高三生物第一轮复习 专题1 基因工程课件 新人教版选修3.ppt

选修3专题1基因工程 知识梳理 一 基因工程的概念及优点1 概念 按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外 和 等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的 2 优点 1 与杂交育种相比 克服了 的障碍 2 与诱变育种相比 改造生物的遗传性状 dna重组 转基因 生物类型和生物产品 远缘杂交不亲和 定向 二 基因工程的工具1 限制性核酸内切酶 1 简称 2 来源 主要从 生物中分离纯化出来 3 特点 双链dna分子的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开 4 结果 产生 或平末端 限制酶 原核 识别 磷酸二酯键 黏性末端 2 dna连接酶 1 类型 根据酶的来源不同 可分为e colidna连接酶和 2 作用 连接双链dna片段 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 t4dna连接酶 磷酸二酯键 3 载体 1 种类 质粒 噬菌体的衍生物 等 2 质粒 化学本质 小型双链环状 分子 特点 能 有 限制酶切割位点有特殊的 动植物病毒 dna 自我复制 一个至多个 标记基因 三 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 主要是指编码蛋白质的 2 三种获取方法 从 中获取目的基因利用 扩增目的基因通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 基因 基因文库 pcr技术 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 中稳定存在 并且可以遗传给下一代 使目的基因能够 和发挥作用 2 组成 目的基因 标记基因 如抗生素抗性基因 受体细胞 表达 启动子 终止子 3 将目的基因导入受体细胞 连线 4 目的基因的检测与鉴定 目的基因 mrna 蛋白质 四 基因工程的应用1 植物基因工程 主要用于提高农作物的 以及改良 和利用植物 等方面 2 动物基因工程 主要应用于动物品种改良 建立 等方面 3 基因工程药物 来源于转基因的 4 基因治疗 把 导入病人体内 使该基因的 发挥功能 抗逆能力 农作物的品质 生产药物 生物反应器 器官移植 工程菌 正常基因 表达产物 五 蛋白质工程1 流程图 写出流程图中字母代表的含义 a b c d e 2 结果 改造了现有蛋白质或制造出 3 应用 主要集中应用于对 进行改造 改良生物性状 转录 翻译 分子设计 多肽链 预期功能 新的蛋白质 现有蛋白质 速记卡片 1 基因工程的基本工具 1 两种工具酶 限制酶 dna连接酶 2 一种运输工具 载体 2 载体的种类和条件 1 常见三种类型 质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒 2 四条件 能够自我复制 有多个限制酶切割位点 具有标记基因 对受体细胞无伤害 3 基因工程的基本操作程序的四个主要步骤 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 4 目的基因的获取与检测 1 三种获取方法 基因文库直接获得 pcr扩增 人工合成 2 四种检测方法 dna分子杂交 dna mrna分子杂交 抗原 抗体杂交 个体生物学水平的抗性检测 考点一基因工程的工具1 与dna有关的四种酶 2 限制酶 1 识别序列的特点 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 以中心线为轴 两侧碱基互补对称 以为轴 两侧碱基互补对称 2 切割后末端的种类 3 限制酶和dna连接酶的关系 1 限制酶和dna连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 2 限制酶不切割自身dna的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 3 dna连接酶起作用时 不需要模板 4 载体 1 条件与目的 2 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 提分技法 限制酶的选择技巧 1 根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类 应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶 如图甲可选择pst 不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶 如图甲不能选择sma 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图甲也可选择用pst 和ecor 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点 2 根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致 以确保产生相同的黏性末端 质粒作为载体必须具备标记基因等 所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 如图乙中限制酶sma 会破坏标记基因 如果所选酶的切割位点不是一个 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 考题回访 1 2015 济南模拟 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 质粒载体用ecor 切割后产生的片段如下 aattc gg cttaa为使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 解析 1 当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将dna的两条链分别切开时 产生的是黏性末端 而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时 产生的则是平末端 2 为使载体与目的基因相连 不同的限制酶应切割出相同的黏性末端 它们必须要能识别相同的核苷酸序列 并且使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 3 根据酶的来源不同 dna连接酶分为两类 一类是从大肠杆菌中分离得到的 称为e colidna连接酶 另一类是从t4噬菌体中分离出来的 称为t4dna连接酶 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的dna片段末端与ecor 切割产生的黏性末端相同 3 大肠杆菌 e coli t4 知识总结 对限制酶切割位点的两点要求 1 位置要求 限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外 从而保证标记基因的完整性 2 数量要求 选择限制酶切割目的基因时 被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列 这样切割出来的目的基因才能与质粒结合 2 2015 铜仁模拟 chll基因是蓝藻dna上控制叶绿素合成的基因 为研究该基因对叶绿素合成的控制 需要构建该种生物缺失chll基因的变异株细胞 技术路线如图甲所示 请据图分析回答 1 与真菌相比较 蓝藻在结构上最主要的特点是 在功能上最主要的特点是 2 过程中均使用的工具酶有 3 构建重组质粒b在整个操作过程中的目的是 和 4 若含有chll基因的dna片段和选用的质粒上的限制酶切割位点如图乙所示 请回答 构建含chll基因的重组质粒a时 应选用的限制酶是 对进行切割 同时用酶1和酶4切割图乙中的质粒 则产生含有1800对碱基和8200对碱基的两种片段 用图中四种酶同时切割此质粒 则产生含有600对碱基和8200对碱基的两种片段 若换用酶1和酶3同时切割此质粒 则产生的片段是 解析 1 蓝藻为原核生物 没有以核膜为界限的细胞核 其体内含有光合色素 能进行光合作用 2 表达载体构建时需限制酶和dna连接酶等工具酶 3 由题干信息 构建该种生物缺失chll基因的变异株细胞 可知 构建重组质粒b的目的在于破坏chll基因并筛选出变异株细胞 4 由图乙知 获得chll基因需酶1和酶3对此基因所在的dna进行切割 同时对质粒也要用同种酶切割处理 以便构建重组质粒a 由题意知四种酶同时切割时含600对碱基的片段共有3个 若用酶1和酶3同时切割时 产生的片段有8200 600 8800对碱基 另一片段为600 2 1200对碱基 答案 1 没有以核膜为界限的细胞核能够进行光合作用 2 限制性核酸内切酶和dna连接酶 3 破坏chll基因操作成功后筛选出该变异株细胞 4 酶1和酶3质粒和含chll基因的dna 含有1200对碱基和8800对碱基的两种片段 加固训练 1 土壤农杆菌是一种能引起双子叶植物产生冠瘿瘤的土壤细菌 它带有ti质粒 ti质粒是携带细菌dna向宿主植物基因组转化所需信息的重要片段 其上只有t dna片段才能转入植物细胞的基因组 ti质粒的结构及转化过程如图所示 请分析并回答 1 为了使某种植物具有抗旱性状而又不引起植物产生冠瘿瘤 需对ti质粒进行修饰 即去除冠瘿瘤基因 将抗旱基因转移至片段 然后在一定条件下将外植体在含土壤农杆菌的稀释培养基上培养 此时修饰的t dna转入植物细胞并整合到植物基因组中 2 将上述外植体置于一个含有的选择培养基中进行筛选 发生转化的外植体开始增殖 形成后 通过产生不定芽再长出整个植物 3 基因转化是否成功应对转基因植物进行鉴定 可以直接在个体水平对上述转基因植物与非转基因植物的性能进行比较 解析 1 目的基因要插入t dna上 外植体与含目的基因的土壤农杆菌混合培养 修饰的t dna转入植物细胞并整合到植物基因组中 2 ti质粒含有抗四环素基因 将外植体置于含有四环素的选择培养基中培养筛选 发生转化的外植体能增殖 形成愈伤组织后 通过产生不定芽再长出整个植物 3 对转基因植物与非转基因植物的抗旱性能进行比较 是在个体水平 答案 1 t dna 2 四环素愈伤组织 3 抗旱 易错提醒 1 基因工程所用的工具与常用的工具酶不同 工具包含工具酶和载体 工具酶包括限制酶和dna连接酶 2 由于外源基因插入的位置未知 因此目的基因不一定表达 因此需要检测 2 如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图 据图回答下列问题 1 a代表的物质和质粒的化学本质都是 二者还具有其他共同点 如 写出两条即可 2 若质粒dna分子的切割末端为 则与之连接的目的基因切割末端应为 可使用把质粒和目的基因连接在一起 3 氨苄青霉素抗性基因在质粒dna上称为 其作用是 4 下列常在基因工程中用作载体的是 a 苏云金芽孢杆菌抗虫基因b 土壤农杆菌环状rna分子c 大肠杆菌的质粒d 动物细胞的染色体 解题指南 解答本题需注意两点 1 质粒的化学本质是小型环状dna分子 2 质粒作为载体的条件以及载体的种类 解析 1 a代表的物质是大型环状dna分子 质粒是一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核之外的小型环状dna分子 两者都能自我复制 并蕴含遗传信息 2 与质粒dna分子的切割末端能够连接的目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对 可使用dna连接酶将它们连接在一起 3 质粒dna分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因 便于对重组dna进行鉴定和筛选 4 作为载体必须具备的条件 在宿主细胞中能保存下来并能大量复制 有多个限制性核酸内切酶切割位点 有一定的标记基因 便于筛选 常用的载体有质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因 土壤农杆菌环状rna分子不容易在宿主细胞内保存 动物细胞染色体的主要成分是dna和蛋白质 不能被限制性核酸内切酶切割 因此不能用作载体 答案 1 dna能够自我复制具有遗传特性 2 dna连接酶 3 标记基因供重组dna的鉴定和选择 4 c 考点二基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 直接分离法 从自然界已有的物种中分离 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 人工合成目的基因 如果基因比较小 核苷酸序列又已知 可以通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 以rna为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体的组成及作用 2 基因表达载体的构建过程 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 高考警示 因工程操作程序易错点剖析 1 基因表达载体 载体 基因表达载体与载体相比增加了目的基因 2 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启动子与终止子之间的部位 若目的基因插入启动子内部 启动子将失去原功能 3 启动子 起始密码子 终止子 终止密码子 启动子和终止子位于dna片段上 分别控制转录过程的启动和终止 起始密码子和终止密码子位于mrna上 分别控制翻译的启动和终止 4 切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶 如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时 在dna连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来 考题回访 1 2015 石家庄模拟 据图表回答问题 几种限制酶识别序列切割位点表 1 假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开 采用ecor 和pst 酶切含有目的基因的dna 能得到种dna片段 如果将质粒载体和含目的基因的dna片段只用ecor 酶切 酶切产物再加入dna连接酶 其中由两个dna片段之间连接形成的产物有 2 为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接 酶切时应该选用的酶是 解题指南 解答本题需明确 1 限制酶切割后形成的黏性末端类型 2 防止酶切后形成的末端任意连接的方法是用不同的限制酶切割 进行单一位点的连接 解析 1 含目的基因的dna分子上含有2个ecor 和1个pst 的酶切位点 3个切点全部切开 则形成4种dna片段 质粒与含目的基因的dna片段都用ecor 切割 目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同 只考虑两个dna片段相连 则会形成3种连接产物 即质粒与质粒相连 质粒与目的基因相连 目的基因与目的基因相连 2 为了防止任意连接 可选用ecor 和sma 两种酶同时切割 答案 1 4质粒载体 质粒载体连接物目的基因 目的基因连接物质粒载体 目的基因连接物 2 ecor sma 延伸探究 若启动子位于图中质粒sma 和ecor 酶切位点之间 左侧 能否用ecor 和sma 进行切割 进而连接 为什么 提示 不能 否则会将质粒中存在的启动子丢失 形成的基因表达载体无法进行转录 2 2015 威海模拟 科学家将人的生长激素基因与某种细菌 不含抗生素抗性基因 的dna分子进行重组 并成功地在该细菌中得以表达 如下图 请据图分析回答 1 过程 所示获取目的基因的方法是 2 细菌是理想的受体细胞 这是因为它 3 质粒a与目的基因结合时 首先需要用酶将质粒切开 缺口 然后用酶将质粒与目的基因 缝合 起来 4 若将细菌b先接种在含有的培养基上能生长 说明该细菌中已经导入外源质粒 但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因 若将细菌b再重新接种在含有的培养基上不能生长 则说明细菌b中已经导入了插入目的基因的重组质粒 5 检测工程菌中的生长激素基因是否转录出mrna和是否翻译出生长激素 可采用的技术分别是 解析 1 图中过程 是以rna为模板 通过逆转录法获取目的基因 2 细菌具有繁殖快 单细胞 遗传物质相对较少等优点 因此是基因工程中的理想的受体细胞 3 构建基因表达载体时 需先用限制酶分别切割目的基因和载体 再用dna连接酶将两者连接起来 4 质粒a和重组质粒中都有完整的抗氨苄青霉素基因 因此细菌有氨苄青霉素抗性说明该细菌中已经导入外源质粒 但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因 重组质粒中四环素抗性基因内插入了目的基因 不能表达 因此细菌对四环素无抗性则说明细菌b中已经导入了插入目的基因的重组质粒 5 检测mrna和生长激素 蛋白质 的技术分别是分子杂交和抗原 抗体杂交 答案 1 逆转录法 反转录法 2 繁殖快 单细胞 遗传物质相对较少 3 限制性核酸内切dna连接 4 氨苄青霉素四环素 5 分子杂交抗原 抗体杂交 易错提醒 1 在基因工程的四个操作步骤中 只有第三步将目的基因导入受体细胞不需要碱基互补配对 其余三个步骤都涉及碱基互补配对 2 原核生物繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 有利于目的基因的复制与表达 因此常用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞 3 2014 新课标全国卷 植物甲具有极强的耐旱性 其耐旱性与某个基因有关 若从该植物中获得该耐旱基因 并将其转移到耐旱性低的植物乙中 有可能提高后者的耐旱性 回答下列问题 1 理论上 基因组文库含有生物的基因 而cdna文库含有生物的基因 2 若要从植物甲中获得耐旱基因 可首先建立该植物的基因组文库 再从中出所需的耐旱基因 3 将耐旱基因导入农杆菌 并通过农杆菌转化法将其导入植物的体细胞中 经过一系列的过程得到再生植株 要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达 应检测此再生植株中该基因的 如果检测结果呈阳性 再在田间试验中检测植株的是否得到提高 4 假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交 子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3 1时 则可推测该耐旱基因整合到了 填 同源染色体的一条上 或 同源染色体的两条上 解题指南 1 题干关键词 自交 子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3 1 2 关键知识 基因文库类型 基因工程操作流程 解析 本题考查基因工程的相关知识 1 基因文库包括基因组文库和cdna文库 基因组文库包含生物基因组的全部基因 cdna文库是以mrna反转录后构建的 只含有已经表达的基因 并不是所有基因都会表达 即部分基因 2 从基因文库中获取目的基因需要进行筛选 3 要提高植物乙的耐旱性 需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体细胞中 要检测目的基因 耐旱基因 是否表达应该用抗原 抗体杂交法检测目的基因 耐旱基因 的表达产物 即耐旱的相关蛋白质 个体生物学水平检测可以通过田间试验 观察检测其耐旱情况 4 如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上 则转基因植株的基因型可以用a 表示 a表示耐旱基因 表示另一条染色体上没有相应的基因 a 自交后代基因型为aa a 1 2 1 所以耐旱 不耐旱 3 1 与题意相符 如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上 则子代将全部表现耐旱 不会出现性状分离 答案 1 全部部分 2 筛选 3 乙表达产物耐旱性 4 同源染色体的一条上 4 2015 唐山模拟 基因工程是在现代生物学 化学和工程学基础上建立和发展起来的 并有赖于微生物学理论和技术的发展运用 基因工程基本操作流程如下图 请据图分析回答问题 1 图中a是 2 在上述基因工程的操作过程中 可以遵循碱基互补配对原则的步骤有 用图解中序号表示 3 不同种生物之间的基因移植成功 从分子水平分析 进行基因工程的主要理论依据是 也说明了生物共用一套 4 研究中发现 番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用 导致害虫无法消化食物而被杀死 人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内 玉米获得了与番茄相似的抗虫性状 玉米这种变异的来源是 5 科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因 并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体dna上 经培养长成的植株具备了抗病性 这说明目的基因 抗枯萎病的基因 已 如果把该基因导入叶绿体dna中 将来产生的配子中 填 一定 或 不一定 含有抗病基因 解析 1 图中a是运载目的基因的载体 2 基因工程的操作步骤包括获取目的基因 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 只有将目的基因导入受体细胞过程不遵循碱基互补配对原则 3 基因工程的操作基础是不同生物的dna结构基本形式相同 且共用一套遗传密码子 4 基因工程又称dna重组技术 其变异原理为基因重组 5 如果把抗枯萎病的基因导入叶绿体dna中 将来产生的雌配子中可能含有抗病基因 雄配子中不含抗病基因 答案 1 载体 2 3 不同生物的dna结构基本形式相同遗传密码子 4 基因重组 5 表达不一定 备选考点 基因工程的应用和蛋白质工程1 基因工程的应用 1 乳腺生物反应器 优点 产量高 质量好 成本低 易提取等 操作过程 获取目的基因 构建基因表达载体 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成早期胚胎 将胚胎移植到母体动物子宫内 发育成转基因动物 在雌性个体中目的基因表达 从分泌的乳汁中提取所需蛋白质 2 基因工程药品 生产方式 利用基因工程培育 工程菌 来生产药品 a 工程菌 用基因工程的方法 使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系 如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等 b 用基因工程生产的药品 从化学成分上分析都应该是蛋白质类 成果 生产出细胞因子 抗体 疫苗 激素等 3 基因诊断 方法 dna分子杂交技术 即dna探针法 主要过程 将互补的双链dna解旋获得单链dna片段用同位素 荧光分子或化学发光催化剂标记单链dna片段引入待检测的dna样品中检测dna样品 4 基因治疗 方法 基因置换 基因修复 基因增补 基因失活等 途径 a 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 b 体内基因治疗 用基因工程的方法 直接向人体组织细胞中转移基因的方法 2 蛋白质工程与基因工程 1 区别 2 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第二代基因工程 基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰 改造 考题回访 1 2013 新课标全国卷 节选 阅读如下资料 资料 t4溶菌酶在温度较高时易失去活性 科学家对编码t4溶菌酶的基因进行了改造 使其表达的t4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸 在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键 提高了t4溶菌酶的耐热性 回答下列问题 该资料属于工程的范畴 该工程是指以分子生物学相关理论为基础 通过基因修饰或基因合成 对进行改造 或制造一种的技术 在该实例中 引起t4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的序列发