导学教程高考生物一轮总复习 专题一 基因工程与蛋白质工程课件（选修3）.ppt

选修三现代生物科技专题 专题一基因工程与蛋白质工程 一 基因工程的基本操作工具1 限制性核酸内切酶 1 来源 主要从原核生物中分离纯化而来 2 作用 识别特定的核苷酸序列并切开相应两个核苷酸之间的磷酸二酯键 3 结果 产生黏性末端或平末端 知识梳理 2 dna连接酶 3 载体 双链环状dna分子 限制酶 标记基因 动植物病毒 二 基因工程的操作步骤 基因文库 rcr 启动子 标记基因 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射 dna分子杂交 分子杂交 抗原 抗体杂交 个体生物学水平 三 蛋白质工程 1 目的 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质结构进行分子设计 2 操作手段 基因修饰或基因合成 3 设计流程 1 判断下列基因工程基本工具的叙述 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后可产生黏性末端和平末端两种类型 自主检测 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 2 判断下列有关基因工程 蛋白质工程 的叙述 1 生长激素基因在转录时需要解旋酶和dna连接酶 2012 四川 2 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 经典高考题 3 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 2011 浙江 4 应用dna探针技术可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 2011 四川 5 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 2010 浙江 6 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其dna整合到细菌dna上 属于基因工程 2010 大纲全国 7 转抗虫基因的植物 不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 2010 江苏 8 限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶 2009 浙江 9 蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质 10 蛋白质工程的操作对象是蛋白质分子 3 判断下列有关基因工程应用的叙述 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 考点一dna重组技术的基本工具 核心突破 1 与dna分子相关的酶 1 几种酶的比较 2 限制酶与dna连接酶的关系 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 dna连接酶起作用时不需要模板 2 载体 1 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 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 3 种类 质粒 一种祼露的 结构简单 独立于细菌拟核dna之外 能够自我复制的很小的双链环状dna分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 易考易错 概念不清导致错误 巧辨基因工程操作工具的8个易错点 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 需要切两处 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 命题预测 考向预测一基因工程的原理 1 2013 全国大纲 下列实践活动包含基因工程技术的是a 水稻f1花药经培养和染色体加倍 获得基因型纯合新品种b 抗虫小麦与矮秆小麦杂交 通过基因重组获得抗虫矮秆小麦c 将含抗病基因的重组dna导入玉米细胞 经组织培养获得抗病植株d 用射线照射大豆使其基因结构发生改变 获得种子性状发生变异的大豆 解析a项属于单倍体育种 原理是染色体变异 b项属于杂交育种 原理是基因重组 c项属于基因工程 原理是基因重组 d项属于诱变育种 原理是基因突变 选c 答案c 考向预测二限制酶与dna连接酶2 下图是基因工程中利用pbr322质粒 amp 表示氨苄青霉素抗性基因 tel 表示四环素抗性基因 与抗病基因构建重组质粒的示意图 该质粒上的pst sma ecor apa 等四种限制酶的识别序列及切割位点见下表 结合图表 叙述错误的是 a pbr322质粒 抗病基因和重组质粒的基本组成单位都是脱氧核苷酸b 形成重组质粒时 应选用限制酶pst 和ecor 对含抗病基因的dna 质粒进行切割c 一个质粒被限制酶ecor pst sma 同时切割后可得到3个dna片段和6个黏性末端d 将受体细胞置于含有四环素的培养基上培养 可筛选出已导入抗病基因的受体细胞 解析图中pbr322质粒 抗病基因和重组质粒都是dna分子 其基本组成单位都是脱氧核苷酸 通过分析含抗病基因的dna 可知该dna含三个限制酶切割位点 其中sma 的切割位点位于抗病基因内部 因此用pst ecor 才能完整地切下该抗病基因 一个质粒被限制酶ecor pst sma 同时切割后可得到3个dna片段 产生6个末端 从表格信息可知 ecor pst 切割产生的4个末端是黏性末端 而sma 切割产生的2个末端是平末端 当ecor 切割质粒时 氨苄青霉素抗性基因 ampr 已受到破坏 因此 在筛选时 应将受体细胞置于含有四环素的培养基上培养 答案c 考点二基因工程的操作程序分析 1 目的基因的获取途径 1 从自然界中已有的物种中分离出来 如从基因文库或cdna文库中获取 2 人工合成目的基因 常用的方法有反转录法和化学合成法 3 利用pcr技术扩增目的基因 通过pcr技术可对已获取的目的基因进行扩增 以获取大量的目的基因 核心突破 2 基因表达载体的构建 警示 插入的目的基因的表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子 之后需有终止子 两次使用的限制酶为同一种酶 这样形成的黏性末端碱基之间互补 便于连接 3 将目的基因导入受体细胞 转化 4 目的基因的检测与鉴定 易混易错 基因工程操作的8个易错点 1 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 2 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象 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 3 原核生物作为受体细胞的优点 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 4 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 5 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 6 不熟悉标记基因的种类和作用 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 7 对受体细胞模糊不清 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 8 还应注意的问题有 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 命题预测 考向预测一基因工程的基本操作技术 3 2014 广东卷 利用基因工程技术生产羧酸酯酶 care 制剂的流程如图14所示 下列叙述正确的是 多选 a 过程 需使用逆转录酶b 过程 需使用解旋酶和pcr获取目的基因c 过程 使用的感受态细胞可用nacl溶液制备d 过程 可利用dna分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 解析过程 是以rna为模板合成dna的过程 即逆转录过程 需要逆转录酶的催化 故a正确 过程 表示利用pcr扩增目的基因 在pcr过程中 不需要解旋酶 是通过控制温度来达到解旋的目的 故b错 利用氯化钙处理大肠杆菌 使之成为感受态细胞 故c错 检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体dna中 可以采用dna分子杂交技术 故d正确 答案ad 考向预测二基因工程与其他工程的联系4 2014 山东卷 人组织纤溶酶原激活物 htpa 是一种重要的药用蛋白 可在转htpa基因母羊的羊乳中获得 流程如下 1 htpa基因与载体用 切割后 通过dna连接酶连接 以构建重组表达载体 检测目的基因是否已插入受体细胞dna 可采用 技术 2 为获取更多的卵 母 细胞 要对供体母羊注射促性腺激素 使其 采集的精子需要经过 才具备受精能力 3 将重组表达载体导入受精卵常用的方法是 为了获得母羊 移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行 利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体 这体现了早期胚胎细胞的 4 若在转htpa基因母羊的羊乳中检测到 说明目的基因成功表达 解析 1 用同种限制酶切割质粒和含有htpa基因的dna片段可产生相同的黏性末端 便于构建基因表达载体 通常采用dna分子杂交技术来检测目的基因是否已插入受体细胞dna 2 为获得更多的卵母细胞 通常对供体母羊注射促性腺激素使其超数排卵 采集的精子需要经过获能处理才具备受精能力 3 通常用显微注射法将重组表达载体导入动物的受精卵 为了获得母羊 移植前需要对已成功转入目的基因的胚胎进行性别鉴定 早期胚胎细胞具有全能性 可利用胚胎分割和胚胎移植技术获得多个转基因个体 htpa基因的表达产物为人组织纤溶酶原激活物 若在转基因母羊的羊乳中检测到人组织纤溶酶原激活物 说明目的基因成功表达 答案 1 同种限制性核酸内切酶 或同种限制酶 dna分子杂交 或核酸探针 2 超数排卵获能 处理 3 显微注射法性别鉴定全能性 4 htpa 或人组织纤溶酶原激活物 考点三基因工程的应用和蛋白质工程 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 核心突破 2 基因治疗与基因诊断 3 基因工程与蛋白质工程的比较 易考明示 1 有关基因工程应用的易错点 动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质 而不是为了产生体型巨大的个体 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 bt毒蛋白基因控制合成的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 青霉素是青霉菌产生的 不是通过基因工程产生的 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 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 有关蛋白质工程的易错点 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 蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构 创造新基因或者改造老基因 是基因工程的发展与延续 蛋白质工程与dna分子重组技术是分不开的 常用到基因工程工具酶 如限制酶和dna连接酶 命题预测 考向预测一基因工程的应用 5 2014 江苏卷 下列关于基因工程技术的叙述 错误的是 多选 a 切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列b pcr反应中温度的周期性改变是为了dna聚合酶催化不同的反应c 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因d 抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 解析限制性核酸内切酶大多是特异性识别6个核苷酸序列 但也有识别序列由4 5或8个核苷酸组成的 a错误 pcr中耐高温的dna聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用 b项错误 载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因 供重组dna的鉴定和选择 不是抗生素合成基因 c错误 目的基因导入了受体细胞不一定就都能正常表达 d正确 答案abc 6 2014 重庆卷 题图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图 以下相关叙述 正确的是 a 的构建需要限制性核酸内切酶和dna聚合酶参与b 侵染植物细胞后 重组ti质粒整合到 的染色体上c 的染色体上若含抗虫基因 则 就表现出抗虫性状d 只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 解析构建载体需要限制酶和dna连接酶 a错误 侵染植物细胞后 重组ti质粒上的t dna整合到 的染色体上 b错误 染色体上含有目的基因 但目的基因也可能不能转录或者不能翻译 或者表达的蛋白质不具有生物活性 c错误 植株表现出抗虫性状 说明含有目的基因 属于基因重组 为可遗传变异 d正确 答案d 考向预测二蛋白质工程7 2013 广东理综 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 解析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 答案c 8 2014 湖南师大附中月考 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质 可以用于治疗病毒感染和癌症 但体外保存相当困难 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可在 70 条件下保存半年 请根据以上信息回答下列问题 1 蛋白质的合成是受基因控制的 因此获得能够控制合成 可以保存的干扰素 的基因是生产的关键 依据蛋白质工程原理 设计实验流程 让动物生产 可以保存的干扰素 写出下列方框中相应实验步骤 2 基因工程与蛋白质工程相比较 基因工程在原则上只能生产 的蛋白质 不一定符合 需要 而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础 通过 或 对现有蛋白质进行 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活需要 3 蛋白质工程实施的难度很大 原因是蛋白质具有十分复杂的 结构 解析基因工程遵循中心法则 从基因 表达 转录和翻译 形成氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能 基本上是生产出自然界已有的蛋白质 蛋白质工程是按照以下思路进行的 预期蛋白质的功能 设计预期蛋白质的三维结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列 蛋白质工程可以创造出自然界不存在的蛋白质 答案 1 预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造 3 空间 或高级 高考体验 1 2014 天津卷 为达到相应目的 必须通过分子检测的是a 携带链霉素抗性基因受体菌的筛选b 产生抗人白细胞介素 8抗体的杂交瘤细胞的筛选c 转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定d 21三体综合征的诊断 解析可通过将受体菌接种在含链霉素的培养基中筛选携带链霉素抗性基因的受体菌 a错误 抗人白细胞介素的杂交瘤细胞应通过抗原 抗体杂交技术筛选产生 b正确 在棉花田中人工放入害虫可检验转基因抗虫棉的抗虫效果 c错误 可利用显微镜检测21三体综合征 d错误 答案b 2 2012 浙江卷 天然的玫瑰没有蓝色花 这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因b 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因b 现用基因工程技术培育蓝玫瑰 下列操作正确的是a 提取矮牵牛蓝色花的mrna 经逆转录获得互补的dna 再扩增基因bb 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因bc 利用dna聚合酶将基因b与质粒连接后导入玫瑰细胞d 将基因b直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 解析获取目的基因b 可先提取矮牵牛蓝色花的mrna 经逆转录获得互补的dna 再经pcr技术扩增 a正确 基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来 形成重组载体 再导入受体菌中储存和扩增 提取目的基因时不需使用限制酶 b错误 连接目的基因与质粒的酶是dna连接酶 c错误 将目的基因导入植物细胞 常用农杆菌转化法 不使用大肠杆菌 d错误 答案a 3 2013 江苏单科 小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应 为了克服这个缺陷 可选择性扩增抗体的可变区基因 目的基因 后再重组表达 下列相关叙述正确的是 多选 a 设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列b 用pcr方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列c pcr体系中一定要添加从受体细胞中提取的dna聚合酶d 一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞 解析设计引物时应当与表达载体两端的序列进行互补配对 a错误 pcr法扩增目的基因只需要知道基因两端的序列设计合适的引物即可 而不必知道其全部序列 b正确 pcr中应用耐高温的dna聚合酶 c错误 根据目的基因的编码产物选择合适的受体细胞 以有利于基因的表达 d正确 因此答案为bd 答案bd 4 2014 海南卷 下面是将某细菌的基因a导入大肠杆菌内 制备 工程菌 的示意图 请据图回答 1 获得a有两条途径 一是以a的mrna为模板 在 酶的催化下 合成互补的单链dna 然后在 作用下合成双链dna 从而获得所需基因 二是根据目标蛋白质的 序列 推测出相应的mrna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测其dna的 序列 再通过化学方法合成所需基因 2 利用pcr技术扩增dna时 需要在反应体系中添加的有机物质有 4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的dna聚合酶 扩增过程可以在pcr扩增仪中完成 3 由a和载体b拼接形成的c通常称为 4 在基因工程中 常用ca2 处理d 其目的是 解析 1 利用逆转录法合成目的基因的过程是 以mrna为模板 在逆转录酶的催化作用下合成单链dna 然后在dna聚合酶作用下 合成双链dna分子 根据蛋白质工程合成目的基因的过程是 根据目标蛋白质的氨基酸序列 推测相应的mrna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测dna中脱氧核苷酸的排列顺序 通过化学方法合成 2 pcr过程中需要酶 底物 模板 引物和能量等条件 3 目的基因和运载体结合 形成基因表达载体