《现代生物技术》作业

《现代生物技术》作业

1、生物技术（biotechnology）最初由谁提出？其含义是什么？1982年国际织对生物技术

是如何重新定义的？

答：（1）生物技术（biotechnology）最初由一位匈牙利工程师Karl Ereky于1917年提出。

（2）Karl Ereky当时提出这一名词的涵义是指用用甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物原料变为产品。

（3）1982年国际组织对生物技术重新定义为：生物技术是应用自然科学及工程科学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。

2、为什么说DNA重组技术改变了生物技术的性质？

答：DNA重组技术的发展改变了生物技术的性质，基因工程可以直接“创造”一个高产菌种，可以使得一些生物或真核细胞直接成为生成胰岛素、生长素、干扰素等蛋白质药物的“工厂”，使得动植物成为生产新的或被修饰的基因产物的“生物反应器”。

3、生物技术的发展趋势主要体现在哪些方面？

答：现代生物技术的发展趋势主要体现在下列几方面：

①基因操作技术日新月异，不断完善。

②基因工程药物和疫苗研究与开发突飞猛进。

③转基因动物和植物取得重大突破。

④阐明生物体（目前主要是人类、水稻等）基因组及其编码蛋白质的结构与功能是当今生

命科学发展的一个主流方向。

⑤基因治疗、细胞核移植克隆、胚胎干细胞等技术取得重大研究发展，有可能革新整个疾

病的预防和治疗领域。

⑥蛋白质工程是基因工程的发展，它将分子生物学、结构生物学、计算机技术结合起来，

形成一门高度综合的学科。

⑦信息技术的飞速发展渗透到生命科学领域中，形成了引人注目、用途广泛的生物信息学。

4、简要说明现代生物技术商业化的特点。

答：现代生物技术商业化的特点体现在以下几个方面：

①典型的技术密集型产业。

②市场迅速扩张。

③世界各国政府高度重视。

④生物技术制药是现代生物技术产业的支柱。

⑤现代生物技术产品不断增加。

⑥经营现代生物技术产品的公司竞争激烈。

⑦各生物技术公司的研究目标日趋集中，生产的产品更加专一。

⑧医学生物技术产业化进程最快。

5、DNA重组技术包括哪些基本步骤？

答：一个典型的DNA重组试验通常包括以下几个步骤：

①提取供体生物的目的基因（或称外源基因），酶解连接到另一DNA分子上（克隆载体），

形成一个新的重组DNA分子。

②将这个重组的DNA分子转入受体细胞并在受体细胞中复制保存，这个过程称为转化

(transformation)。

③对那些吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定。

④对含有重组DNA的细胞进行大量培养，检测外源基因是否表达。

6、简述DNA分子的基本结构和功能。

答：（1）DNA分子的基本结构：DNA分子是一种双链螺旋状分子。DNA链的基本单位是脱氧核糖核苷酸，它由碱基、脱氧核糖和磷酸基团相连。DNA链上的核苷酸可多可少，它们通过一个脱氧核糖的3’羟基与另一个相邻的核苷酸的5’磷酸基团之间形成磷酸二酯键而串联起来。由于碱基遵循互补的原则，所以一条DNA链上的核苷酸顺序决定了与它配对的另一条DNA链上的相对应的核苷酸顺序，后者也称为互补核苷酸链。碱基包括4种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)，A只与T配对，C只与G配对。在DNA复制的过程中，每一条已经存在的DNA链都可以作为模板合成新链，链上的脱氧核糖的3’羟基通过酶促反应与要掺入的核苷酸的5’磷酸形成磷酸二酯键，从而使脱氧核糖核苷酸依次加入，而且新合成的DNA链仍然遵循碱基互补配对原则，且两条链是反向平行的。

（2）DNA分子的基本功能：生物体的结构和生化功能是由其体内的DNA中所包含的遗传信息决定的。作为遗传信息的基本单位，基因所携带的信息实际上是由核苷酸的排列顺序决定的，编码蛋白质的基因要通过两个生理过程才能解码。第一，编码蛋白质的基因（也称结构基因）作为模板产生一种RNA分子，即信使RNA(messenger RNA, mRNA)，这个

过程称为转录(transcription)；第二，单个的mRNA分子在其他的细胞组分（包括核糖体、tRNA和酶）的帮助下合成蛋白质分子，这个过程称为翻译(translation)。

7、简要说明Ⅱ型限制性内切酶有哪些特点及用途？

答：（1）特点：限制性内切酶所结合的被切割的DNA序列称为识别序列或识别位点。大多数类型Ⅱ限制性内切酶的识别序列是回文序列。有些限制性内切酶切割DNA后产生5’磷酸突出的末端，有些则产生3’羟基突出的末端，它们统称为黏性末端；还有一些在切

割两条链时会产生两端平整的（平末端）的DNA分子。限制性内切酶的识别位点可以是4个、5个、6个、8个甚至更多的碱基对。由于限制性内切酶的识别位点在DNA分子中出现的频率不同，即识别位点序列短，限制性内切酶就会更频繁地切割DNA分子。

（2）用途：①不同的限制性内切酶切割同一DNA分子，电泳，制出该DNA的物理图谱。

②切割两条不同的DNA样品后产生相同的黏性末端，混在一起产生一个新的嵌合

DNA分子。

③用限制性内切酶处理DNA后，会产生多个DNA片段，连接进克隆载体后，形成

多个不同的重组DNA分子。

8、目前常用哪些物质作为克隆载体？

答：目前常作为克隆载体的物质有以下几种：

（1）质粒(plasmid)，包括质粒载体pBR322和质粒载体pUC19。质粒载体最大可以克隆DNA 片段一般在10kb左右。

（2） 噬菌体。它的局限性在于重组噬菌体DNA太大（＞52kb）或太小（＜38kb）都无法有效地装进噬菌体头部。

（3）柯斯质粒，可携带40kb大小的DNA片段，并在大肠杆菌中复制存在，适用于作基因簇和大基因的克隆。

（4） YAC质粒（酵母人工染色体yeast artificial chromosome 的缩写），是目前能容纳最大外源DNA片段的载体。

9、pBR322质粒载体命名、结构、特点是什么？

答：（1）命名：小写的p代表质粒，BR代表研究出这个质粒的研究者Bolivar和Rogigerus，322是与这两个科学家有关的数字编号。

（2）结构：pBR322大小为4363bp，含有两个抗生素抗性基因（抗氨苄青霉素和抗四环素）；

还有单一的BamH I、HindⅢ和Sal I是识别位点，这三个位点都在四环素抗性

基因内；另一个单一的Pst I识别位点在氨苄青霉素抗性基因内。pBR322带有

一个复制起始位点，它可以保证这个质粒只在大肠杆菌里行使复制功能。

（3）特点：pBR322在大肠杆菌里以高拷贝数存在。

10、简述如何进行原核细胞的转化与筛选？

答：（1）转化：把纯化的DNA导入细菌细胞过程称为转化。原核细胞的转化过程就是一个导入外源基因的过程。对于大肠杆菌来说，人们一般采用先用冰冷的CaCl

处理，然

2

后置于42℃热激90s的方法帮助其吸收外源DNA，这种方法的最大转化频率为

10-13，其效率是每微克DNA转化107-108个细胞。DNA分子还可以通过电穿孔

(electroporation)的方法转入细菌。简单地说，就是把宿主细胞置于一个高强

电场中，通过电场脉场冲在细胞壁上打孔，DNA分子随即进入细胞。电穿孔的方

法也因菌而异，对于大肠杆菌来说，一般是50mL细胞用25μF、2.5kV和200

Ω的脉冲处理4.6ms，其转化效率可以达到小质粒每微克DNA转化109个细胞，

大质粒（＞100kb）也可以达到每微克DNA转化106个细胞.

（2）帅选：转化之后，就要对含有外源DNA的重组质粒进行鉴定。以外源DNA插入到pBR322的BamH I位点中为例，可以通过以下步骤来鉴别：先将转化的细胞涂布在一个

含有氨苄青霉素的培养基上，只有那些带有完整的pBR322质粒或是插入有外源

DNA片段的pBR322质粒的细胞可以在培养基上生长，没有转化的细胞就会被氨

苄青霉素杀死。第二步是把含有氨苄青霉素的培养基上的克隆转移到含有四环

素培养基上，如果在含有四环素的平板上生长，该克隆就带有自身环化的

pBR322，因为这些细胞对两种抗生素都有抗性，而那些只在氨苄青霉素平板上

生长，却在四环素平板上不能生长的克隆就是带有外源DNA的重组质粒的克隆。

重复第二步筛选步骤，就可以较为确定地筛选出那些带有特异插入的外源DNA

的重组质粒。