高考生物大一轮总复习 第一讲 基因工程用课件 新人教版选修3.ppt

第一讲基因工程 回扣基础 一 基因工程的概念 1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 水平 目的基因 体外 分子 4 原理 5 受体 表达目的基因 6 本质 性状在体内表达 7 优点 克服的障碍 定向改造生物的 基因重组 受体 远缘杂交不亲和 遗传性状 二 基因工程的操作程序 1 获取目的基因 2 基因表达载体的构建 三 蛋白质工程 1 概念理解 基础 蛋白质分子的及其与生物功能的关系 操作 或基因合成 结果 改造了现有蛋白质或制造出 目的 满足人类的的需求 2 操作过程 从预期的出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 结构规律 基因修饰 新的蛋白质 生产和生活 蛋白 质结构 氨基酸序列 脱氧核苷 酸序列 蛋白质功能 优化落实 一 基因工程的基本工具1 判一判 1 限制酶只能用于切割目的基因 2 限制酶切割dna分子具有特异性 3 限制酶切割dna分子后可产生黏性末端和平末端两种类型 4 dna连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 5 e colidna连接酶既可连接平末端 又可连接黏性末端 6 质粒是小型环状dna分子 是基因工程常用的载体 7 载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中 使之稳定存在并表达 二 基因工程的应用2 判一判 1 我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因 2 利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品 如人的血清白蛋白 这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中 3 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 4 为培育抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 5 目前 植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性 生产某些天然药物 改良农作物的品质 作器官移植的供体 6 基因工程药物主要来源于转基因动物生产 7 基因治疗是把正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 三 蛋白质工程3 判一判 1 蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质 2 人类主要通过直接改造蛋白质的结构来生产新的蛋白质 3 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 基因工程的操作工具 3 识别序列的特点 2 分子缝合针 dna连接酶 误区警示 1 获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶 目的是产生相同的黏性末端 2 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 3 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 解题技巧 1 限制酶是一类酶 而不是一种酶 2 限制酶的成分为蛋白质 其作用的发挥需要适宜的理化条件 高温 强酸或强碱均易使之变性失活 3 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶 目的是产生相同的黏性末端 4 将一个基因从dna分子上切割下来 需要切两次 同时产生4个黏性末端 5 不同dna分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同 同一个dna分子用不同的限制酶切割 产生的黏性末端一般不相同 6 限制酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便于进行检测 7 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 8 基因工程中有3种工具 但工具酶只有2种 演练提升 1 限制酶mun 和限制酶ecor 的识别序列及切割位点分别是 c aattg 和 g aattc 如图表示四种质粒和目的基因 其中 箭头所指部位为限制酶的识别位点 质粒的阴影部分表示标记基因 适于作为图示目的基因载体的质粒是 a 由图可知 质粒b上无标记基因 不适合作为载体 质粒c和d的标记基因上都有限制酶的识别位点 只有质粒a上既有标记基因 且mun 的切割位点不在标记基因上 2 2013 苏锡常镇四市一调 表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点 图一 图二中箭头表示相关限制酶的酶切位点 请回答下列问题 1 限制酶sma 和限制酶xma 作用的相同点是 不同点是 2 研究发现复制原点的碱基序列通常含a t碱基较多 其意义是 3 在用图中的质粒和外源dna构建重组质粒时 需要对质粒进行改造 构建新的限制酶酶切位点 试写出构建需要的限制酶酶切位点的过程 提供构建需要的所有条件 首先用酶处理质粒 然后用dna聚合酶等处理质粒 再用酶处理质粒 从而形成新的限制酶酶切位点 可被酶识别 4 基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤 如图表示运用影印培养法 使在一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法 检测基因表达载体是否导入大肠杆菌 培养基除了含有细菌生长繁殖必需的成分外 培养基a和培养基b分别还含有 从检测筛选的结果分析 含有目的基因的是菌落中的细菌 解析 1 限制酶sma 和限制酶xma 识别的序列相同 但前者切割形成的是平末端 后者切割形成的是黏性末端 即二者催化反应的结果不同 切割位点不同 3 要使外源dna和质粒连接 二者被限制酶切割后形成的黏性末端应该相同 因此需对质粒进行改造 质粒上有pst 的酶切位点和ecor 的酶切位点 但无mse 的酶切位点 因此先用ecor 酶切割质粒 然后用dna聚合酶等处理质粒 再用dna连接酶处理质粒 从而形成mse 的酶切位点 4 从实验结果可以看出 培养基a中含有4和6的菌落 培养基b中无4和6的菌落 故培养基a含有四环素 培养基b含有青霉素 青霉素和四环素 4和6菌落中的细菌含有目的基因 答案 1 识别的序列相同催化反应的结果不同 切割位点不同 2 a t碱基对间氢键数少 使dna双链解旋更容易 3 ecor dna连接mse 4 四环素青霉素 青霉素和四环素 4和6 关键点击 1 获取目的基因 基因工程的操作过程 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用 3 构建过程 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 误区警示 1 一般情况下 用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段 但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因 这样可避免质粒和质粒之间 目的基因和目的基因之间的连接 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 转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 3 标记基因的作用 筛选 检测目的基因是否导入受体细胞 常见的有抗生素抗性基因 发光基因 表达产物为带颜色的物质 等 4 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 不能合成蛋白质 5 基因表达载体中 启动子 dna片段 起始密码子 rna 终止子 dna片段 终止密码子 rna 基因表达载体的构建是最核心 最关键的一步 在体外进行 解题技巧 只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有发生碱基互补配对 其余三步中都涉及碱基互补配对 第一步存在逆转录法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子水平杂交方法 切割目的基因和载体应用同一种限制酶 目的基因与载体的连接方式有多种 如目的基因 目的基因 目的基因 载体 载体 载体等 演练提升 3 下列有关基因工程操作的叙述中 正确的是 a 用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端b 以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同c 检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功d 用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接 a 一种氨基酸可以由多种密码子控制 因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同 只有目的基因表达 使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程操作的成功 抗生素抗性基因作为标记基因 用于检测目的基因是否导入受体细胞 4 2012 新课标全国卷 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性内切酶切割dna分子后产生的片段 其末端类型有和 2 质粒运载体用ecor 切割后产生的片段如下 aattc gg cttaa 为使运载体与目的基因相连 含有目的基因的dna除可用ecor 切割外 还可用另一种限制性核酸内切酶切割 该酶必须具有的特点是 3 按其来源不同 基因工程中所使用的dna连接酶有两类 即dna连接酶和dna连接酶 4 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反转录产物 常采用技术 5 基因工程中除质粒外 和也可作为载体 6 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞 原因是 解析 1 dna分子经限制酶切割产生的dna片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型 2 为使运载体与目的基因相连 应使二者被切割后产生的末端相同 故用另一种限制酶切割产生的末端必须与ecor 切割产生的末端相同 3 根据酶的来源不同 dna连接酶分为e colidna连接酶和t4dna连接酶 4 mrna 或rna 为模板 合成dna的过程称为逆转录 若要体外获得大量dna分子 可以使用rcr技术 5 在基因工程中 通常利用质粒作为运载体 另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 6 大肠杆菌作为受体细胞时 常用ca2 处理 使之成为能吸收周围环境中dna分子的感受态细胞 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的dna片段末端与ecor 切割产生的末端相同 其他合理答案也可 3 e colit4 4 mrna 或rna cdna 或dna pcr 5 噬菌体动植物病毒 其他合理答案也可 6 未处理的大肠杆菌吸收质粒 外源dna 的能力极弱 其他合理答案也可 关键点击 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 1 含义 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 基因工程的应用与蛋白质工程 2 两者区别 2 蛋白质工程与基因工程的比较 误区警示 1 基因治疗后 缺陷基因没有改变 基因治疗是把正常基因导入受体细胞中 以表达正常产物从而治疗疾病 对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变 2 对蛋白质分子进行改造 其本质是改变其基因组成 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造的蛋白质分子还是无法遗传 解题技巧 1 dna分子作探针进行检测时应检测单链 即将待测双链dna分子打开 2 青霉素是青霉菌产生的 不是通过基因工程产生的 3 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较高 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 演练提升 5 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较 不合理的是 a 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 从而制造一种新的蛋白质b 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的 蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 c 当得到可以在 70 条件下保存半年的干扰素后 在相关酶 氨基酸和适宜的温度 ph条件下 干扰素可以大量自我合成d 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的c 利用蛋白质工程生产蛋白质产品应通过改造相应基因后 再经基因表达大量产生 6 2013 广东卷 从某海洋动物中获得一基因 其表达产物为一种抗菌体和溶血性均较强的多肽p1 目前在p1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物 首先要做的是 a 合成编码目的肽的dna片段b 构建含目的肽dna片段的表达载体c 依据p1氨基酸序列设计多条模拟肽d 筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 c 该题目属于蛋白质工程 已经获得该目的基因片段 不需要合成编码目的肽的dna片段 故a错误 是需要构建含目的肽dna片段的表达载体 但这不是第一步 故b错误 蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能 设计p1氨基酸序列 从而推出其基因序列 故c正确 该基因表达产物为一种抗菌体和溶血性均较强的多肽p1 目前在p1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物 而目的多肽是抗菌性强但溶血性弱 所以必需对其改造 保持其抗菌性强 抑制其溶血性 故d错误 高考回顾 2013广东卷 新课标卷 广东卷2012全国新课标卷 浙江卷 江苏卷 福建卷 天津卷2011浙江卷 山东卷 四川卷 海南卷 典题例析 考向一基因工程的操作过程蓝藻拟核dna上有控制叶绿素合成的chll基因 某科学家通过构建该种生物缺失chll基因的变异株细胞 以研究chll基因对叶绿素合成的控制 技术路线如下图所示 下列相关叙述错误的是 a 过程应使用不同的限制性内切酶b 过程都要使用dna连接酶c 终止密码子是基因表达载体的重要组成部分d 若操作成功 可用含红霉素的培养基筛选出该变异株 解析 限制性内切酶有特异性 过程要切割的dna序列不同 故应使用不同的限制性内切酶 dna连接酶的作用是连接被切开的磷酸二酯键 使chll基因 红霉素抗性基因与质粒结合 基因表达载体由目的基因 启动子 终止子 标记基因组成 终止密码子是mrna上密码子的一种 表示一次翻译的结束 变异株中chll基因被重组基因替换 重组基因中有红霉素抗性基因 故可用含红霉素的培养基筛选出该变异株 答案 c 考向二基因工程的应用浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现 一种植物激素 油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢 用油菜素内酯处理后 许多参与农药降解的基因 如p450基因和红霉素抗性基因 的表达和酶活性都得到提高 在这些基因 指导 下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质 有的则被直接排出体外 某课题组进一步进行了如下的实验操作 请回答下列问题 1 获得油菜素内酯合成酶基因的方法有 步骤 用pcr技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指 步骤 用到的酶有 2 图中导入重组质粒的方法是 在导入之前应用一定浓度的处理受体细菌 3 导入重组质粒2以后 往往还需要进行检测和筛选 可用制成探针 检测是否导入了重组基因 在培养基中加入可将含有目的基因的细胞筛选出来 4 请你为该课题命名 解析 进行基因工程操作时 首先要获取目的基因 其方法有多种 从cdna文库中获取 从基因组文库中获取 人工合成目的基因或pcr扩增技术等 在构建基因表达载体的过程中 用到的工具酶有限