限制性内切酶作用于特定的DNA时,把这段序列沿着特定的切点切开的这个过程分两种情况:
a、沿着中轴线切口(即沿着DNA双链中对应的磷酸二酯键)切开,得到的就是两个平末端;
b、在中轴线的两端切口切开,得到的就是两个黏性末端。例如:EcoRⅠ限制性内切酶就可以识别G/AATTC的DNA序列,然后在G和A间切开,得到的就是两个黏性末端(之间可以根据碱基互补配对原则重组)限制酶的切口不都是一长一短的,一长一短的叫黏性末端,一样长的叫平末端。“粘性末端”在高中教材中也作“黏性末端”。如图:


(2)“分子缝合针”——DNA连接酶
种类 E·coli-DNA连接酶 T4-DNA连接酶
来源 大肠杆菌 T4噬菌体
功能特性 只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来 缝合两种末端,但连接平末端之间的效率较低
相同点 都缝合磷酸二酯键,如图:
 
(3)“分子运输车”——载体
①载体具备的条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入;具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
②最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
③其它载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒

知识点拨:

1、限制酶识别的序列的特点:呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如以中心线为轴,两侧碱基互补对称;为轴,两侧碱基互补对称。

2、获取目的基因和切割载体时使用同种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
3、获取一个目的基因需限制酶剪切两次,共产生 4个黏性末端或平末端。
4、限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性,以便于检测。


基因工程的应用:

1、植物基因工程:
外源基因类型及举例 成果举例
抗虫转基因植物 抗虫基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因 抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基因植物 (1)抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因(2)抗真菌基因:几丁质酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
抗逆转基因植物 抗逆基因:调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因 抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改良品质的转基因植物 优良性状基因:提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
2、动物基因工程:
外源基因类型及举例 成果举例
提高生长速度的转基因动物 外源生长激素基因 转基因绵羊、转基因鲤鱼
改善畜产品品质的转基因动物 肠乳糖酶基因 乳汁中含乳糖较少的转基因牛
生产药物的转基因动物 药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子 乳腺生物反应器
作器官移植供体的转基因动物 外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因 无免疫排斥的转基因猪
3、基因诊断与基因治疗
(1)基因诊断:DNA分子杂交法(即DNA探针法),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。
(2)基因治疗的方法:基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。
(3)基因治疗的途径
①体外基因治疗:先从病人体内获得某种细胞进行培养,然后在体外完成基因转移,再筛选成功转移的细胞扩增培养,最后重新输入患者体内。如腺苷酸脱氨酶基因的转移。
②体内基因治疗:用基因工程的方法,直接向人体

知识拓展:

1、Bt毒蛋白基因产生的Bt毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。
2、青霉素是谤变后的高产青霉菌产生的,不是通过基因工程改造的工程菌产生的。
3、动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物等方面。 4、动物基因工程主要为了改善畜产品的品质,不是为了产生体型巨大的个体。
5、乳腺生物反应器产量高、质量好、成本低、易提取,在高价值蛋白质的生产上比工厂化生产更具有优越性二。
6、用基因工程的方法,使外源基因得以高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。
7、基因诊断是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。基因治疗指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。
8、基因工程与环境保护
亲子鉴定:利用医学、生物学和遗传学的理论和技术,从子代和亲代的形态构造或生理机能方面的相似特点,分析遗传特征,判断父母与子女之间是否是亲生关系。
使用国产制剂进行亲子鉴定
鉴定亲子关系目前用得最多的是DNA分型鉴定。人的血液、毛发、唾液、口腔细胞及骨头等都可以用于亲子鉴定,十分方便。
利用DNA进行亲子鉴定,只要作十几至几十个DNA位点作检测,如果全部一样,就可以确定亲子关系,如果有3个以上的位点不同,则可排除亲子关系,有一两个位点不同,则应考虑基因突变的可能,加做一些位点的检测进行辨别。DNA亲子鉴定,否定亲子关系的准确率几近100%,肯定亲子关系的准确率可达到99.99%。
9、基因芯片的基本原理:就是最基本的DNA分子杂交,利用基因芯片检测某种基因时,先将待测样品制成荧光标记的DNA探针,让它与基因芯片上已知序列的DNA片段杂交,杂交信号经放大后输入计算机进行统计分析,这样就可以检测出样品DNA序列。
用途:用来检测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子。利用基因芯片,可以比较同一物种不同个体或物种之间,以及同一个体在不同生长发育阶段、正常和疾病状态下基因表达的差异,寻找和发现新的基因,研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。
动物细胞的核移植技术:

1.原理:动物细胞核的全能性和细胞膜具一定的流动性。
2.种类:动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,前者比较容易。
3.材料
(1)供体细胞一般选优良动物的传代培养10代以内的细胞。
(2)受体细胞一般为减数第二次分裂中期的次级卵母细胞:①卵母细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质;②卵母细胞体积大,便于操作;③卵黄多,营养物质丰富。
4.过程


体细胞核移植的大致过程是:
高产奶牛(提供体细胞)进行细胞培养;同时采集卵母细胞,在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞,去核(显微操作) ;将供体细胞注入去核卵母细胞;通过电刺激使两细胞融合,供体核进入受体卵母细胞,构建重组胚胎;将胚胎移入受体(代孕)母牛体内;生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛。
5、体细胞核移植技术的应用:
①加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育;
②保护濒危物种,增大存活数量;
③生产珍贵的医用蛋白;
④作为异种移植的供体;
⑤用于组织器官的移植等。

知识点拨:

选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富; 细胞质不会抑制细胞核全能性的表达。
知识拓展:

1、体细胞核移植技术存在的问题:克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
2、细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,佯随着两细胞融合,体现细胞膜的结构特点:具有一定的流动性。
3、核移植时,一般先用电刺激使供受体细胞融合,再用物理或化学方法激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。
4、克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同,而不是完全相同,因为克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞;生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。
5、克隆属于无性繁殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
发现相似题
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