2020版高考生物总复习第30讲基因工程课件中图版.pptx

第30讲 基因工程,1.基因工程的基本工具 (1)限制酶,考点一 基因工程的基本工具及操作过程,原核,特定的核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,(2)DNA连接酶 作用：将限制酶切割下来的DNA片段_。 类型,拼接成DNA分子,大肠杆菌,黏性末端,黏性末端和平末端,磷酸二酯键,双链环状DNA分子,限制酶切割位点,标记基因,动植物病毒,2.基因工程的基本操作程序,基因文库,mRNA反转录,DNA合成仪,RNA聚合酶,转录,转录,目的,基因,1.(2018全国卷，38)回答下列问题： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了_(答出两点即可)。 (2)体外重组的质粒可通过Ca2参与的_方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与_组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是_。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用_的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加_的抑制剂。,解析 (1)两位科学家将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中并进行了表达，因此，该研究可以证明：质粒可以作为载体，真核细胞的基因在原核细胞中也可以表达(不同生物共用一套密码子)、体外重组的质粒可以进入受体细胞等。(2)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化，将质粒导入大肠杆菌时，常用的转化方法是：首先用Ca2处理大肠杆菌细胞，使其成为感受态细胞。噬菌体DNA没有侵染能力，体外重组的噬菌体DNA通常需与外壳蛋白组装成完整噬菌体才能完成侵染过程。噬菌体多寄生在细菌中，但不能寄生在心肌细胞和叶肉细胞中。(3)若要使蛋白质不被降解，则大肠杆菌体内不能存在蛋白酶，因此，实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞。同理，在蛋白质纯化过程中，也不能使蛋白质降解，因此，应添加蛋白酶抑制剂。,答案 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶,2.(2019广东深圳调研)据报道，美国科研人员通过基因转移技术，从根本上治愈了实验小鼠所患的型糖尿病，这种技术把选定的X基因输入胰腺，这些基因随后得到整合并促使消化系统和其他类型的细胞制造胰岛素，请回答下列问题： (1)在基因工程中，X基因称为_。利用PCR技术扩增X基因时，需要在反应体系中添加的有机物质是_、_、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程在PCR扩增仪中完成。 (2)将X基因导入小鼠体内之前，需要操作的核心步骤是_，此步骤最常用的运载工具是_，所需要的酶是限制酶和_。 (3)X基因的检测可从分子水平和个体水平两方面进行，在分子水平上通常采用_技术检测X基因是否导入受体细胞，在个体水平上应检测_。,解析 (1)根据题意分析，研究人员通过基因转移技术，将选定的X基因输入胰腺，说明X基因是目的基因；利用PCR技术扩增目的基因时，需要在反应体系中添加的有机物质有引物、模板DNA、4种脱氧核糖核苷酸等，还需要耐热的DNA聚合酶。(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，该过程常用的运载体是质粒，需要先用限制酶切割目的基因和质粒，然后用DNA连接酶将目的基因和质粒连接起来。(3)在分子水平上检测X基因是否导入受体细胞，可以利用DNA分子杂交技术；根据题干信息可知，X基因导入胰腺细胞后，可以治愈实验小鼠所患的型糖尿病，因此在个体水平上检测X基因是否导入受体细胞，应该检测实验小鼠所患的型糖尿病是否被根治。 答案 (1)目的基因 引物 模板DNA (2)基因表达载体的构建 质粒 DNA连接酶 (3)DNA分子杂交 实验小鼠所患的型糖尿病是否被根治,(1)基因组文库与cDNA文库的比较,(2)农杆菌转化法原理 植物受损伤时伤口处分泌物(酚类化合物)可吸引农杆菌农杆菌中Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上(若将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上，则目的基因将被一起带入)。 (3)受体细胞的选择 受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，也没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质。,1.基因工程的应用 (1)动物基因工程：用于提高动物_从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的_等。 (2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物(如抗虫棉)、抗病转基因植物(如转基因烟草)和抗逆转基因植物(如抗寒番茄)；利用转基因改良植物的品质(如新花色矮牵牛)。,考点二 基因工程的应用及蛋白质工程,生长速度,供体,2.基因诊断与基因治疗 (1)基因诊断：又称为DNA诊断，是采用_的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。 (2)基因治疗 概念：把_导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。 成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内，从而治疗复合型免疫缺陷症。,基因检测,正常基因,基因转移,组织细胞,3.蛋白质工程 (1)概念,基因修饰,改造了,新的蛋白质,蛋白,质结构,(2)基本流程,蛋白质的结构,氨基酸序列,1.科学家将药用蛋白基因与_等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的_中，然后，将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳斯后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺蛋白基因的启动子,受精卵,2.用于基因治疗的基因有三类。第一类是从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物，来弥补病变基因带来的生理缺陷，如对血友病和地中海贫血病的治疗。第二类是反义基因，即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断非正常蛋白质合成。第三类是编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因，又叫做自杀基因。,1.(2018海南卷，31)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题： (1)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜 (填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，选用这种叶片的理由是_。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中 已转移到植物细胞中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交，发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为11，则说明甜蛋白基因已经整合到 (填“核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。,(3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗，应选用 作为外植体进行组织培养。 (4)通常，基因工程操作主要有4个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为_ _。,解析 (1)当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，因此用农杆菌感染时，优先选用黄瓜受伤的叶片。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，说明目的基因甜蛋白基因在受体细胞中已经完成表达；若甜蛋白基因整合到线粒体基因组或叶绿体基因组中，在遗传时遵循母系遗传，不会出现固定的分离比，所以子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为11，则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组。 (4)基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出符合人们需要的新生物类型和生物产品。,答案 (1)受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞 (2)甜蛋白基因 核基因组 (3)茎尖 (4)按照人们的愿望进行设计，并通过体外重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型,2.(2019河南顶级名校联考)如图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：,(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有 、 (写出其中两种)。 (2)图中A、B分别表示 、 。 (3)为提高培育成功率，进行过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行 检测，对受体动物的处理是用 进行同期发情处理。 (4)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原理是_。,解析 (1)据图分析，涉及的现代生物技术有蛋白质工程、基因工程、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术等。(2)蛋白质工程基本途径：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)；基因工程技术的基本步骤：目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定。(3)胚胎移植之前，采用DNA分子杂交技术对早期胚胎进行基因检测或基因诊断，可提高培育成功率。为提高胚胎移植成功率，该过程可用促性腺激素对受体动物进行同期发情处理。(4)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是改造后的基因能够遗传，且改造基因易于操作。,答案 (1)蛋白质工程 基因工程(胚胎移植技术)(任写两种) (2)推测应有的氨基酸序列 基因表达载体 (3)DNA(核酸)分子杂交 促性腺激素 (4)改造后的基因能够遗传，改造基因易于操作,蛋白质工程与基因工程的比较,1.PCR技术,考点三 PCR技术与DNA的粗提取与鉴定,(2)PCR反应过程,变性,90 ,50 ,碱基互补配对,延伸,TaqDNA聚合酶,(3)结果： 上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了_个DNA分子 ，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在_中完成的。,两,PCR扩增仪,2.DNA的粗提取与鉴定 (1)实验原理,0.14,NaCl,二苯胺试剂,(2)操作流程,DNA,蒸馏水,不同浓度NaCl溶液,酒精,蓝色,1.(2018经典高考)为生产具有特定性能的淀粉酶，研究人员从某种海洋细菌中克隆了淀粉酶基因(1 656个碱基对)，利用基因工程大量制备淀粉酶，实验流程如图。请回答下列问题：,(1)利用PCR技术扩增淀粉酶基因前，需先获得细菌的_。 (2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的 端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是_ _。 (3)进行扩增时，反应的温度和时间需根据具体情况进行设定，下列选项中 的设定与引物有关， 的设定与扩增片段的长度有关。(填序号) 变性温度 退火温度 延伸温度 变性时间 退火时间 延伸时间,(4)如图表示筛选获得的工程菌中编码淀粉酶的mRNA的部分碱基序列： 图中虚线框内mRNA片段包含 个密码子，如虚线框后的序列未知，预测虚线框后的第一个密码子最多有 种。,(5)获得工程菌表达的淀粉酶后，为探究影响酶活性的因素，以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性，结果如表所示： 根据上述实验结果，初步判断该淀粉酶活性最高的条件为_。,解析 (1)利用PCR技术扩增淀粉酶基因前，需先获得细菌的基因组DNA。(2)构建重组DNA分子时，需用限制性核酸内切酶处理目的基因和载体，故需要在引物的5端添加限制性酶切位点，且常在两条引物上设计添加不同的限制性酶切位点，这样可以使DNA片段按照一定方向插入表达载体，防止目的基因或载体自身的黏性末端之间相互连接以及目的基因与载体反向连接。(3)利用PCR技术进行扩增时，退火温度的设定是成败的关键，退火温度过高会使引物无法与模板的碱基配对，所以退火温度的设定与引物有关；延伸时间的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子由mRNA上相邻的3个碱基组成，所以该片段的24个碱基包含8个密码子。该片段后面的第一个碱基为U，所以后面的密码子最多可能有4416(种)，根据题干信息及题中给出的mRNA序列可知，虚线框后第一个密码子不可能是终止密码子，所以实际最多有13种密码子。(5)由表格数据可知，该淀粉酶活性最高的条件是pH为8.5，缓冲液为50 mmol/L TrisHCl。,答案 (1)基因组DNA (2)5 使DNA片段能定向插入表达载体，减少自连 (3) (4)8 13 (5)pH为8.5，缓冲液为50 mmoL/L TrisHCl,2.(2019汉中市质检)回答下列有关PCR过程的问题： (1)PCR的每次循环可以分为 三步。假设在PCR反应中，只有一个DNA片段作为模板，请计算在5次循环后，反应物中大约有 个这样的DNA片段。 (2)请用简图表示出一个DNA片段在PCR反应中第二轮的产物。 (3)简述PCR技术的主要应用(要求3项以上)。 _。,解析 (1)DNA复制时两条链均作为模板，进行半保留复制，所以复制5次后得到的子代DNA分子数为2532。(2)新合成的DNA链带有引物，而最初的模板DNA的两条链不带有引物。(3)PCR技术可以对DNA分子进行扩增，所以可用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等方面。,答案 (1)变性、复性和延伸 32 (2)如图所示 (3)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定(其中3项即可),澄清易错易混强化科学思维,易错易混,易错点1 目的基因的插入不是“随意”的 点拨 目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入到启动子内部，启动子将失去原功能。,易错点2 启动子起始密码子，终止子终止密码子，对标记基因的作用不明确 点拨 (1)启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的